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基坑综合支护技术在工程中的应用

文章来源:  扬州市建设工程造价管理站 发布时间: 2012年08月20日   浏览: 1186   作者:扬州市建设工程造价管理站

     随着城市的不断发展,城市空间的开拓受到极大限制,高层、超高层建筑大量涌现,地下室成为许多高层建筑不可缺少的重要组成部分。同时,高层建筑上部结构传到地基上的荷载比多层建筑大得多,需建造补偿性基础,即以天然地面到建筑物基础埋置深度之间的土体重量来补偿一部分建筑自重,基础每加深1米,地耐力可相应增加,因此高层建筑的基础埋深一般都比较大。
     但是地下室的设置、基础埋设深度的加大给施工带来很多困难,尤其是在城市建筑物密集地区,施工场地邻近已有建筑物、道路和地下管线纵横交错,很多情况下使得经济、安全的放坡开挖这一传统技术不再能满足现代城市建设的需要,必须在人工支护条件下进行基坑开挖。而基坑支护大多又是临时结构、投资太大易造成浪费,但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此,如何根据基坑工程的特点进行科学的设计,安全、合理地选择经济可行的支护结构是基坑工程要解决的主要内容。人民铁道报社新闻业务楼工程基坑支护正是遇此问题。
     一、工程概况
     人民铁道报社新闻业务楼工程位于北京西站北广场,南临莲花池东路,西临双坝子坟路,东侧紧靠已建成的人民铁道报社印刷车间,北侧为一现状建筑物。
     本工程总建筑面积为30706平方米,筏板基础、框架剪力墙结构,地上11层,地下两层,总高度为43.4米,基坑深12.6米。
     本工程施工用地非常狭小,整个施工现场基础阶段基本没有施工用地,基坑开挖基本沿红线进行,其中北侧现状建筑无地下室,距基坑边线不到5米,东侧印刷车间带一层地下室。
     考虑到本工程施工场地狭小、工程工期和经济条件,为确保基坑和周边建筑物的安全,我们采用护坡桩和土钉锚杆的综合设计方案。2005年12月15日开工,2006年2月全面完成基坑支护,基坑整体工况良好,为下一步的工程施工提供了安全经济的支护保证。
     二、工程地质、水文情况
     1.地层岩性情况
     表层为人工堆积之厚度在1.6米~3.3米的粉质粘土、粘质粉土填土,以下为新近沉积的粘质粉土、砂质粉土,再以下为密实的砂、卵石、圆砾层。
     2.地下水情况
     本场区地下水位标高34.92米~35.88米。
     三、基坑综合支护设计
     1.基坑护坡设计方案的选择原则
     (1)满足基坑护坡的稳定性要求;
     (2)安全第一,确保基础土建施工期间的边坡安全;
     (3)优化护坡方案,尽量降低护坡成本;
     (4)施工工序简单有效,尽量缩短施工工期。
     2.基坑综合支护设计方案
     基于现场平面情况,为确保基坑在地下结构施工期间边坡的安全,经多方论证,对基坑北侧和东侧采用&phi600护坡桩加锚杆进行支护,基坑南侧和西侧采取土钉墙支护型式。
     设计计算根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)规范计算公式,经多方论证及经验公式,采用理正、PKPM深基坑设计软件辅助计算。(计算过程此处略去)
     (1)护坡桩设计
     1)基坑北侧护坡桩:桩中心距结构外皮1200毫米,桩径600毫米,桩间距1.2米,混凝土标号为C25。-2.0米处设置600×400混凝土帽梁一道。桩间设锚杆7道,第1、2道高度为-3.0米、-4.5米,锚杆长12米,第3道高度为-6.0米,锚杆长9米,第4、5道高度为-7.5米、-9.0米,锚杆长12米,第6道高度为-10.5米,锚杆长10米,第7道高度为-12.0米,锚杆长9米,锚杆采用28螺纹钢筋,倾角5°,桩间挂钢丝网用0.8长横压筋及1.5米土钉加喷80毫米厚砼固定。
     2)东侧护坡桩:采用单排锚杆,其它同北侧。
     3)滞水层处需插引流管将滞水引出,并喷射砼。
