对某工程深基坑支护施工的探讨

摘要近年来,城市建设快速发展,建筑密度随着城市现代化的推进而增大,随着高层建筑的不断兴建,深基坑开挖支护问题日益突出。但是基坑开挖深度越来越深,开挖环境日益复杂,设计及施工人员经常遇到新的问题及新的挑战,从而使基坑工程的成功率降低。结合工程实例,对深基坑支护技术进行论述。

关键词深基坑;支护;施工工艺

中图分类号TU7文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0066-02

近年来,随着大批的高层建筑的建设,开发商为提高建筑用地率,加之国家有关规范对基础埋置深度和人防工程的要求,多层、超高层建筑地下室的设计必不可少,有的地下建筑甚至有三四层,最深的达数十米,于是,地下建筑开挖时的深基坑支护成为一个必要的施工过程。本文结合工程实例,对深基坑支护技术进行论述。

1工程概况

某工程占地面积约6000m2,地下三层,地上五十三层。本基坑面积约4000m2,深约15.5m,上部10m范围内1:1放坡,坡面采用人工打入式土钉+钢筋网喷射混凝土护面,下部采用机械钻孔灌注桩-预应力管式锚杆支护结构。

2工程地质条件

根据岩土工程勘察报告,该红线范围内地层分布自上而下依次为:①杂填土:杂色,主要由建筑垃圾、碎石、炉渣、生活垃圾、粘性土等组成,硬杂质含量约30%,稍湿～湿～饱和,稍密,层厚7.10～13.00m。②淤泥质土:黑灰色～灰褐色～黄褐色,包括淤泥质粉土、淤泥质粉细砂、淤泥、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土等多种软弱土层,成分混杂,混少量石英岩碎石及圆砾,土层下部圆砾明显增多,有腥臭味,饱和～湿,软塑～可塑状态,层厚2.20～7.40m。③砂砾石:灰褐色～灰黑色～黄褐色,石英岩圆砾为主,夹中粗砂及石英岩卵石,饱和,稍密状态,层厚1.40～6.70m。④中风化石英岩:黄褐色～灰白色,层状结构,岩体较完整,岩体基本质量等级为Ⅲ级。

3支护施工

3.1土方开挖

土方分6层开挖,第1层挖至第一排土钉标高下0.5m,预留出土钉施工工作面后,开挖土钉工作面以外第2层土方;第2层挖至第二排土钉标高下0.5m,预留出土钉施工工作面后,开挖土钉工作面以外第3层土方;第3层挖至第三排土钉标高下0.5m,预留出土钉施工工作面后,开挖土钉工作面以外第4层土方;第4层挖至冠梁顶标高下500mm,预留出灌注桩施工工作面后,开挖灌注桩工作面以外第5层土方;灌注桩施工所产生的淤泥直接排放到基坑内,与基坑内土方混合后排走;第5层挖至锚杆标高下0.5m,预留出锚杆施工工作面后,开挖锚杆工作面以外第6层土方;第6层开挖锚杆工作面预留土方至坑底;为防止A座基坑内地表水流入B座基坑,在A、B座基坑之间挖土时预留高500宽500的隔水土台。

支护施工应与土方开挖密切配合,以达在保证安全的基础上充分利用场地,降低造价,缩短工期的目的。每层土方开挖先挖、排基坑四周的土方,首先为支护结构施工创造有利条件,然后进行基坑中间部位的土方施工,此时土方、支护可同时施工互不影响。待支护完毕后,再补挖该部分预留土方,使整个工程平稳有序的进行,以达到土方与支护施工的最佳配合状态。

土方外运以主坡道为主,施工后期使用副坡道,副坡道根据施工现场实际情况设置在已完成支护施工的坑壁部位,使用副坡道时应全力进行主坡道部位的支护结构施工,最后清理副坡道的土方,完成整个工程。

开挖中严格控制边坡的开挖坡度,每层土方严禁超挖或欠挖。

3.2铺设钢丝网

铺设时应保证钢丝网的平整度及搭接长度满足要求,在网后放置垫块,确保混凝土保护层的厚度。

3.3喷射混凝土

1)本工程喷射混凝土强度等级为C20,严格按照实验室提供的配比单搅拌干料,施工时先喷一层20mm厚的素混凝土,铺设钢丝网,然后再喷射30mm厚至设计厚度(或钢筋网后垫小垫块,一次性喷射完成)。2)混凝土喷射机的输送距离满足施工要求,供水设施保证喷头处有足够的水量和水压(不大于0.2Mp)。3)空压机应满足喷射机工作风压和风量要求,选用风量10-17m3/min、压力大于0.5Mp的空压机。4)遇坡面以里管道渗水时,应在混凝土中加入适量速凝剂,防止混凝土脱落,以保证喷射效果,并在适当部位加入泻水孔。5)喷射时要按一定顺序,先下后上,逐层加厚,达到设计要求。6)喷混凝土材料应采用坚硬的中砂或粗砂,细度模数宜大于2.5,含水率宜控制在5～7%。

