探讨国家图书馆后勤服务楼改扩建工程深基坑施工技术
2013-05-24林俊飞张泽林
林俊飞，张泽林，白 宇
（国家图书馆，北京 100081；中国新兴(集团)总公司，北京 100036 ）
1 工程概况
国家图书馆后勤服务楼改扩建工程（以下简称本工程）是在北京市海淀区中关村南大街33号院内。本工程分为南端（1轴至1/9轴）和北段（10轴至19轴），总建筑面积26666.59平方米，建筑檐口高度为27.8米。南端地上六层、局部地下一层，结构类型为钢桁架+钢框架，基础采用桩基；北段地上六层、地下三层，结构类型为钢筋混凝土框架，采用钢筋混凝土梁板筏基础。本工程±0.00相对标高对应的绝对标高为53.00m，自然地面相对标高为-0.80m。北段深基坑北侧槽底相对标高为-14.85m，南侧槽底局部相对标高为-16.00m。深基坑面积2378平方米，周长197m，基坑开挖深度分别为11.35m、12.50m和14.05m。本工程于2012年7月土方开挖，2012年10月北段地下结构施工完成。
2 深基坑周边情况
本工程北段深基坑东侧为二期地下车库和地下热力站，其中二期地下车库距离基坑边线约2.5m，二期地下车库基坑支护为复合土钉墙；地下热力站距离基坑边线约7m，地下热力站基坑支护为桩锚支护。西侧为紫竹院公园，无放坡工作面。南侧为带地下室的冷冻机房，基础埋深约3m，距离深基坑约6m。北侧为住宅楼，埋深约6m，距离基坑边线约18m。基坑四周均为大量地下管线。
从本工程岩土勘察报告得知，深基坑场地27m深度范围内未见上层滞水，深基坑边坡土质主要为粉质粘土素填土①层、杂填土①1层、粘质粉土、砂质粉土②层、粉质粘土、重粉质粘土②1层、粉砂、细砂②2层、粉砂、细砂③层、粉质粘土③1层、粘质粉土、砂质粉土③2层及圆砾④层。其中人工填土层工程性质差，容易坍塌；粉土层和砂土层遇水饱和也易失稳。钢筋混凝土梁板筏基础位于土层圆砾④层上。
3 深基坑支护方案
根据本工程深基坑土层情况和周边环境，采用桩-锚-土钉墙支护方案，详见基坑支护平面布置图。
图1 基坑支护平面布置图
基坑支护共分为五个剖面，具体如下：
1-1剖面：基坑南侧，基坑深度11.35m，采用桩锚支护。护坡桩为φ800@1600钢筋混凝土灌注桩，桩身及冠梁砼强度等级C25;护坡桩主筋、加强筋为Ⅱ级螺纹钢筋，箍筋为Ⅰ级盘圆钢筋；钢筋笼主筋保护层厚度为50mm。护坡桩成孔工艺可采用旋挖钻机成孔。护坡桩顶以下3.5m、7.5m各设置一道锚杆，均为一桩一锚。第一道锚杆位于土层，成孔可采用普通锚杆钻机；第二道锚杆位于圆砾层，成孔须采用水钻锚杆钻机。锚杆孔内注入水灰比为0.5的纯水泥浆。护坡桩顶设一道800mm×600mm连梁。
2-2剖面：基坑南侧，基坑深度12.50m，采用桩锚支护。护坡桩为φ800@1600钢筋混凝土灌注桩，桩身及冠梁砼强度等级C25;护坡桩主筋、加强筋为Ⅱ级螺纹钢筋，箍筋为Ⅰ级盘圆钢筋；钢筋笼主筋保护层厚度为50mm。护坡桩成孔工艺可采用旋挖钻机成孔。护坡桩顶以下4m、8.0m各设置一道锚杆，均为一桩一锚。第一道锚杆位于土层，成孔可采用普通锚杆钻机；第二道锚杆位于圆砾层，成孔须采用水钻锚杆钻机。锚杆孔内注入水灰比为0.5的纯水泥浆。护坡桩顶设一道800mm×600mm连梁。
3-3剖面：基坑西侧及北侧，基坑深度14.05m，采用土钉墙加桩锚支护。上部2.7m(标高-3.5m以上)按1：0.3进行放坡，做土钉墙；下部(标高-3.5m以下)为桩锚支护。护坡桩为φ800@1600钢筋混凝土灌注桩，桩身及冠梁砼强度等级C25;护坡桩主筋、加强筋为Ⅱ级螺纹钢筋，箍筋为Ⅰ级盘圆钢筋；钢筋笼主筋保护层厚度为50mm。护坡桩成孔工艺可采用旋挖钻机成孔。护坡桩顶以下3.0m、7m各设置一道锚杆，均为一桩一锚。第一道锚杆位于土层，成孔可采用普通锚杆钻机；第二道锚杆位于圆砾层，成孔须采用水钻锚杆钻机。锚杆孔内注入水灰比为0.5的纯水泥浆。护坡桩顶设一道800mm×600mm连梁。
