桩锚支护结构在某工程深基坑的应用

时间日期：2009-4-14 已被阅读次：[7342]

佛山市新一建筑集团有限公司　陆永庆　冼学威

　　[提　要]　本文介绍了佛山市永红村民公寓深基坑支护工程的设计与施工。该工程采用钻
　　　　　　　孔支护桩，桩间单管旋喷桩作止水帷幕，并设置两道预应力锚索。文章探讨了
　　　　　　　在深厚砂层中预应力锚索的施工工艺。对桩锚支护结构在周边环境复杂、道路
　　　　　　　建筑物较多的地区的应用提出了一些建议。
　　[关键词]　深基坑桩锚支护预应力锚索地下水控制

　　一、引言
　　随着城市建设的迅速发展，城市用地越来越紧张，在市区内周边道路、地下管线情况复杂、建筑物密集的情况下兴建多层地下室已经越来越普遍。地下室基坑支护施工除了要求必须满足自身结构的安全、保证地下室施工安全顺利进行、确保周边环境与建构筑物、道路管线的安全，同时还必须实现施工对周边的环境影响最少，降低地下污染、降低造价的目的。桩锚联合支护是通过刚性支撑和柔性支挡两种不同支护结构形式的组合来保证基坑工程的安全性，该技术自20世纪90年代在我国应用以来，经过工程实践不断得到完善和成熟，并在淤泥质软土、深厚砂层等不利地层中取得了成功。
　　二、工程概况与场地地质条件
　　佛山市禅城区环市镇永红股份经济联合社兴建的商铺、村民公寓、餐饮、地下车库工程位于同济路南侧、普澜二路西侧，工程建筑面积为25897m2。工程采用框剪结构。工程基础采用钻孔扩底端承桩基础。底板板面标高为－7.60m，地下室底板厚度为600mm，考虑承台与地梁的土方开挖，地下室基坑总体开挖深度为9.20m。
　　场地地基土上覆土层由人工填土，第四系冲积层的淤泥质土、粉（细）砂、中（粗）砂、粉砂夹粉土、粉质粘土及第四系残积土层组成。砂层埋深较深，最深达到了23m。地下水主要赋存于粉细砂层和粗砂层中，含水量丰富，渗透性强。部分地段的地下水属于承压水。
　　基坑北侧为同济路，东侧为普澜路，西侧为建筑物，南侧为道路。基坑周边均为重要建筑物以及道路、管线等。周边均为道路与建筑物，场地内地下水位较高，地下水丰富，开挖范围内土层为杂填土、淤泥质土以及粉细砂层。工程砂层厚，埋深大，而且砂层较密实。工程按一级基坑进行设计，结构重要性系数取为1.1。
　　三、基坑支护设计方案
　　1.支护结构选型
　　根据本工程特点，可以选用的基坑支护型式有钻孔支护桩加设混凝土内支撑、桩锚式支护结构、逆作法、复合型土钉墙支护方案等。
　　钻孔支护桩加设混凝土内支撑方案能确基坑结构安全，位移小，对周边环境影响小，但内支撑装拆工序多，增加工程工期和工程造价，且内支撑影响地下室施工和土方开挖，工期很长。而逆作法造价高，工艺复杂，工期长。复合型锚喷墙支护方案，砂层中施工采用钢管作为锚杆，设置预应力锚杆控制基坑位移，止水帷幕可以考虑采用上部深层搅拌桩下部摆喷桩作为止水帷幕，该方案造价与其他方案比较较低，但本工程周边均为重要建筑物与道路、管线，对支护结构的变形要求严格，而复合式土钉墙的支护结构变形一般较大，且土钉施工过程中会造成大量地下水土流失，对周边环境造成极不利影响。因此支护结构选型时否定了以上三种方案。
　　桩锚式支护结构工期较短，工程造价较低，不影响地下室结构施工，适合本工程施工。锚索在砂层中难以施工、会造成地下水与砂土流失而造成地面沉陷的施工难点，可通过采用预应力锚杆的“压水钻进成孔法”施工工艺以及跟套管钻进工艺加以解决。综合以上所述，该工程确定采用钻孔桩＋预应力锚索支护方案。
　　2.支护结构与锚索设计
　　支护结构排桩采用Φ1000mm@1100mm钻孔灌注桩。桩间设置Φ550mm@1100mm单管旋喷止水帷幕。钻孔桩桩长暂定21m，具体施工以进入强风化岩或残积土层1m为准。而预应力锚索共设两排，间距为1100mm。第一排锚索轴向拉力设计值为400kN，预应力锁定值为250kN，设计采用Φ150锚孔，锚杆长度35m，自由段5m，锚固段30m，采用3×7Φ5钢绞线。第二排锚索轴向拉力设计值为550kN，预应力锁定值为400kN，设计采用Φ150锚孔，锚杆长度35m，自由段5m，锚固段30m，采用5×7Φ5钢绞线。
　　3.施工流程
　　施工放线→临时设施建设→钻孔灌注支护桩施工，基础桩施工，单管旋喷桩止水帷幕施工→桩检测→场地土方开挖至－2.50m→第一道预应力锚索施工→第一道预应力锚索张拉→场地土方开挖至－7.0m→第二道预应力锚索施工→第二道预应力锚索施工→土方分层开挖至设计深度→承台底板地模、垫层以及防水层施工→地下室结构施工→土方回填
　　4.基坑支护设计平面及基坑周边环境丝置如图1：

