复杂环境下城市深基坑多种支护技术的应用

时间:2022-08-08 12:03:09

复杂环境下城市深基坑多种支护技术的应用

摘要: 文章介绍了九华山隧道深基坑施工中,地质及周围建(构)筑物条件复杂,经过对其周围环境进行了分析和研究,支护结构相应采用了钻孔灌注桩、深搅桩、旋喷桩、喷锚护坡、压密注浆、桩背后双液注浆止水帷幕、深井降水等多种技术措施进行深基坑边坡支护,确保了深基坑工程顺利施工和周边建(构) 筑物的安全。

关键词: 深基坑;支护结构;钻孔灌注桩;喷锚护坡;深搅桩

随着城市建设的发展,城市道路设施、建筑物越来越多,从而导致城市空间不足,地下工程可以很好的解决空间需求的矛盾。地下工程根据构造及使用要求,基础埋深也随之不断增加,这样就出现了大量的深基坑工程,而城市基坑工程往往处于房屋和生命线工程的密集地区,很多情况下不允许采用比较经济的放坡开挖,而需要在有支护条件下进行基坑开挖。为了保证基坑周围的建筑物、地下管线、道路等的安全,必须根据基坑的实际具体情况灵活采取相对应深基坑支护技术。

1 工程概况及水文地质条件

1.1 工程概况

南京市城市快速内环东线三标K4+803.5~K5+305段位于九华山南侧,工程主线沿龙蟠中路既有道路轴线向北,走地面166.5m后于K4+970进入敞开引道段,于K5+122下穿北京东路,于K5+305与暗挖段隧道连接。由南向北分别由166.5m地面道路+160m隧道敞开引道段+155m;隧道明挖暗埋段+20m明暗结构过渡段,地质条件及周围建筑物、地下管线均很复杂。

此段基坑采用钻孔桩围护结构,背后有止水帷幕,有钢管内支撑,且有格构柱,间距为7.5~9m,采用明挖顺筑法施工,基坑长315米,宽33米,深1~13米,工期9个月。因北京公路与龙蟠中路是城市主干道,车流量大,地下各种电信、电缆、煤气、自来水、有线电视、排水等管道多而复杂,且大部分管线在施工过程中没有进行迁移,施工中的组织、协调困难,对围护结构等后续施工工序造成不利影响。

1.2工程地质、水文地质条件

本工程场地地势平坦,地面标高在10.0m左右,隧道自上而下分别为杂填土,粉细砂、亚砂土,淤泥质亚粘土,软亚粘土,亚粘土,亚粘土混碎、砾石,强风化侵入岩类,弱风化侵入岩类,强风化细粒石英砂岩,弱风化细粒石英砂岩。九华山南漫滩区:含水层岩性以2-2层粉砂、亚砂土及2-3层淤泥质粘土夹亚砂土为主,孔隙发育、透水性、导水性较好,尤其粉砂、亚砂土层富水性更,好日出水量可达数百方。地下水位埋深1.3~2.2m,水位7.9~8.2m左右。

2 支护方案概述

本工程基坑围护结构采用钻孔桩围护结构,背后有深搅桩止水帷幕,明挖顺做法,基坑长315米,宽29~33米,深1~13.8米,深度变化坡度为3%,采用明挖顺筑、内支撑法施工,工期9个月。因基坑地层情况复杂,是从平地进入山体的过渡段,周围的建筑物、地下管线多,施工中根据不同的地质条件、建筑物及地下管线的情况采取了多种支护技术,先后共有七种支护结构技术方案:

1) K4+970~K5+131.5段:基坑支护结构采用双排双轴Φ700深搅桩进行支护和止水帷幕,并内插钢管,基坑内采取降水井进行降水;

2)K5+131.5~K5+220段:基坑支护结构钻孔桩背后采用单排双轴Φ700深搅桩作为止水帷幕,并设置钢管支撑,基坑内采取降水井进行降水;

3)K5+131.5~K5+220段:基坑底的纵向排水沟基坑:支护结构采用工钢板围堰及轻型井点降水;放坡开挖;

4)K5+220~K5+255段基坑:基坑支护结构结构采用了钻孔桩,并进行桩间注浆,桩间设置引流管,挂网喷砼,管井降水及轻型井点降水;

5)K5+255~K5+274段基坑:基坑支护结构结构采用了钻孔桩,并进行桩间挂网喷砼,并设置钢管支撑;

