某深基坑支护结构的施工技术
某深基坑支护结构的施工技术 某深基坑支护结构的施工技术
陆启宏,李证吉
(中建四局第五建筑工程有限公司,贵州贵阳 550003)
摘 要:介绍了玉水金岸C区深基坑工程采用SMW工法内插HN700×300×13×24型钢整体支护施工技术。对支护接头处利用设置套桩的方式进行冷缝处理、预应力锚索施工、基坑内采用管井点降水、现场监测方法、深基坑施工过程中的施工步骤和工序安排等方面进行了详细阐述。
关键词:深基坑;施工;支护;降水;监测
1 工程概况
玉水金岸C区基坑工程位于玉溪市康井路南侧,由2栋33层住宅楼、2栋22层公寓楼、1栋36层五星级酒店及一座幼儿园、相应商业街组成,总建筑面积28.7万m2,其中地下二层,建筑面积9.03万m2,地上面积19.67万m2,框剪结构。基坑周长840.1 m,总面积为42 004 m2。基坑开挖深度9.9~11.5 m,工程紧临玉溪大河,高地下水位,属超大深基坑工程,如图1所示。
图1 基坑支护平面布置
2 工程地质条件
2.1 工程地质
拟建场地原地形为农田和菜地,除表层耕植土和杂填土外,钻孔深度内所见地层岩性主要为第四系冲、洪积层砂类土和湖积相黏性土,基坑范围土层如表1所示。
表1 土层物理参数
土 层土层厚度/m备注杂填土结构松散②层耕土0.20~0.50成分以黏性土为主,含少许植物根茎③层粉质黏土0.50~3.70该土层具蜂窝状结构,土体切面光滑,无摇振反应,干强度较高,韧性中等④层中砂(粉土)0.20~2.50灰褐、紫灰、暗红色,饱和,松散~稍密,其颗粒成分主要由长石、石英颗粒组成,颗粒级配良好,粒呈亚角状,中等程度风化,部分为粉土①层素填土0.8~2.90⑤层砂砾(部分圆砾)0.40~14.60砾石成分以砂岩、板岩及石灰岩碎块为主
2.2 水文地质
拟建场地地下水属潜水类型,地下水具微承压性,地下水来源主要靠大气降雨及地表水补给。勘察期间钻孔内地下水水位相对较稳定,地下水稳定水位在地表下0.30~2.80 m,相应高程1 628.33~1 630.08 m,地下水流向总体上为由东向西流。就整个场地而言,为中等丰富水。含水层厚且地下水位高(有地表水影响),水量随季节性变化很大,尤其雨季进行地下室基坑开挖施工时,该层地下水对工程活动影响较大。基坑开挖时应考虑隔水、降水、排水、回灌控制措施。
3 基坑支护方案
3.1 基坑支护
该基坑开挖深度分别为9.9~11.5 m,场地四周均存在市政道路。结合基坑周边环境情况、地质水文条件、及基坑开挖深度和规模,并结合云南地区类似工程经验选用板式围护结构“SMW工法+预应力锚索、杆”形式[1]。
采用SMW工法内插HN700×300×13×24型钢,型钢间距0.9 m/1.2 m,型钢插入坑底以下1.0倍(基坑深度)以上,设置2~3道预应力锚索土钉,旋喷桩桩长20 m、23 m,桩顶设置C30钢筋混凝土冠梁利用大刚度调节排桩整体受力,锚索长度22 m、18 m。
该工程选用SMW工法的优点在于:造价经济,施工工艺简单。止水帷幕采用三轴搅拌桩内插型钢这种围护结构特点是:即可挡土又可防渗漏,施工比排桩快。施工对周边道路影响小,无噪音和震动影响,止水可靠。工期较短时(如小于6~8个月)造价较C30钢筋混凝土灌注桩要经济。同时,方案中型钢的插入间距也确保了围护排桩的刚度。
基坑锚索采用3×7φ1高强钢绞线1 860 N/mm2(260 kN/束)。锚杆采用3×φ25变形钢筋,强度310 N/mm2(152 kN/根)。锚杆(索)横向间距1.8 m(1.2 m/2.4 m间隔),竖向间距3.5 m,孔径0.18 m。
3.2 基坑内降水
该项目所在地层含水丰富水量很大,为此采用截、排相结合治水方案,用三轴水泥土搅拌桩在0~20 m范围内形成全封闭空间,底部水采用降水控制。
基坑内降水设置降水井58口,管井深入底板5 m。布置18套轻型井点进行坑外降水,井深为16.1 m。
4 基坑支护施工
4.1 测量控制
4.1.1 测量控制网的建立
配备的测量仪器为:全站仪1台,DS-3水准仪1台。各种测量仪器均有检验合格证。
4.1.2 轴线点的固定、水准点引测、控制网的形成
根据建设单位提交的红线坐标点及水准点,采取预放、粗放、精放的方法引测。进行多道复核,闭合后无误,报请监理工程师复查认可后确定平面控制轴线,设置引桩,布控永久性经纬坐标基桩,用混凝土固定保护,建立测量控制网。
4.2 SMW工法施工工艺
SMW工法施工工艺流程见图2。
图2 SMW工法工艺流程
4.2.1 测量放线、开挖导沟
根据观测定位的主轴线,在基坑围护四周标注尺寸,测放SMW工法围护内边线,然后开挖施工沟槽,沟槽宽度为1 200 mm,深度为1 200 mm。
4.2.2 设置导梁、设置桩体标记、钻孔