4-4剖面：基坑东侧，与现有二期地下车库相邻，基坑深度14.05m，采用单排支点桩进行支护，护坡桩为Φ800@1600钢筋混凝土灌注桩，桩身及冠梁砼强度等级C25;护坡桩主筋、加强筋为Ⅱ级螺纹钢筋，箍筋为Ⅰ级盘圆钢筋；钢筋笼主筋保护层厚度为50mm。同时，在距离护坡桩6m处设置张拉φ1000短桩，短桩长度2.0m，与护坡桩通过张拉连梁相连。护坡桩顶设一道800mm×600mm连梁，连梁主筋保护层厚度为30mm，护坡桩与张拉短桩之间设置一道400mm×400mm连梁。护坡桩成孔工艺采用人工挖孔工艺成孔。
5-5剖面：基坑东侧，与地下热力站相邻，基坑深度14.05m，采用双排桩进行支护。前排护坡桩为Φ800@1600钢筋混凝土灌注桩，桩身及冠梁砼强度等级C25;护坡桩主筋、加强筋为Ⅱ级螺纹钢筋，箍筋为Ⅰ级盘圆钢筋；钢筋笼主筋保护层厚度为50mm。利用原有地下热力站施工时的基坑护坡桩（Φ800@1600钢筋混凝土灌注桩）作为后排桩，将原有的桩顶连梁凿除，并将原有桩体及主筋接长至基坑支护桩同一标高。两排桩之间的距离约为5.5m。护坡桩顶设一道800mm×600mm连梁，连梁主筋保护层厚度为30mm，；支护桩与张拉短桩之间设置一道600mm×400mm连梁。护坡桩成孔工艺采用人工挖孔工艺成孔。
4 深基坑施工
4.1 人工挖孔桩施工工艺流程
放线定位→开挖土方→支设护壁模板→浇筑护壁混凝土→检查桩位（中心）轴线及标高→架设垂直运输架→拆除模板继续下一段施工→第二节护壁支护模板→浇筑第二节护壁混凝土→逐层往下循环作业→检查验收→钢筋笼沉放→浇筑桩身混凝土
4.2 旋挖钻机成孔施工工艺流程
4.3 预应力锚杆施工工艺流程
4.4 土钉墙施工工艺流程
4.5 深基坑监测
本工程基坑属于一级基坑，在土方开挖和地下结构施工过程中应对基坑和周边进行监测，实行信息化施工，确保安全。根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）要求，国家图书馆委托的第三方监测单位从2012年7月15日开始进场布设监测点，2012年7月16日完成深基坑周边地表沉降、地下管线沉降、桩顶水平位移、桩顶沉降、周边建（构）筑物沉降等测项的初始值测量，2012年7月18日开始严格按照《国家图书馆后勤服务楼基坑工程第三方监测方案》规定的监测频率进行监测（基坑开挖期间H≤5m，1次/3天；5m
4.6 深基坑施工注意事项
（1）挖掘机挖土过程中，应避免护坡桩和锚杆等临时支护构件被挖掘机铲斗碰损。
（2）人工挖孔桩施工过程中，挖出的土不能堆放在孔口四周1m范围内；施工人员下孔前，必须确保孔下空气流通，安全防护措施到位。
（3）旋挖钻机钻进过程中，一要控制钻速，二要注意土层变化，三要进行泥浆调配；成孔后要注意清孔速度和泥浆指标。
（4）在锚杆施工过程中，锚固段强度应大于15MPa并达到设计强度的75%后方可张拉。
（5）土钉墙施工过程中，对于破碎、滑移的土体应立即进行初喷和硬化。
（6）在土方开挖和地下结构施工过程中，加强施工监测和日常安全巡视，发现监测数值接近或超过预警值时，应立即分析原因，采取相应的对策，确保基坑安全可靠。
结语
结合本工程案例，笔者认为在处理建筑深基坑工程问题时，一定要因地制宜，制定出可行的深基坑支护方案，采取技术安全可靠、经济和施工快捷的施工工艺，加强施工监测和日常安全巡视，确保施工安全。