6)K5+274~K5+285段基坑:基坑支护结构采用放坡施工,在中间设置1.5m平台,并挂网喷砼,设置土钉及拉筋。

2.1 K4+970~K5+131.5段基坑支护结构

基坑K4+970~K5+020深度为1.0m~3.0m,宽度为29m,由上而下基坑穿越杂填土、粉砂、亚砂土,基底坐落在粉砂、亚砂土层上,其中:杂填土层厚1.9m,粉砂、亚砂土层厚8.78m。基坑两侧4米范围有自来水管,排水管、污水管,离基坑两侧15m处有建筑物。由于基坑浅,基坑开挖对远处建筑物影响很小,但是要保证基坑两侧下水管道安全,必须防止土体坍塌;即:基坑两侧采用双排双轴Φ700深搅桩进行支护和止水帷幕,并内插钢管,基坑内采取降水井进行降水,降低地下水位,降水井间距为15米。

基坑K5+020~K5+131.5段基坑深度为3.0m~8.1m,宽度为30.2m,由上而下基坑穿越杂填土、粉砂、亚砂土,基底坐落在粉砂、亚砂土层上,其中:杂填土层厚1.9m,粉砂、亚砂土层厚8.78m。详见表2《地质情况表2》;同时由于地下水位高、出水量大,必须对基坑进行封闭,同时进行降水,因此采取以下围护结构方式:基坑两侧钻孔桩背后采用单排双轴Φ700深搅桩作为止水帷幕,基坑深度超过5.0m时,应该在冠梁设置一层双管Φ610×12的钢管支撑,基坑内采取降水井进行降水,间距为15米,K4+970~K5+131.5段基坑支护结构详见图1所示。

图1K4+970~K5+131.5段基坑支护结构

2.2 K5+131.5~K5+220段基坑支护结构

该段基坑深度为8.1m~11.5m,宽度为33m,基坑从上而下穿越杂填土、粉砂、亚砂土、淤泥质亚粘土,根据实际取样调查,局部地层存在砾石层,基底坐落在粉砂、亚砂土层上,部分在淤泥质亚粘土,详见表1所示。基坑左侧1.5~3米处有Φ600自来水管、Φ1000污水管,右侧有Φ1500排水管,离基坑两侧15m处有高层建筑。

由于基坑开始变深,而且要保证基坑两侧下水管道安全,必须防止土体坍塌;同时由于地下水位高、出水量大,必须对基坑进行封闭,同时进行降水,因此采取以下围护结构方式:基坑两侧钻孔桩背后采用单排双轴Φ700深搅桩作为止水帷幕,并设置一层双管Φ610×12的钢管支撑,基坑深度超过8.1m时,应该在冠梁增加第二层双管Φ610×12的钢管支撑和格构柱,基坑内采取降水井进行降水,间距为15米。如果强行进行开挖将导致基坑外土体流失严重,从而导致基坑外地层坍塌,引起基坑两侧的自来水管、排水管、排污管基础下沉,产生漏水,甚至会导致基坑外15米处的房屋下沉。为确保基坑、地下管线及房屋的安全应采取以下支护方式:

1) 因该地段已经施工了围护结构,并进行了开挖,从而导致了桩外土体被掏空,因此采用桩间注浆和在桩背后插入花管进行注浆的方式将桩外土体进行压实、挤密;

2) 由于横跨基坑的众多地下光缆管线在施工中没有迁移、而且地层存在砾石层使深搅桩无法穿透,从而导致止水帷幕没有封闭,因此采用在桩背后施工三重高压旋喷桩作为止水帷幕,确保止水帷幕的封闭质量,杜绝桩间流砂现象。对小部分漏水、流砂现象可以采用花管注浆或者将花管作为引流管的方法进行处理。

3) 为了使基坑开挖进度加快,在开挖到砂层处,可以在开挖面横向设置一排轻型井点,进行辅助降水,12小时后基坑就达到了干爽的状态。

2.3 K5+131.5~K5+220段基坑支护结构

在该段基坑东侧需要埋设置一根纵向排水管,因此需在基坑底开挖一纵向基坑,该基坑宽1.5米,深2.1米,长90米。由于纵向排水沟基坑在K5+131.5~K5+160段所处位置砂层较厚,且其基底座落在砂层上、与围护桩的净距离又只有1.5m,放坡开挖时产生流沙、管涌,使施工无法进行;纵向排水沟基坑在K5+160~K5+220段所处位置是粘土层,且其基底座落在粘土层上,因此采用放坡开挖施工,坡度为1:1。

表1 K5+131.5~K5+220段地质情况

基坑里程 序号 地层 层顶埋深m 层厚m

K5+131.5~K5+220 1 杂填土 0 1.9~2.9

2 粉砂、亚砂土 1.9~2.9 5.6~8.78

3 淤泥质亚粘土 7.5~10.7 3.5~1.6

K5+131.5~K5+220 1 杂填土 0 2.9~3.3

2 粉砂、亚砂土 2.9~3.3 3.8~5.8

3 淤泥质亚粘土 6.7~9.1 0~2.6

4 强风化侵入岩 6.7~11.7 3.2~14.0

2.4 K5+220~K5+255段基坑支护结构

该段基坑深度为11.5m~12.3m,宽度为33m,建筑物离基坑较远,基坑从上而下穿越杂填土、粉砂、淤泥质亚粘土、亚粘土、强风化侵入岩,基底坐落在强风化侵入岩上,部分在淤泥质亚粘土,详见表1所示。并采用管井降水的方案,但是由于时间及地下管线、地下障碍物等原因,在施工完成钻孔桩后,还没有施工旋喷桩止水帷幕的情况下就架设了贝雷梁桁架桥,并恢复了通车,从而导致旋喷桩止水帷幕无法施工,且由于管线宽度大的影响,导致该段个别围护桩桩间距为1.0m,而设计间距为0.2m。