四、基坑支护工程主要施工要点
　　1.支护桩与单管旋喷桩施工
　　(1)支护桩必须隔孔进行施工，相邻支护桩之间的施工时间必须超过48小时。(2)由于支护桩采用不均匀配筋，因此施工过程中必须严格控制钢筋笼的下笼方向。
　　(3)支护桩施工必须控制好垂直度，以保证止水帷幕的效果。
　　(4)单管旋喷桩在同一位置的支护钻孔桩完成5天后方进行施工，避免影响钻孔桩质量。
　　2.土方开挖技术要点
　　(1)土方必须分层开挖，分层开挖深度不大于2m，开挖过程中做好各项支护结构的监测工作。
　　(2)土方开挖应在基坑内分级设置排水沟，除坑内设井点排水外，利用集水井将场内地下水及时排出坑外，减少土方含水使运输时对四周环境的污染。
　　(3)在护壁留300～500厚土层用人工挖掘修整，严禁碰撞工程及支护桩。剩余部分可采用塔吊配合清理。
　　(4)土方开挖过程中发现止水帷幕渗漏情况，马上回填砂包，采用双液注浆和补单管旋喷桩补强之水帷幕的方法进行处理。
　　3.预应力锚索施工
　　针对锚索成孔可能导致施工过程中出现水土流失的情况，锚杆采用了"压水钻进成孔法"结合跟管钻进工艺成孔。钻孔过程中钻进、出渣、固壁、清孔等工序一次完成；可以防止塌孔，不留残土。
　　其施工工艺为：
　　(1)钻机就位后，先调整钻杆至设计的倾斜角度并空机运转3～5分钟；为了保证钻孔的直线形及钻进过程中不塌孔，防止松散砂层在高压水的扰动下产主管涌事故，软土（淤泥及砂层）范围内设置了护壁套管钻进以封闭流沙，护壁套管采用岩芯钢管。
　　(2)冷机钻进速度视土质而定，一股以300～400mm／min为宜，对土层锚杆的自由段钻进速度可稍快，对锚固段则应稍慢一点。钻进中如遇流砂层，应当加快钻进速度，降低冲孔水压，并保持孔内水头压力。
　　(3)钻进时要不断供水冲洗（包括接长钻杆和暂停钻机时），而且要保持孔口的水位；水头压力应控制在0.15～0.30MPa之间为宜。
　　(4)待钻到设计深度后，尚应超前钻进不小于0.5m，以利注浆及保证锚杆底部范围内无沉渣。
　　(5)钻孔完成后，应继续用压力水冲稀残留在钻孔中的土屑，直至水流不显混浊为止，成孔后，应及时进行验收，安装索并进行注浆处理。第一次注浆完成后方可将软土中的护壁套管拔出。
　　(6)部分位置的水压力较大，采用了基坑外侧局部降水。采用Φ164mm钢花管制作临时降水井，将基坑外部的地下水局部降至锚杆孔口以下位置，在进行锚杆施工。该工艺可有效控制流砂的出现。
　　五、基坑监测与施工对周边环境的影响
