深基坑工程中的复合支护

2010-08-15梁奎桐孙桂华

山西建筑 2010年30期

梁奎桐孙桂华李江

1 概述

近几年,由于城市地铁工程的迅速发展,地铁车站、局部区域明挖等也涉及大量的基坑工程,水利、电力也存在着地下厂房、地下泵房的基坑开挖问题。无论是高层建筑、地下停车场还是人防工程等的深基坑工程,由于都是在城市中进行开挖,基坑周围通常存在交通要道、已建建筑、管线等各种构筑物,还要考虑地下水的影响,这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容,要保护其周边构筑物的使用安全。因此如何选取一种在经济技术上都合理的支护类型就必须充分考虑现场环境、工程地质条件以及工程具体要求。

现结合国家体育总局航海运动学校经营用房及博物馆深基坑工程,简述高压旋喷桩止水帷幕+钢管桩+锚杆喷射混凝土相结合的复合支护方案在工程中的应用。

2 工程应用

2.1 工程概况

工程位于青岛市市南区某地,拟建物为1栋地上地下各两层的经营用房及博物馆,采用框架结构、独立基础,设计地下室底标高-6.70m,场地标高3.40m～6.03 m,基坑周长约326m,基坑开挖深度约10.0m。

基坑东侧约2.0m处有一挡土墙(南段为毛石砌筑,北段为钢筋混凝土结构),基坑北侧约5.0m为青岛市排水管理处南海路泵站办公室及地下室,基坑西侧和南侧0.5 m～3 m为海滨木栈道,基坑西南侧为海员俱乐部,基坑放坡空间不足,需支护开挖。

拟建场地地形平坦,地貌类型为剥蚀斜坡。

勘察单位对场区进行勘探时,发现旧基础拆除处基坑内存在地下水,水位标高1.78 m。本工程基坑开挖深度较大且位于下坡地段,周边场区地表水、地下水及西侧海水易汇入其中,地下水抗浮设计水位标高按3.0m考虑。

本区不具备发生破坏性地震的构造条件,从未来地震危险区预测结果看,本区地震危险性主要受远震的影响,其抗震烈度不大于6度。故拟建场区区域尚属相对稳定地块。

2.2 支护方案设计

根据场地条件和技术要求,不允许放坡,须支护开挖,基坑采用高压旋喷桩止水帷幕+钢管桩+锚杆喷射混凝土相结合的复合支护方案,基坑排水采用坑内设置集水井和排水沟,明排方式,在基坑顶部适当位置用红砖砌筑排水沟,用以拦截地表水,坡顶排水沟经沉淀池与市政排水系统连通;基坑底部用红砖砌筑排水沟,基坑底部各拐角点设置集水井,用以排除基坑内积水。

据勘察资料,基坑位于透水层中,地下水比较丰富且距离海边较近,为保证基坑在开挖后获得干燥的作业空间,必须对地下水进行控制才可保证基础工程的正常施工。帷幕采用高压喷射注浆法(旋喷)止水方案较安全、可行。

根据设计基底标高,本工程基坑开挖深度约10.0m,根据场区现场施工条件,结合止水帷幕的设置,为加快工期降低工程造价,采用喷锚+肋梁+钢管桩支护较合理。

本工程土方开挖应分层分段进行,与基坑的支护工作密切结合,穿插施工;坡面上可视情况设置泄水孔。

2.3 施工组织设计

该基坑工程主要包括止水帷幕、基坑支护两部分。根据现场情况,施工分两大分项工程,进行流水作业控制施工:

第一部分:止水帷幕。主要施工内容是:高压旋喷桩施工。

第二部分:基坑支护。主要施工内容包括:钢管桩施工、土石方开挖、锚杆钻孔安装及注浆加固、腰梁肋梁及钢筋网安装、喷射混凝土面层、锚杆预应力施工等。

高压旋喷桩的施工方法及质量要点:在施工轴线上按设计要求进行放线定位,各孔采用统一编号,孔位桩打入地面下0.1 m,妥善保护。高喷分两序施工(间隔喷浆),先钻Ⅰ序孔,为确保钻孔垂直度,选用SGZ-Ⅲ型地质钻机钻孔,该钻机具有机身重,钻杆粗,回转运行稳定,成孔垂直高等优点,用于高喷造孔较100型、150型地质钻机及振动成孔有明显优势。钻具采用水冲岩芯钻具,钻孔孔径127mm,钻进采用泥浆循环护壁,钻至设计深度结束。首先按设计要求布孔,然后按Ⅰ序、Ⅱ序钻孔,钻孔前应将钻机放置水平,钻进过程中应随时利用水平尺检查钻机水平状况,以保证垂直度,偏斜不大于孔深的1%。钻孔结束后测量孔斜率及孔斜方位,并做好记录,对施工中出现的异常现象及时报告,以便采取相应措施,确保质量。