3.4降水井施工

1)降水井严格按设计深度钻孔,钻孔结束后将护壁泥皮清洗干净。2)严格控制降水井的垂直度,倾斜度控制在0.5%范围内,以确保水泵的顺利放下和取出,同时要保证周边虑水层的厚度一致。3)在钢筋笼上设定位筋,确保钢筋笼在降水井的中心。4)下钢筋笼前要清洗井内护壁泥浆,掏净井底沉渣,确保降水效果。5)为了防止地面杂物落入井内,井口钢筋笼应高出自然地面300mm,同时井口设木质盖板。6)填充虑料选用5～30mm砾石或卵石。7)排水设备选用深井潜水泵,排水量大于20m3/h,扬程大于25m。8)为保证连续降水,设置双套电源电路。

3.5锚杆施工

3.5.1施工程序

1)施钻前,必须根据支护桩钻孔记录并结合岩土勘察报告,确定第3层砂砾层的层顶、层底标高,据此标记锚杆点位,保证锚杆在砂砾层的有效锚固长度。2)锚杆定位时,其水平方向孔距误差不应大于50mm,垂直方向孔距误差不应大于100mm。3)锚杆杆体选用上海宝钢产Ф50(壁厚t=6.5mm)专用地质钻杆,钻头采用φ150mm螺旋钻头,钻头前端设置导向器。锚杆材料进场后立即将材料出厂合格证上报监理工程师。4)专用锚杆钻机在锚杆标高下0.5m工作平台上就位,按设计锚杆倾角调整钻机角度和平整度,将钻头及第一根钻杆(标准钻杆长度为3.0m)安装在钻机上,钻头对准锚杆点后开始施钻,钻入地层后通过接手连接第二根钻杆,继续连接钻杆并钻进直至锚杆长度满足设计要求。5)为确保锚杆注浆压力,在锚杆自由段和锚固段交接处设止浆装置并对孔口采用水泥砂浆密封。止浆装置的具体做法为,在交接处焊接横向短钢筋数道,然后缠绕化纤编织袋,外层缠绕干海带。止浆装置长度不小于250mm,直径不小于150mm。6)锚杆钻头和部分锚固段钻杆为花管,孔眼直径2mm,间距300mm,孔眼交错布置。

3.5.2锚杆注浆

1)锚杆注浆采用双液注浆工艺,双液为纯水泥浆液和硅酸钠溶液。水泥采用R32.5普通硅酸盐水泥,外加剂掺量:膨胀剂10%、减水剂3%。纯水泥浆水灰比控制在0.6～0.8;硅酸钠溶液浓度现场试验确定,具体水泥浆液的配比试验在开工前一个星期进行并进行压块试验(一组)。注浆体设计强度等级为M30。2)采用双液高压注浆泵,最大工作压力不小于10Mpa。注浆前应检查注浆泵,保证正常运转,管路畅通。3)工作注浆压力宜控制在2.0Mpa～3.0MPa,终止注浆标准:注浆压力不小于4.0Mpa。4)注浆浆液应搅均匀,随搅随用,浆液应在初凝前用完。5)作好注浆记录,掌握每根锚杆的注浆情况。6)注浆完成后,应立即将注浆管、压浆泵、搅拌机等设备用清水洗净。

3.5.3锚杆腰梁制作、安装

1)腰梁采用热轧普通槽钢2[25b。2)严格按设计施工图制作钢梁,确保焊接质量,满足焊缝高度、宽度的设计要求。3)确保腰梁支托钢筋锚固可靠。

3.5.4锚杆张拉

1)锚杆张拉前应对张拉设备进行标定。2)张拉螺栓应与钻杆焊接牢靠,连接位置不宜靠近钢梁锚垫板,避免张拉过程中因钻杆前端顶紧锚垫板而使张拉中断。3)注浆体强度达到15MPa时方可张拉。预应力张拉以张拉力值单控,先施加预紧力30～50KN,确保钢梁与支护桩紧密结合;然后正式张拉至设计超张拉值,并持荷不小于3分钟。持荷结束后立即拧紧螺母,卸荷完成张拉。4)根据位移监测反馈的信息,必要时进行补偿张拉。

