探讨深基坑降水和支护技术的应用
关键词:深基坑,降水,支护 ,护坡桩,预应力,土钉墙
引言
随着我国城市建设的高速发展,高层建筑越来越多,基础也越埋越深. 基础埋深的加大给施工带来很多困难和更多的施工安全要求,尤其是在城市建筑物密集、地下管线纵横交错及地质条件和周围环境复杂的地区，已不允许采用比较经济的放坡开挖，而需要在人工支护条件下进行开挖，这就要求施工过程中必须选择一种合理的支护方式。
1.工程概况
某工程位于郑东新区起步区A-55和A-56地块.占地面积8877㎡，建筑高度80m，地下2层，地上17层。基坑开挖深度为9.7m，局部挖深11.8m。长145m，宽56m，南距新修内环路8m，北距供水管中心线7m.东西距规划道路6m左右，地下水位-3.10 m。
2.方案选择
考虑到上述空间的限制及基坑开挖需降低地下水位对周围土质的影响，特别是对其南部新修内环路及相关管道的影响。经分析论证，在基坑及基坑东、西、北三面采用管井井点降水配合喷锚网支护技术，在靠近内环路一侧采用止水帷幕配合护坡桩加预应力锚杆技术。
3.基坑降水与支护施工方法设计
在此工程中，地下水渗透系数不一、水量分布不均、水位高、降深大、地下水丰富、基坑开挖深度大,距周边建筑物和道路近。要确保工程顺利进行,基坑降水和支护就成为施工的一个关键。
4.施工技术
4.1基坑降水施工
(1)管井采用反循环钻机600mm 的钻头成孔,自造泥浆护壁。成孔完毕后立即下400mm 无砂水泥管,下管要保证垂直居中。滤料从井口四周均匀回填,以防将井管挤偏,井管离地面2m 范围内四周用粘性土回填封口。管井抽水前,要先用空压机洗井,清除管内泥砂,洗出清水为止,以保证出水畅通。
(2)由于含水层渗透系数不一、水量分布不均,加上抽降周期短的原因,在开挖基坑下半部时,地下水不会完全疏干,坑壁局部土层有渗水。在该处土钉墙喷射面层混凝土的同时,在其坡面水平插入土中长度为0.4～0.6m,间距3m左右,直径≥40mm的塑料排水导管。上半部管壁钻一些透气孔,外包滤网,外端伸出混凝土面层,以便将坡内滞水导出排走。
(3)基坑坡脚挖设排水明沟,将基坑内和侧壁局部渗水和雨水排走。排水沟和集水井布置的基础轮廓为0.4m,排水沟边缘离开边坡脚0.3m,沟底比基坑底面低0.4m,排水坡度0.1%,沟底填碎石。基坑四角及四边每隔30m 左右设置1个集水井,井径0.8m,井壁用红机砖砂浆砌筑,底面比排水沟底面低0.8m。集水井中积水应及时排至基坑外地面排水系统。
4.2基坑支护施工
4.2.1护坡桩施工
采用长螺旋钻机成孔,中心压灌混凝土,插入钢筋笼成桩的施工工艺。
(1)依据设计护坡桩的桩位平面图,定出桩位及高程控制点。同时在现场制作绑扎桩身钢筋笼。进场钢筋复检合格方可使用。钢筋笼的钢筋直径、数量、长度要严格按照施工图加工制作,箍筋为Ⅰ级钢筋10@100～250,在主筋内侧每隔2m 焊1 道Ⅱ级<14 钢筋作为加劲箍筋,主筋为通长筋,其接头采用焊接,保护层厚50mm。钢筋笼在存放、搬运和吊装过程中要保证不变形,堆放场地要平整。
(2)钻机就位、成孔钻机对位允许偏差20mm。钻机就位后应保持机身平稳、钻杆垂直,钻进过程中要确保孔壁垂直,随钻随注浆成孔,并做施工记录,收集水文地质资料。当钻至设计深度时即可停钻,验收符合要求后,进行压灌混凝土的施工。对于砂土层,护坡桩成孔时加2～3节护筒护壁,以避免发生坍孔。
(3)压灌混凝土随着钻具的提升,通过钻杆压灌混凝土。桩身混凝土坍落度160～180mm。浇筑混凝土时要掌握好混凝土用量和桩顶标高。
(4)混凝土压灌完成后,应迅速将钻机移走,立即进行钢筋笼吊放。钢筋笼就位采用汽车吊,专人指挥,夹具夹紧钢筋笼,使振动锤的激振力通过导入管传到底部,缓慢放入桩孔中,并一直振动到就位完成。防止钢筋笼放偏和避免碰撞孔位, 要特别注意主筋的方向和保护层的厚度,在钢筋笼的四周每隔1.5m 设置混凝土垫块来保证钢筋笼的保护层厚度。
(5)护坡桩顶浮浆凿除清理干净后,施工冠梁。
4.2.2预应力锚索施工
(1)锚索施工前,要求挖土至锚索位置以下0.5m,离护坡桩或土钉墙大于10m范围内场地平坦。定位放线,每隔10m 设1个控制点,保证锚索在同一标高。