     (2)土钉墙设计
     1)基坑南侧和西侧:1∶0.1放坡,用八排砂浆土钉,第一排长9.0米,距地面1.5米;第二、三排长12.0米,距地面分别为3.0米、4.5米;第四、五、六、七排长9.0米,距地面分别为6.0米、7.5米、9.0米、10.5米;第八排长7.5米距地面12米。水平间距15米。
     2)土钉采用22螺纹钢;成孔直径90毫米110毫米,向下倾5,喷射C20砼厚80毫米,编制6.5@200钢筋网,用22螺纹钢做锚头,规格为4×300毫米。
     3)为排出面墙内上层滞水,根据需要设置浅层排水管,直径为100毫米,长300~400毫米。
     四、信息化施工和时空效应的应用
     1.信息化施工
     基坑支护结构的安全是保证工程建设顺利进行的前提条件,因此,在施工过程中对基坑围护结构受力情况、周围地层位移和周边建筑物、地下管线等保护对象进行监测是十分必要的。这样做,一是可以及时了解现场情况,对比分析设计条件与现场实际的差异,以便及时修正设计;二是可以通过接受反馈信息,科学合理安排下一步的施工工序,使施工更加安全,工程质量更好。
     本工程在施工中需要重点做好基坑支护结构的水平位移监测及地面沉降监测,及时发现问题,及时采取有效措施进行处理,以确保体系的安全。根据本设计支护体系,将控制基坑支护结构的水平位移不大于3.0厘米,地面沉降不超过2.0厘米,满足基坑安全要求。
     2.时空效应的应用
     时空效应广泛应用在基坑支护技术中,本工程基坑支护设计施工中也应用了时空效应,对基坑安全、节约支护结构用材,降低成本起到良好效果。
     (1)空间效应的应用
     1)基坑的滑动面受到相邻边的制约影响,在中线的土压力最大,而造成两边的压力小,利用这种空间效应,可以在两边折减桩数或减少配筋量。
     2)改变基坑空间形状,缩短基坑边长,增加基坑角点,减少变形量。如将矩形改成八角形,减少支护工作量,减少长边变形。
     (2)时间效应
     1)先注浆加固土体后,一般应需停歇养护3~4天,达到一定强度才能开挖。
     2)一层喷锚支护施工结束,此地段切忌立即向下开挖,养护1~2天才能向下开挖。
     3)开挖坡面暴露加快支护施工,要求坡面暴露后在16小时内完成支护施工。
     五、施工方法
     1.工程开展顺序
     该工程先进行护坡桩施工,然后进行开挖,土方开挖与基坑支护密切配合,互相创造工作面,达到打锚杆位置要求后,开始打锚杆工程并交叉作业进行桩间锚施工及西侧和东侧的土钉墙施工。
     2.护坡桩施工
     (1)工艺流程
     场地平整&rarr测量定位&rarr钻机对位&rarr复验桩点&rarr钻孔&rarr成孔至设计高程&rarr提钻压注超流态砼&rarr控制桩顶标高&rarr下钢筋笼&rarr成桩&rarr资料整理及报验&rarr人工凿平桩头至设计桩顶标高&rarr做帽梁&rarr开挖至设计标高打锚杆
     本工程采用了长螺旋钻机成孔泵送混凝土灌注成桩法施工。
     (2)质量标准
     1)原材料和混凝土强度必须符合设计要求和施工规范的规定。
     2)成孔深度必须符合设计要求。
     3)实际浇注混凝土量严禁小于计算体积。
     4)浇注后的桩顶标高及浮浆处理必须符合设计要求和施工规范规定。
     3.锚杆施工
     (1)工艺流程
     定位放线&rarr成孔(锚索加固)&rarr下锚索&rarr注浆&rarr养护(连梁斜铁加工)&rarr张拉锁定
     (2)质量标准
     1)锚杆水平方向孔距误差&le50毫米;垂直方向孔距误差100毫米;
     2)钻孔底部的偏斜尺寸&le锚杆长度的3%;
     3)锚杆孔深&ge设计长度(一般不宜大于设计长度的1%);
     4)锚杆自由段按规范要求做防腐处理;
     5)注浆管头部距孔底宜为50~100毫米,杆体按设计要做对中支架,插入孔底深度不小于锚杆长95%;
     6)锚杆浆体采用水泥浆或水泥砂浆,强度&ge20MPa;