SMW工法搅拌成桩一般有两种方式——跳槽式双孔全套复搅式连接和单侧挤压式连接,该工程采用前者,如图3所示。
(1)首先铺设定位导向型钢,然后严格按照设计要求通过对导向定位型钢设置钻孔和H型钢插入位置,控制钻机桩架在导向型钢移动,控制桩位偏差小于20 mm,桩体垂直偏差小于1/150,同时利用钻杆与桩架相对错位的原理,将钻孔深度的表示图例标注在钻杆上,以此控制提升、下钻的深度和钻孔速度。
图3 跳槽式双孔全套复搅式连接
(2)钻孔过程中所采用的机械设备存放在基坑围护外边线,使用时沿边线移动即可。
4.2.3 冷缝处理
定位:根据现场实际情况,做好施工记录,核实好冷缝位置的具体尺寸,标注在图纸上,并在现场做好明显的标志。
处理方案:如图4所示,该工程采用在冷缝中间套打一幅桩,边缘处围护桩外侧打两大幅桩,这样处理能有效控制冷缝处漏水质量。
图4 冷缝处理
4.2.4 搅拌、注浆
根据设计所标注的桩底标高,钻机在钻孔和提升全过程中,保持螺杆匀速转动,匀速下钻,匀速提升,同时根据下钻和提升二种不同的速度,注入水泥浆液,
现场水泥注浆配合比为:水泥采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺入量为25%,水灰比1.2~1.6(根据现场实际情况定)。钻机全程使用过程中尽可能保持螺杆匀速,同时利用高压喷气在孔内使水泥土翻搅拌和,保证桩底部分重复搅拌注浆,使整个注浆工程匀速、有效。
水泥浆搅拌时间不少于2~3 min,滤浆后倒入集料池中,随后不断的搅拌,防止水泥离析。每班做边长7.07 cm立方体试块一组(6块)。采用标准养护,28 d后测定无侧限抗压强度不小于1.0 MPa。
搅拌头提升速度控制在1.0 m/min以内,注浆泵出口压力控制在0.4~0.6 MPa,防止出现夹心层或断浆情况。
4.2.5 H型钢的插放和固定
如图5所示,采用履带吊车在预留指定位置插入H型钢,再利用换勾法将H型钢固定在沟槽两侧铺设的定位型钢上,整个过程保持匀速,直至孔内的水泥土凝固。重点控制参数:①垂直度偏差不大于1/150;②内插型钢挠曲度不大于1/100;③底标高误差不大于100 mm;④控制插入时间必须为搅拌桩施工完毕后20 min时内。
图5 型钢定位
4.2.6 挖除置换泥土
在水泥注浆和H型钢插入之后,待水泥硬化后将被置换出沟槽的多余水泥清理出,保持沟槽整体整洁。
4.3 预应力锚索施工
该工程在锚索标高位置设置2×32b槽钢,将锚具固定在槽钢上。锚索采用3×7φ1高强钢绞线1 860 N/mm2(260 kN/束),施工孔径180 mm。
4.3.1 预应力锚索施工顺序
预应力锚索的顺序为:冠梁施工完成→土方开挖→锚索定位成孔→锚索制作→放置锚索→第一次注灌浆→第二次注灌浆→安装腰梁→锚索张拉并锁定锚头→下层土方开挖。
4.3.2 成孔工艺方法
(1)锚索孔基本技术参数。
1)孔径:施工孔径为Φ180 mm。
2)方向:执行设计要求,为垂直开挖坡面,倾角为15°。
3)锚固段长度:第一、二道锚固长度17 m,自由段5 m,第三道锚固长度13 m。
4)锚索设计孔深:第一、二道孔深22 m,第三道孔深18 m。
(2)采用风动潜孔锤冲击及回转钻进方法。
(3)钻进工艺参数见表2[2]所示。
表2 转钻进工艺参数
钻进阶段压力/kN转速/ (r·min-1)风压/ MPa风量/ (m3·min-1)开孔使钎头紧贴面,平稳缓缓推进即可00.7~1.25.7~20正常钻进1~2650.7~1.25.7~20
5 基坑内降水施工
基坑内采用管井点降水方式,设计共布置58口,直径为0.4 m,深16.1 m管井降水。渗透系数取值为15 m/d,水泵出水量1 200 t/d。降水运行期间,抽排水的含砂量应符合《建筑与市政降水工程技术规范》(JGJ/T 111—1998)[3]中的有关规定,并满足小于1/50 000[4]。
5.1 降水要求
(1)减少临近建筑物的减压抽水时间。
根据现场环境监测和数据分析,对临近建筑物的抽水时间和抽水量进行严格控制,同时将基坑开挖的进度与水压实时进行对比,保证现场施工安全。特别注意减少临近建筑物集水井的抽水时间,使得周边土体在可控范围内。
(2)预防倒流水井出现。
为防止倒流水井的出现,施工前须对现场进行清理和检查。基坑周围上部应做好排水工作,防止雨水流入基坑。
5.2 管井施工工艺与技术要求
管井成孔采用泥浆护壁成孔工艺。工艺流程如下:
井点测量定位→挖井口→护筒钻机就位→钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间的砾石过滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水、控制电路→试抽水、抽水。
