综合支护技术在深基坑工程中的应用

2015-09-20

建筑施工 2015年11期

陕西建工集团总公司西安 710003

1 工程概况

西安市某工程地下2层，地上9层，建筑面积为58 520 m2。基坑北侧距围墙（建筑红线）3 m，距市政道路7 m，距高压输电线20 m；西侧距已有建筑21 m，东侧和南侧距周边邻近单位围墙2～3 m。该工程基坑深度11.70 m，开挖长度189 m，宽度69.30 m，土方量约130 000 m3。施工场地狭小，无放坡条件（图1）。

图1 基坑平面示意

在按原设计方案开挖近4 m后，由于客观原因，设计方案有了明显变动，导致已开挖的东侧边坡需要退回2 m，为减少土方外运量和后期回填量，并增加施工阶段可利用的场地面积，项目部决定对退回后不再利用的基坑采用人工方式进行回填。

2 工程水文地质条件

2.1 工程地质条件

本工程地貌属于乐游塬黄土梁北缘，在勘探深度内地层自上而下依次为：人工填土、第四系上更新统风积黄土、残积古土壤、中更新统风积黄土、冲积粉质黏土、中粗砂、冲湖积粉质黏土及粗砂等。

场地地层分布连续、均匀，根据《西安城市工程地质图集》（1998年版），f7地裂缝自拟建场地南侧约100 m处通过，可不考虑其对拟建建筑物的影响。

2.2 水文地质条件

根据钻孔揭露，场地地下水埋深在7.82～8.43 m之间，高于基底标高3.31～3.70 m。地下水位变化幅度约为2 m，属潜水类型。

3 施工难点

1）本工程基坑开挖深度超过5 m，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范畴，施工过程中的安全风险高。

2）地下水位高，基础和部分地下室处于水位以下，降水量大，施工难度大。

3）基坑开挖土方量约130 000 m3，土方的外运量大，受市政道路通行时段限制，土方的外运速度较慢，护坡的暴露时间较长。

4）施工场地狭小，无法形成环形施工道路，车辆通行和物料堆放集中在基坑北侧，且距坑边距离近，对支护要求高。

5）基坑北侧为城市主干道，车流量大，且有110 kV高压输电线路，基坑影响范围内有多条通信、排污管道，对基坑施工影响较大[1,2]。

4 支护及降水方案设计

4.1 支护方案设计

本支护设计本着“安全适用、技术先进、经济合理、保护环境和施工方便”的原则，对基坑南、西、北三面采用桩锚支护结构形式，如图2所示。钢筋混凝土护坡桩φ0.80 m，混凝土强度等级C30。桩间距1.60 m，桩长19 m，共计303根。桩顶与自然地面平齐，嵌固深度7.30 m，在标高-6.00 m和-9.50 m处各设1道锚索，为一桩一锚，锚索长20 m，倾角15°，冠梁尺寸为800 mm×600 mm。

基坑东侧因变更上部还需填土，无法满足锚索锚固要求，经向设计人员反映后采用桩锚加挡土墙支护形式，如图3所示。钢筋混凝土护坡桩长15 m，共计29根，桩的其余设计参数与其他三面相同。桩顶位于自然地面以下4 m，在标高-9.50 m处设1道锚索，为一桩一锚，锚索长度18 m，倾角15°。

图2 护坡桩及锚索支护示意

图3 护坡桩及锚索加挡土墙支护示意

冠梁上部人工填土部位为砖砌挡土墙，从冠梁面开始从宽700 mm按两皮一收至地面逐步缩为宽240 mm，坡度比为1∶0.60。挡土墙顶部设高200 mm混凝土压顶。

4.2 护坡面层设计

桩间土连续防护面层由钢筋网、挂网钢筋和横向拉筋等构成。坡面挂φ6.50 mm@200 mm（锚索上下0.50 m距离内均加密至100 mm）钢筋网片，面层喷厚80 mm的C20细石混凝土。钢筋网片采用挂网钢筋与桩体连接，用φ14 mm的T形插筋和φ6.50 mm的U形卡固定。插筋水平与垂直向间距1.50 m。钢筋网与横向拉筋采用铁丝绑扎连接，横向拉筋与挂网钢筋采用单面焊接。

为排出护坡面内部的残留滞水，在坡底位置设置φ50 mm的PVC排水管，深500 mm，水平间距1.60 m（设于桩间），向外设3%的排水坡度，周围填砾石。

4.3 降水方案设计

根据场地的水文地质条件，采用管井井点降水。降水井深度30 m（从自然地面算起），间距18 m，距离基坑上口线1.50 m，周围共布置32口降水井，其中基坑内布置3口观察井。井成孔φ0.80 m，井管采用内径0.50 m的无砂砾石井管，孔隙率不小于15%，保证接口平整，内壁光滑。

