常见多层高深基坑一般施工技术的分析与对策-论

常见多层高深基坑一般施工技术的分析与对策
王辉

　摘　要: 本文针对高层建筑深基坑施工中一般采用的土钉墙支护结构工程,对常见的多层高程深基坑施工进行了一定的分析和探讨,供广大工程技术人员参考。
关键词: 工程地质；施工方案；基坑；支护; 土钉墙; 施工技术 论文网，职称论文网，发表论文
1　工程概况
此工程建筑面积约为60 000 m2。其中地下一层、地上4层,局部六层。基础形式为独立桩承台及倒桩承台筏板基础,基坑面积约7 500 m2 , 为半地下室结构, 呈扇型布置。本工程室内±0.000相当于绝对标高高程89.5m, 现场场区自然地面标高为90m, 基坑底板、承台底标高为- 6m、-7m、-9m, 浅基坑承台底标高为- 3.50 m, 基坑开挖深度在7m～9.5m之间, 深浅基坑高差在4.5m～6.5m。
2　工程地质情况
工程地质情况分布如下:
(1) 素填土, 粉质粘土为主,局部分布有杂填土,层厚0.3m～1.9m;
(2) 粉土(新近堆积)混有砂土颗粒, 夹有粉砂薄层,层厚1.3 m～3.5m;
(3) 粉土(新近堆积) ,有流塑状粉质粘土薄层,层厚3.3 m～5.7m,层底埋深6.6m～9m;
(4) 粉土,混有砂粒,有粉质粘土透镜体,层厚1.8m～5m,层底埋深9.0 m～13.2 m;
(5) 粉质粘土, 可塑- 软塑, 局部有高压缩性土, 层厚0.5 m～3.6 m,层底埋深11m～14.6m;
(6) 粉土, 中压缩性土, 层厚0.4m～3.5m, 层底埋深13.5m～16.3m。
(7) 粉细砂, 上部混有粉土颗粒, 层厚1.1m ～5.1m, 层底埋深19.2 m～22.2m。
本工程地下水位较高, 位于自然地面以下3m左右,土质表层2 m左右是回填杂土层, 以粉土和粉土粘土为主。本工程基础施工正处于雨季, 必须采取可靠的措施来降低地下水位, 同时必须采取必要的措施保证雨水顺利排放,保证施工期间的安全可靠。
3 施工方案选型及可行性分析
3.1　施工方案选型
由于该工程土层构造较为复杂,在深度25m～28m之间存在粘土构造层,该土层属于隔水层, 通过前期降水试验, 在该土层降水曲线属于明显的“双漏斗”形状。该工程四周没有重要建筑物,对于基础埋置深度在3.5 m～9.5 m之间的基坑深度, 在支护结构选型上有以下方案:基坑侧壁安全等级为二级, 对基坑侧边变形控制指标为基坑坡顶、垂直沉降、边坡整体位移三项监测数值控制在60 mm、80 mm、60 mm。对于基坑深度在6m～8m的部位支护方案主要有排桩、土钉墙、深层搅拌桩, 基坑深度在3.5～5m之间的部位可以采用土钉墙、放坡或密目网砂浆固面等方法。
3.2　实施难点及可行性分析
①雨季施工季节的影响
由于基础部位施工正处于7月～9月份雨季期间, 对于土层以粉土、细砂土为主来讲, 要防止地表水侵入土层,对支护结构造成不利影响; 另外对于土钉墙支护、深层搅拌桩及砂浆固面结构影响较大,因此,必须采取可靠的排水措施, 以确保地表水及基坑内存水及时排出。
②多变复杂土层结构对支护结构的影响
根据现场实际开挖土方土层结构来看,上表以回填杂土为主,厚度在2m左右;下层存在黑色淤泥、细砂层, 底层土多为粉土、粘土层, 这些不同复杂土层对支护结构都有较大影响。
③多变深浅复杂基坑交叉多, 支护结构施工难度大深浅基坑高差在4.5 m～6.5 m 之间, 交叉长度达到150m左右, 浅基坑以独立桩承台为主, 因此在该部分土方