5.3 降水效果
如图6所示,基坑施工期正值云南雨季,坑内无积水,满足设计、施工要求。
图6 现场施工效果
6 施工监测
该基坑施工过程中,对基坑周边的沉降量和水平位移、临近建筑物水平位移、沉降、裂?缝观测等进行现场监控。
6.1 监测要求
(1)在围护结构施工前,必须获得第一手初读数。
(2)施工期间,必须保证每日一次对数据进行统计。
(3)测得的数据应及时上报业主及围护设计单位。
6.2 警戒值的确定
(1)基坑围护结构测斜:最大位移取40 mm,警戒值为30 mm[5]。
(2)基坑外水位:基坑开挖引起坑外水位下降不得超过1 000 mm。
(3)煤气管道的变化:沉降或水平位移均不得超过10 mm。
(4)自来水管道的变化:沉降或水平位移均不得超过20 mm。
(5)建筑物的变化:警戒值1/300。
6.3 观测点的布设
(1)控制基准点的布设:在基坑影响范围外(50 m范围外)布设三个以上的基准点,该点经现场踏勘后具体确定位置,基准点必须是绝对固定点,确保其牢固可靠且通视性较好,基准点应设保护装置。
(2)在围护结构顶部及基坑周围影响范围内布置监测点进行地面土体位移和沉降观测,该工程共设置29个观测点,各观测点间距不大于30 m。
6.4 监测结果
该工程从基坑支护施工、土方开挖至地下结构封顶及外墙土方回填完成,前后历时11个月。在土方开挖前,对各监测点进行初始测量,记录原始数据;在土方开挖及施工过种中,严格按设计要求请第三方专业机构进行监测,同时进行自主监测。监测结果表明,变形速率水平、垂直位移均小于4 mm/d或累计小于40 mm的设计要求,实际水平位移累计15~25 mm,沉降位移累计10~26 mm,整个施工期对周边道路及设施无影响,完全符合设计要求,确保基坑支护结构在整个施工期的安全。
7 结 语
基坑工程是建筑工程的重要组成部分,深基坑工程的施工成败事关整个工程的全局,因此需要进行施工部署、工艺安排、支护方式选择、深基坑安全监测、降水排水等进行综合考虑,才能保证高层建筑安全性、稳定性和长久性。只有根据深基坑具体施工环境、施工条件等综合分析,选择适合的支护方式,在确保施工质量和安全的基础上,才能为工程后期施工提供良好的条件。
参考文献:
[1] GJG 120—99,建筑基坑支护技术规程[S].
[2] 黄强.深基坑支护工程设计技术[M].北京:中国建材工业出版社,1995.
[3] JGJ/T 111—1998,建筑与市政降水工程技术规范[S].
[4] 楼永良,蒋金生,蒋超民.郑州绿地广场基坑支撑替换技术[J].施工技术,2010,39(5).
[5] GB 50497—2009,建筑基坑工程监测技术规范[S].
Construction technology for supporting structure of a deep foundation pit
Lu Qihong,Li Zhengji
(CCFED The Fifth Construction&Engineering Co.,Guiyang 550003,Guizhou)
Abstract:The SMW Method,that is,the integral support construction technology with inserting of internal HN700×300×13×24 section steel adopted for Yushui Jin'an zone C deep foundation pit project was introduced. Using the set piles at the support joint for cold joint treatment,the pre-stressed anchor construction,adoption of tubular well dewatering in the deep foundation pit,site monitoring method,the construction procedures for deep foundation pit construction process and procedure arrangement etc.were described in detail.
Key words:deep foundation pit;construction;support;dewatering;monitoring
中图分类号:TU 753
文献标识码:B
文章编号:1673-8993(2016)03-0059-05
doi:10.13402/j.gcjs.2016.03.012
收稿日期:2016-03-21
作者简介:陆启宏(1981-),男,高级工程师。