     7)锚固体强度大于15MPa并达到设计强度的80%后方可进行张拉;
     8)锚杆张拉至设计荷载90%~110%后,再按设计荷载50%~80%锁定;
     9)锚头按规范要求做防腐处理。
     4.土钉墙施工
     (1)工艺流程
     边坡开挖&rarr边坡修整&rarr定位放线&rarr成孔&rarr插锚筋&rarr注浆挂网&rarr端头安装&rarr面墙砼施工&rarr养护
     (2)质量标准
     1)坡面平整度允许偏差±20毫米;
     2)土方开挖逐步进行,严禁超步开挖;
     3)孔位允许偏差±100毫米;孔深允许偏差&ge设计深度;孔径允许偏差&ge设计直径;土钉倾角偏差±5%;
     4)钢筋网搭接长度应±300毫米;其它钢筋焊接与绑扎应符合《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-84;
     5)面墙喷射砼厚度应80%达到设计厚度,其它要求执行《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ86-85。
     六、基坑变形监测
     1.基坑变形监测
     基坑开挖前在基坑边及邻近建筑物布置监测点,监测点间距一般不大于20米,在距基坑周边不小于2H(H为基坑深度)布置监测基准点,数量不少于两个,基坑开挖前进行监测点及基准点测量,测量至少两次,以取得初始值。
     基坑开挖及支护施工期间每天监测一次,当监测结果变化速率较大时,每天监测两次,当有事故征兆出现时,应连续监测。支护施工结束后,地下结构工程施工期间每周监测一次直至基坑回填土结束。
     2.基坑保护等级及警戒值
     (1)基坑保护等级
     本工程基坑保护等级为一级,最大沉降量&le3厘米,最大水平位移量&le3厘米。
     (2)警戒值
     一级基坑警戒值宜为8毫米;每天变形不超过2~3毫米,达到警戒值均应报警,研究措施,阻止变形发展,达到稳定,确保基坑安全。
     七、结论
     1.技术经济效果分析
     (1)根据基坑特点,当土钉墙无法满足基坑支护技术、安全要求时,采用护坡桩和土钉墙的综合支护技术,比单一的护坡桩支护造价低。
     (2)护坡桩设计采用钢筋优化设计,配筋按受弯构件的特点配置,并优选灌注桩的截面与配筋率,节约钢筋用量。
     (3)支护条件满足要求时应优先选用土钉墙,因为土钉墙与护坡桩相比造价明显降低,一般土钉墙费用为250元/M,而护坡桩一般为800~1000元/M。同时土钉墙能合理利用土体的自承能力,将土体作为支护结构的不可分割的部分。施工设备简单,操作方便,施工对周围环境干扰小。
     2.对基坑支护设计与施工的认识和补充
     (1)基坑支护设计与施工还应包括施工监测、反馈设计、以及施工监理。其中施工监测对支护位移的现场量测是边坡支护不可分割的重要组成部位,除有正确的设计计算分析外,支护的安全必须通过施工过程中的现场量测加以保证。本工程施工监测包括:支护位移的量测、地表开裂状态(位置、裂缝)的观察、附近建筑物的变形观测和裂缝观察、基坑渗漏水和坑内外的地下水位变化。测点距离不超过30米。成功地监测土钉支护的变化情况。
     (2)基坑支护最适合信息化施工。本工程最大水平位移与垂直沉降发生在基坑边壁的顶部。其中最大水平位移与基坑开挖深度的比值很好的控制在3&permil以内。
     (3)运用时空效应,在场地条件许可下,改一级放坡为二级台阶式放坡开挖,减少土压力,减少支护工作量,降低工程造价,场地无法满足土体放坡条件时采取坑壁不同坡度开挖。
     (4)基坑边坡支护,应结合基坑周边的实际情况,多方比较、论证,采用经济、安全的综合支护技术。同时,基坑工程施工前应根据基坑的危险性对基坑支护设计、施工方案进行专家论证审查。
    

(作者单位:北京城建远东建设投资集团有限公司)


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