(2)锚索杆体制作杆体用预应力钢绞线加工而成, 在施工现场平坦开阔地方进行制作,必要时在地面上铺塑料布。杆体下料长度为锚杆设计长度+1.2m。钢绞线每隔2m 用火烧丝同隔离架绑扎在一起,钢绞线夹在隔离架缝隙里。杆体保护层厚度为20mm,自由段涂上黄油,套上20mm软塑料管,两端用胶带密封,杆体下端用胶带缠紧,以便入孔。
(3)成孔根据地层条件, 锚索施工选用普通锚杆钻机和液压套管钻机进行成孔。在粉质粘土中采用普通锚杆机配备螺旋钻杆进行钻进,在砂、砾岩层中采用套管钻机进行钻进。
(4)在锚索成孔后,杆体下放时,把注浆塑料管插入隔离架中心孔跟杆体一同沿孔中心线徐徐送入孔内。中途遇阻时,可适当提动杆体,调整方向再下,如处理无效时,应将杆体提出孔外,重新成孔。
(5)注浆，使用高压注浆泵,浆液中掺加早强剂,以加快施工速度。锚索注浆分两次进行,第1 次以小于1MPa 的压力注浆,直至孔口处溢出水泥浆。第1 次注浆完成后1h 左右进行第2 次注浆,注浆压力1～3MPa ,要求水泥浆再次自孔口溢出为止。
(6) 腰梁安装,上锚具、张拉锚索施工完毕后,安装腰梁,并将腰梁焊接连成一个整体。锚杆张拉前,首先检查浆体的强度,试块抗压强度达到15MPa以上时方可进行集中张拉。张拉设备采用配套的电动机油泵和千斤顶,根据千斤顶油压表控制张拉荷载。
4.2.3土钉墙施工
(1)为缩短工期并及时保护已有开挖面,土方开挖与土钉墙支护施工分段分层,交叉进行,开挖一面支护一面。优先开挖基坑周边10m以上土钉墙施工作业面处的土方, 在未完成上层土钉及喷射混凝土面层之前,不得开挖下层土方。
(2)机械开挖后,挂线定位人工修整坡面,清除坡面上的虚土,坡面平整度偏差≯±20mm。
(3)用锚杆钻机成孔,局部用洛阳铲成孔。钻孔后要将孔内残留或松动的杂土清除干净,对孔中发现的局部渗水坍孔或掉落松土,应立即进行压浆处理。孔深允许偏差±50mm;孔径允许偏差±5mm;孔距允许偏差±100mm;成孔倾角允许偏差±5%。
(4)及时安放土钉钢筋主筋按土钉长度+200mm 下料, 外端设200mm 长90°的弯钩。主筋每隔2m 设对中定位支架,防止主筋偏离土钉中心。
(5)注浆锚杆钢筋安放好后,采用底部注浆方式,将注浆管插入孔底,及时注浆。注浆过程中,导管拔出要缓慢均匀,使注浆管口始终处于孔中浆体表面以下,以便将孔中空气排出,保证浆体灌实灌满。
(6)钢筋网绑扎时上下左右一根对一根搭接绑扎, 搭接长度≥300mm,并不少于两点点焊,保护层厚度30～50mm。竖向每3 排土钉,横向每排土钉设置1 道Ⅱ级<14 的通长压筋。土钉端部埋设500mm长“L”形锚筋, 通长压筋与“L”形锚筋和土钉钢筋外端的弯勾焊接成一个牢固整体。
(7)喷射混凝土应自上而下进行,喷锚施工先后顺序应根据地层土质条件灵活掌握。对于含水量高、自稳能力较差的粘性土和砂土部位,采取“先喷后锚”的方法施工,即在作业面上先绑扎钢筋网、喷射混凝土面层,而后再进行钻孔并设置土钉。混凝土终凝2h 之后,应洒水养护,时间≥7d。
(8)对于砂土层,因砂土遇水易形成流砂,给基坑支护造成困难,根据土层含水量大小,采取小分层(600mm 左右)小分段(10m 左右),开挖支护密切配合的施工方法;为使下层土方开挖尽快连续进行,在混凝土中掺加速凝剂;为保证边坡稳定,在坡顶做1.0m宽的混凝土翻边等。
5.降水和基坑支护效果
在土方开挖至上层覆土回填基本完成的施工过程中, 基坑内比较干燥。通过监测点观测,基坑支护结构顶水平位移最大为16mm,基坑周边沉降量仅3mm,各项监测值未超过报警值。基坑边坡稳定,周围建筑物和道路无损坏、无塌陷,表明支护效果良好。
结束语
总而言之，实行优质化施工，不仅使施工技术具有科学性，确保了施工安全，也为优化设计合理组织施工，提供可靠依据，节约了工程造价。实践证明，该方案在实际工程的实施过程中，成功地解决了深基坑支护问题，确保了施工质量和安全，对支护结构的施工进行有效监测和评析，并取得了良好的效果。
参考文献
[1]黄强.深基坑支护工程设计技术[M].北京中国建材工业出版社.1995
[2]建筑工程基础设计与深基坑支护技术要点实用手册.中国科技文化出版社.2005