该段基坑位于北京东路下,而且上面架设了贝雷梁桥,在开挖施工的全过程中均保持交通顺畅,因此该段基坑施工必须确保安全,是本基坑工程的重点,如支护结构产生失稳,后果将不堪设想。在开挖中如何进行降、排水、防止流砂是该段基坑施工成功的关键,根据现场周围情况,结合水文地质条件采取以下施工方法、治水方法:

1)基坑外增加降水井,但基岩埋藏较浅,降水井也无法保证满足要求,因此,坑内采用轻型井点增强降水,因为基坑在通车的北京东路上,降水井效果不佳,因此采取在坑内离围护结构1m处设置轻型井点管,将轻型井点管横向埋设,深度1.5m,每次开挖前埋设,并及时进行抽水,确保基坑能达到干爽状态。

2)土方开挖:基坑循环边槽挖深,土层按1.0m,粉砂层按0.5m。3、处理措施,每一循环边槽开挖完成后采取以下措施(见图2所示):(1)在围护桩间缝施打注浆花管,管径采用ф32焊管,管长为3.0m,间距为30cm梅花型布置。(2)注浆:浆液采用水泥水玻璃双浆液,浆液配合比为1:0.5,注浆压力控制在0.5-1.0MPa。(3)喷射砼:挂钢筋网片,网片采用ф12@10×10cm钢筋焊接网,钢筋网必须与围护桩进行焊接,之后喷射C20砼,厚度为60cm。喷射砼应搭接两根桩。

3)贝雷梁桥下的钢支撑受贝雷梁桥和格构柱的影响架设及拆除都会非常困难,因此只设置一层三管钢支撑(Φ610×12)和格构柱,用型钢连接成一整体,且三管应同时增加预应力。

图2K5+220~K5+255段基坑注浆、喷锚及引流管施工方案图

2.5K5+255~K5+274段基坑支护结构

该段基坑深度为12.3m~13m,宽度为33m,建筑物离基坑较远,基坑从上而下穿越杂填土、粉砂、亚砂土、强风化石英砂岩、中风化石英砂岩,基底坐落在中风化石英砂岩,详见表2所示。由于岩层情况较好,地下水较少,采用了以下支护方式:采用了钻孔桩作为支护结构,设置两层钢管支撑和格构柱;采用桩间挂钢筋网、喷射混凝土的办法,确保土体不流失,见图3所示。

表2 K5+255~K5+285段基坑地质情况

基坑里程 序号 地层 层顶埋深m 层厚m

K5+131.5~K5+220

1 杂填土 0 2.0~2.2

2 粉砂、亚砂土 2.0~2.2 0~2.0

3 亚粘土 7.0~7.8 3.0~3.6

4 强风化石英砂岩 10.0~11.4 4.6~7.1

5 中风化石英砂岩 11.4 >14.0

K5+131.5~K5+220 1 杂填土 0 1.0~1.2

2 亚粘土 1.0~1.2 1.0~1.6

3 强风化石英砂岩 1.2~2.8 4.6~7.1

4 中风化石英砂岩 8.5 >14.0

2.6K5+274~K5+285段基坑支护结构

该段基坑深度为13m~13.9m,宽度为33m,该段基坑位于九华山山脚上,基坑从上而下穿越杂填土、粉砂、亚粘土、强风化侵入岩中风化石英砂岩,基底坐落在中风化石英砂岩,详见表2所示。因建筑物离基坑较远,而且岩层较硬,且无砂层土,地下水不丰富,因此决定采用放坡喷锚支护方式进行施工,强风化岩及以上土层放坡坡度为1:0.5,中风化岩层放坡坡度为1:0.2,在中间设置1.5m平台,并挂网喷砼,设置土钉及拉筋,详见图4所示。

图3 K5+255~K5+274段基坑桩间喷射砼施工方案图4 K5+274~K5+285段基坑支护结构设计

3 结论

在复杂条件下城市深基坑的开挖引起的环境效应是一个复杂的动态系统,周围的环境,特别是土的特性、地下水、建筑物及地下管线的条件,决定了基坑在支护、降水、开挖施工方案中,不断丰富设计和施工人员的设计和施工经验,这样才能成功地完成深基坑地设计与施工。

参考文献

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注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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