灌浆:保证浆液各项指标符合设计要求,同时启动高压水泵、空压机、搅拌机、泥浆泵等配套设备,将各项工艺参数调整到设计要求,开始喷射,待孔口返浆后按设计要求速度开始提升,这样就自下而上形成了高压喷射灌浆防渗板墙。在灌浆过程中,随时检查浆液比重,随时注意孔口冒浆现象,如孔中出现不返浆,说明地层中有大空隙或集中漏水通道,此时应立即停止提升,采取充砂或掺加速凝剂等措施,保证返浆以确保防渗墙的连续性,喷射过程中应随时检查设备运行状况,做好各环节配合,避免中断,如中断应视中断时间长短采取补救措施。

采用高压喷射灌浆,通过试验落实各项施工参数。Ⅰ序孔、Ⅱ序孔灌浆间隔时间不小于7 d,遇特殊情况,及时进行处理,确保板墙连续完整性。从孔口冒出的部分浆液,除了被切割的地层颗粒外,大部分为水泥浆,将冒浆导入沉淀池,使地层中粗颗粒沉淀,并尽快将沉淀后的水泥浆泵送回搅拌机回收利用,这样既节约水泥、节省投资,又保护了环境。

回灌:待喷射管提到设计高程后,喷射灌浆结束,然后向孔内不断灌入合乎质量要求的水泥浆,直到浆液不再下沉为止。

因停电、机械故障造成停喷时间达24 h以上,继续喷射时则应将喷头下插50cm开喷,确保板墙在高度上的连续性。

封孔:采用回浆回灌封孔,上部不满部位采用粘土回填夯实封孔。

弃浆排放:舍弃的浆液排放至指定地点。

根据本工程的特点,采用XY-300型工程钻机进行钢管桩钻孔施工,桩孔终孔后,利用泥浆将沉渣冲出,直至孔内沉渣厚度小于100mm,为了保证施工质量,必要时进行二次清孔,钢管桩所选用钢管为直径168壁厚5mm的无缝钢管,钢管长度根据孔深及地面标高、桩顶标高确定,钢管焊接必须平直,不得有局部弯曲,钢管桩的倾斜度小于1%,施工平面位置误差为±10cm,每根钢管桩均用砂浆填满,管桩顶300×300冠梁连接,φ 168钢管桩6.0m长,整根无需焊接;φ 168钢管桩12.0m 长,内衬焊接,桩内灌注纯水泥浆水灰比0.5,纯水泥浆掺入适量黄砂,膨胀剂掺入量根据现场试验确定。

待高压旋喷桩结合钢管桩形成的止水帷幕达到要求强度,即可进行帷幕内土石方开挖,严格分层开挖,分层支护,基坑边坡支护主要内容有:锚杆成孔、杆体安装及注浆加固,腰梁、肋梁及钢筋网安装、喷射混凝土面层、施加锚杆预应力等。锚杆钻孔前,根据设计要求和土层条件,定出孔位,做出标记,按设计要求制作锚杆,为使锚杆处于钻孔中心,应在锚杆杆件上安设定中架或隔离架(粗钢筋杆体沿轴线方向每隔2.0m设置一个定中架)。安放锚杆杆体时,应防止杆体扭曲、压弯,注浆管宜随锚杆一同放入孔内,管端距孔底为50mm～100mm,杆体放入角度与钻孔倾角保持一致,安好后使杆体始终处于钻孔中心。注浆材料选用水灰比0.40～0.45的纯水泥浆,必要时可加入一定量的外加剂或掺合料,浆液硬化后不能充满锚固体时,应进行补浆,注浆量不得小于计算量,其充盈系数为1.1～1.3。注浆完毕应将外露的钢筋清洗干净,并保护好。肋梁及腰梁截面为300×300,混凝土C20,配筋为4Φ 20,主筋通长配置,箍筋φ 6@200。钢筋质量符合规范要求,采用绑扎或焊接施工,钢筋网紧贴岩面并与锚杆连接牢固。喷混凝土采用湿喷法施工工艺,用TK-961型混凝土喷射机自上而下分层喷射,人工喷水养护。网喷混凝土施工工艺采用:施工准备→岩面冲洗、验收→喷基层混凝土(3cm～5cm)→钻孔→注浆→锚杆安装→挂网→面层分层喷混凝土→回弹料清理→洒水养护。

为了基坑工程施工的安全,顺利按计划进行,保证工程质量,并且在施工过程中,使周围已有建筑物、市政设施、地下管线等不受损伤、少受干扰,必须对基坑工程全过程进行系统监测。在施工过程中,随时掌握基坑围护结构的位移、沉降、受力水平及周围建筑物的动态(沉降或倾斜),以科学数据为依据,做到信息指导施工,对可能出现的工程隐患及时预报以采取相应措施,防患于未然。

帷幕形成后基坑采用明排降低地下水位,具体施工方法为:在基坑四周开挖排水沟,在基坑四角设置集水井抽水。