5 施工技术要点

5.1 测量定位

护坡桩的定位放线误差在垂直于轴线方向控制在10 mm以内，且不得偏向基坑内，护坡桩垂直施工误差不得大于1%。施工时先准确定出基坑开挖边线的位置，在此基础上考虑施工的水平误差和垂直误差，并结合支护结构的最大水平位移3 mm进行外放，以保证支护结构内表面不侵入结构。

5.2 灌注桩施工

灌注桩利用螺旋钻孔机成孔，施工时采取隔二打一的跳打方式，并在浇筑混凝土24 h后进行邻桩成孔施工，防止因土体扰动而对已浇筑桩造成的影响。

5.3 挡土墙施工

挡土墙砌砖与填土配合施工。每次砌筑高度为0.60 m，凝固后进行土方回填，分层夯实。

5.4 降水井施工

成井采用泥浆钻进工艺，施工时避免泥浆过厚，保持过滤器畅通以防影响井壁滤水效果。成井后必须充分洗井，时间不少于3个台班，要基本达到水清。填砾采用直径为3～5 mm的豆石，清除泥砂后沿井口四周投入。

成井后进行单井试抽检查降水效果。降水过程中定期取样测试含砂量，含砂量需控制在0.05%以内。

降水水泵应间隔分批开启，以防水位陡降造成周边沉降急剧增加，水位降至坑底0.50 m以下形成降水漏斗后，逐步减少水泵开启数量，保持水位稳定即可。

5.5 锚索施工

随土方进度，当土层开挖至锚索设计面以下1 m时进行锚索施工。预应力锚索成孔采用锚杆钻机机械成孔，二次注浆工艺，首次注浆压力不小于0.50 MPa，二次注浆压力不小于1.50 MPa，每根锚索的注浆水泥用量不小于500 kg。当锚索固结体强度达到设计强度75%后，方可张拉锁定。

在阳角部位，锚索水平位置和倾角可适量调整，以避免两个方向上的锚索相互影响。

5.6 基坑围护

在离坑顶和坑底边200～300 mm处分别设置200 mm×200 mm混凝土排水沟，沟底坡度为0.30%。间距50 m及在转角部位设置1 m×1 m×1 m的集水坑，并准备一定数量的抽水设备及时排水[3,4]。

对基坑周边地面进行硬化并向四周放坡，防止雨水和地表水渗入。控制基坑周边的荷载，对施工出入口载重车辆通过较频繁的地段铺设厚10 mm钢板以保护路面。

开挖至坑底后，及时组织验槽及下道工序施工，以尽量减少暴露时间和对基底地基土的扰动。

6 施工监测

6.1 监测方式

因工程周边较为复杂，所以要对护坡桩顶水平和垂直位移进行监测，监测方式采用视准线法，沿冠梁共布置31个监测点，水平间距为15～20 m；对已有建筑物采用水准测量，设置4个监测点；对周围道路采用水准测量，设置8个监测点。监测点分布如图4所示。

图4 监测点分布

6.2 监测要求

监测点位设置在距离基坑水平位置1.40 m以内、开挖变形影响范围以外，并在施工前测量2次稳定的初始值。开挖期间每开挖1层监测1次；开挖后的1个月内每周监测1次；之后半年内每2周1次，然后每月1次直到回填结束。整个施工中若出现异常，如地面、支护结构或周边建筑物出现裂缝、沉降，遇到降雨、降雪、气温骤变，基坑出现异常的渗水或漏水、坑外地面荷载增加等各种环境条件变化情况时，需要增加监测次数，必要时每天1次或数次，直至连续3 d的监测数值稳定。

对各点的变形报警值规定为：护坡桩桩顶累计水平变形超过30 mm或连续5 d内变形大于1 mm/d；已有建筑物和周围道路各监测点间的沉降差超过20 mm或沉降总量超过30 mm。

6.3 监测结果

为测得初始值，在基坑开挖前监测了2次并取其平均值作为初始值。至土方回填完成，建设单位委托专业公司共进行了22次监测，历时280 d。基坑南北向设置的监测点向基坑内水平位移最大的点为26#点，其位移量为19 mm（向北），基坑东西向设置的监测点向基坑内水平位移量最大为15#点，其位移量为7 mm（向西）。在监测过程中，未发现监测结果接近或达到预警值等异常情况，施工过程中边坡安全[5,6]。

对邻近已有建筑物和道路监测结果如图5、图6所示。已有建筑最大沉降为Q4点，其沉降量为5.00 mm；道路最大沉降为L1点，其沉降量为3.30 mm，各期监测沉降速率及沉降动态数据表明，周边邻近建筑物处于稳定状态。