开挖既要保证深浅基坑土方开挖安全, 又要保证土方开挖不能够破坏原浅基坑土层结构。
3.3　根据现场周遍环境及支护结构施工特点,结合工程实际情况,最终确定以下施工方案
①总体方案: 据现场抽水试验的结果, 确定以大口径深井降水为主, 局部根据实际情况采取轻型井点降水作为辅助。降水井直径600、布置间距20 m、深度25 m呈梅花型布置, 另外在周遍及基坑中央设置6口观察井。
②坑支护方案:深度在5m～9.5m的深基坑区域, 支护形式采取土钉墙为主; 深浅交叉区域采取深层搅拌桩为主; 浅基坑区域以砂浆固面支护形式作为补充。这样在施工方案选择上是可行的, 不仅施工速度快, 而且施工质量容易得到控制。
4　支护结构设计
支护形式主要有以下三种, 即土钉墙、深层搅拌桩、喷射混凝土固面。对于砂浆固面做法属于构造做法, 按照相应规范执行。对于深层搅拌桩和土钉墙要进行设计计算。土钉墙其结构类似于重力式挡墙, 将拉筋(又称为土钉) 利用人工或机械成孔植入土体内部, 并在坡面上喷射混凝土, 形成土体加固区域共同作用,从而形成支护体系。土钉墙主要计算控制指标承载力如下:
单根土钉抗拉承载力应满足,
1.25γ0Tk ≤ Tujξ
其中: γ0 为基坑侧壁安全重要系数, 本工程取二级, 系数1.0;
Tk 第j根土钉受拉荷载标准值;
Tuj第j根土钉抗拉承载力设计值。
单根土钉受拉荷载标准值按照下公式计算:
Tk =ξeajk sxj szj / cosaj
其中: ξ综合系数,与土层内摩擦角、放坡角度有关;eajk 第j个土钉位置处的基坑水平荷载标准值;
sxj ,szj第j个土钉与相邻土钉的水平、垂直间距。
本工程侧壁安全等级为二级,土钉抗拉承载力设计值需要通过试验确定。在本工程中现场进行了四组不同土层土钉抗拉承载力试验,现场分别在距地面1.5 m、2.5 m、3.5 m、4.5 m深度进行, 实验用钢筋采用二级、<25, 试验值经过实际测量分别为7.95kN、21.12KN、36KN、59KN,分别比理论实际计算大10.7%、16.25%、3.75%、25%。根据实际进行调整, 在5 m深度范围内采取4层土钉、7m范围内采用6层土钉,9 m范围采用8层土钉。土钉长度为深度的1–1.5之间,经过修整,土钉直径调整为<22、<20。同时需要验算基坑底承载力,对于软弱土层承载力不满足的情况下,需要对基底土进行加固, 常用的加固方法主要有水泥土桩、高压注浆、置换土层等方法，计算软件采用PKPM电算软件即可。
5　主要施工方法
5.1关于土钉墙
①土钉墙施工时, 上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工。
②基坑开挖和土钉墙施工自上而下分段分层进行。在机械开挖后辅以人工修整坡面, 坡面平整度的允许偏差为±20mm, 在坡面喷射支护前, 先清除坡面虚土。
③土钉墙施工顺序:
开挖工作面→修整边坡→埋设喷射混凝土厚度控制标筋→喷射第一层混凝土→钻孔安设土钉→注浆→安设连接件→绑扎钢筋网, 喷射第二层混凝土→设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。
④喷射作业根据土方开挖顺序分段进行, 同一分段内喷射顺序自下而上一次喷射厚度为40 mm; 喷射混凝土时,喷头与受喷面应保持垂直, 距离宜0.6 m～1.0 m; 喷射混凝土终凝2h后, 应喷水养护, 养护时间为3～7h。