　　基坑位于旧城区，周边环境复杂，为保证周围建构筑物、道路、地下管线及支护结构本身的安全，在基坑土方开挖过程中，对支护桩桩顶水平位移、坡顶土体沉降、基坑周边地下水位、基坑周边建筑物及地面沉降等项目进行了严密监测。桩顶水平位移采用经纬仪进行监测，最大水平位移量为25mm（计算值为32mm）；坡顶土体沉降采用水准仪进行监测，最大沉降值为28mm；基坑外侧地下水位采用地下水位观测井进行监测，水位变化基本保持稳定。对周边建构筑物、道路、管线的监测表明，周边建筑物无出现沉降以及墙体开裂等情况，道路无出现沉降与裂缝等情况，整个施工过程无出现管线事故，基坑支护结构施工达到了很好的效果。
　　六、施工总结
　　由于设计合理，施工认真，本基坑工程顺利完成施工，基本没有对周边环境造成不利影响，并保证了地下室干作业施工。在周边环境复杂，建筑物、道路、管线与基坑距离较近时，采用桩锚支护结构，支护钻孔桩间设置旋喷止水桩，可有效控制基坑支护位移，分离基坑内外地下水，降低基坑施工对周边环境的影响，是一种安全合理的支护结构形式。在施工过程中，还需注意以下问题：
　　(1)深基坑支护监测工作十分重要，为设计与施工提供了可靠的资料，可直观的反映基坑支护结构的实际受力情况，对基坑支护结构是否安全可靠提供直接的证据。
　　(2)钻孔支护桩桩间采用单管旋喷桩止水帷幕，止水效果较好，但必须严格控制基坑支护桩的垂直度，同时必须采取措施防止支护桩出现缩径、胀肚等质量问题。否则钻孔桩身可能阻碍旋喷桩的喷浆路径而造成止水帷幕局部位置局部渗漏。
　　(3)在砂层和淤泥层中锚杆施工可采取"压水钻进成孔法"结合跟管钻进工艺，可有效防止孔口涌水和孔口流砂出现。在水压力较大时，在周边环境允许的情况下，可采取局部降水，将坑外地下水位降至成孔孔口以下，防止孔口涌水和孔口流砂。但锚索成孔深度较深时，由于水压力较大，施工难度较大，应考虑采用其它支护形式。
　　(4)基坑施工过程现场必须配备应急处理设备与材料，并编制基坑事故应急救援预案，并定期进行演练，在突发事件发生时做到处理及时，防止事故的进一步扩大，减少损失。
　　参考文献
　　[1]国家建设部，《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120－99），中国建筑工业出版社，1999年9月。
　　[2]广东省建设委员会，《建筑基坑支护工程技术规范》（DBJ/T15－20－97），1998年1月。
　　[3]广州市建设委员会，《广州地区建筑基坑支护技术规定》（GJB02－98），1999年1月。
　　[4]中冶集团建筑研究总院，《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS 22:2005)，中国计划出版社，2005年8月。
　　[5]刘建航，侯学渊，《基坑工程手册》，中国建筑工业出版社，1997年4月第一版。
　　[5]龚晓南，《深基坑工程设计施工手册》，中国建筑工业出版社，1998年7月第一版。

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