3.6支护桩施工

3.6.1护筒埋设

护筒采用钢制护筒,护筒采用5mm钢板制作,护筒内径大于桩径0.3m,护筒长2.0m,护筒的埋深控制在1.5m左右,同时保证筒顶应高出地面0.3m以上。埋设护筒时,要求位置准确,护筒平面位置偏差不得大于5cm,倾斜度偏差不得大于1%,护筒的底部及外侧采用粘土夯实,确保护筒的稳定。同时要求护筒连接处筒内无突出物,耐拉压,不露水。

3.6.2钻机就位施钻及下笼

1)钻机就位准确,平面位置偏差不得大于5cm,倾斜度偏差不得大于1%。2)钻孔施工严格按照施工规范进行,做好施工记录,施工前,应备有足够的数量的粘土或膨胀土,淘渣后应及时补水。冲击钻的冲程大小和泥浆稠度,应按照通过土层的情况决定,当通过砂砾、砂、卵石层时,采用小冲程,并加大泥浆稠度,反复冲击使孔壁坚实,防止塌孔,当通过坚硬的孤石层时,采用大冲程,使孤石破碎。在任何情况下最大冲程不易超过6m,防止卡钻,冲坏孔壁,或使孔不圆。在易坍塌或钻孔漏水地段,宜采用小冲程,并提高泥浆的粘度和比重。3)钻进过程中,每进尺2～3m,应检查孔径和竖直度,确保钻孔直径和竖直度附和要求。4)开钻前应调制足够数量的泥浆,钻进过程中如泥浆有损耗、漏失,应与补充。并按有关技术规范检查泥浆指标,遇土层变化应增加检查次数,并适当调整泥浆指标。5)每钻进2m或在地层变化处,应在泥浆池中捞取钻渣样品,查明土类记录,以便与设计资料核对。6)钻进过程中钻孔往往会发生一定程度的偏斜,若偏斜较大,继续施工会发生困难,改变桩的受力状态,甚至钻孔不能使用。造成钻孔倾斜主要是地质条件、技术措施和操作方法等三方面的原因,如发生钻孔偏斜,多采用扫孔方法,将钻头提到发生偏斜位置,吊住钻头缓缓回转扫孔,并上下反复进行,使钻头逐渐正位。7)钻孔达到设计标高并清孔后,对孔径、孔深、孔形、竖直高和孔底地质是否与设计相符,孔底泥浆沉淀厚度等进行检查,经监理工程师核查后,吊放钢筋笼。8)钢筋笼下放时,应设置垫快,确保钢筋笼居中及混凝土保护层厚度,下放钢筋笼时,应轻轻震动摇晃钢筋笼,确保钢筋笼下到桩孔底部。

3.6.3清孔

钢筋笼安放好后,再进行清孔,保证孔底沉淀厚度不大于技术规范及图纸要求。清孔时应注意保持孔内水头,以防坍塌。清孔后,泥浆的稠度应达到规定的要求。在浇注砼前,用空压机风管对孔底进行扰动,以减少泥浆的沉淀量,使孔底泥浆的沉淀厚度不大于设计要求。

3.6.4浇注混凝土

灌注水下混凝土采用竖向导管法混,混凝土现场搅拌,漏斗和储料斗应有足够的容量,保证一次浇注桩长4m为宜(约2.5m3)。导管下端距孔底沉渣0.3～0.5m为宜。水下混凝土的塌落度以180～220mm为宜,并有良好的流动性,灌注水下混凝土的施工应迅速,防止塌孔和泥浆沉淀过厚。每根桩灌注时间不应太长,尽量在8h内灌注完毕,以防止顶层混凝土流动性减小,提升导管困难。导管埋入混凝土的深度应控制在2～4m内,埋深达到4m,上提导管,继续浇筑,如此循环操作,直到浇注完毕。浇注过程中,应下压钢筋笼,防止浇注混凝土将钢筋笼浮起。灌注标高应高出桩顶设计标高0.2～0.3m,以便清除浮浆和消除测量误差。在施工过程中认真做好施工记录。

4位移监测

为了监测土体变形与支护结构的水平位移,保证支护结构的安全,基坑支护施工中及主体完成回填前应对基坑进行变形观测。通过变形结果及时准确地反馈出来各部位位移大小,发展趋势,以确定基坑是否达到稳定状态,做到对支护结构安全性的全面掌握,和预测,对可能出现的问题及时反馈及时解决,保证支护结构安全稳定。