⑤喷射混凝土面层中的钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设, 钢筋保护层厚度为40 mm; 钢筋网与土钉采用承压板焊接相连。
⑥采用水泥净浆的水灰比为0.5随拌随用,拌合的水泥浆必须在初凝前用完。
⑦注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净, 注浆开始或中途停止超过30分钟时, 应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路; 注浆时, 注浆管应插至距孔底250mm ～500mm处, 孔口部位设置止浆塞及排气管; 土钉钢筋设置定位支架。
5.2　深层搅拌桩
①水泥深层搅拌桩采取切割搭接法施工。在前桩水泥土尚未固化时进行后序搭接桩施工, 施工开始和结束的头尾做搭接加强处理。
②深层搅拌水泥土桩每米水泥掺入不小于60kg，水泥深层搅拌桩采用浆喷工艺。
5.3　砂浆固面
边坡按照1∶1放坡,坡面人工清理平整,对局部缺陷部位软弱土层清理干净。采用密目钢丝网满铺,与土层接触面留置25mm保护层, 钢丝网采用<12钢筋、间距600mm、长度1200 mm梅花型打入土层固定。面层用12.5水泥砂浆罩面。固面层施工完毕后, 及时洒水湿润。
6　控制措施
6．1　降水效果必须要达到设计要求
对于选用的支护结构来讲, 水对支护结构的安全影响最为严重。因此, 降水效果的好坏直接影响到支护结构的安全使用。本工程中采取深井降水, 每天观测水位变化情况, 准确掌握了水位情况, 由于前期采取了抽水试验, 测定不同土层渗透系数及深井降水的影响半径, 为降水工程提供了可靠的一手资料, 降水工程实施顺利, 效果也达到了预期目标。
6．2　地表雨水防水措施
对于土钉墙支护结构, 变形是必然的, 也必然在地表产生裂缝。如果不对这些裂缝及时有效的处理, 会加剧裂缝的变化。因此, 在施工中加强对地表裂缝的观察及处理。由于雨季及地下降水的影响, 有效的防水措施是保证基坑安全的重要措施。实际施工距基坑6 m设置专用排水沟,基坑边与排水沟之间采取混凝土硬化, 并施工成5%坡面,及时有效地将地表雨水及基坑雨水抽出排放。
6．3　基坑变形、位移监测
分别在基坑坡顶面、间距15m和距离基坑6m设置变形观测点, 土方开挖期间每天观测两次,土方开挖完成后每天观测一次, 发现超出规定的变形及时处理。实际施工中由于加强了监测, 个别部位变形超出了控制范围, 及时采取了加固措施, 有力的保证了基础施工顺利进行。
6．4　土钉墙施工注意事项
①土钉墙土方开挖放坡坡度控制在10.2, 坡面人工修整平整, 对于软弱土层要清理干净, 局部缺陷较大部位要采取换土方法, 进行加强。
②严格按照分层开挖、分层支护、上层支护强度达到70%设计强度后, 才能再往下继续开挖的原则执行, 每层开挖深度不超过2.2 m, 严禁超挖, 更不允许一次开挖到位。
③喷射混凝土强度按照规定及设计要求, 要检测强度,可以采取同类施工方法, 做一组500 ×500 模块, 做成试样, 喷射完成初凝前及时修边、养护, 做成标准试块, 进行实验。
7　结语
该工程支护结构方案由于选择合理, 实施过程中监督和监测到位, 整个基础施工较为顺利。
参考文献:
[ 1 ] 　JGJ120-99,建筑基坑支护技术规范[ S].
[ 2 ] 　GB50086-2001,锚杆喷射混凝土支护技术规范[ S].
[ 3 ] 　2007.黄伟,周文斌,陈鹏. 土钉支护技术在深基坑中的应用[ J ]. 西
部探矿工程,