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摘要:本文结合工程案例，从基坑降水和基坑支护设计入手，详细论述了基坑降水及支护施工方法。
关键词：深基坑;护坡桩;土钉墙;支护技术
中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：
xx工程基坑开挖面积达3200平方米，周长800米，深18米。由于地下水资源丰富，渗透系数不一、降深大、水位高、水量分布不均、基坑开挖深度大。设计时采用了支护刚度较大，对位移和沉降有较好控制能力的管井降水方案和桩锚支护、土钉墙与预应力锚索相结合的支护体系。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。
一. 基坑降水与支护设计
1. 基坑降水设计
根据场区水文地质条件,工程具体情况和各种降水方法的适用条件,经过工程类比和理论验算,基坑四周设计深井管降水,共设置56口深井(包括基坑中间2口观测井)。井径600mm,井深22m,井距6～8m,井中心距槽边1m,无砂水泥管直径400mm,滤料2～8mm碎石,基坑四周每50m左右设一集水池。采用潜水泵抽水,直接排入集水池,再进入地面排水系统,排至市政污水井。管井降水平面布置如图1所示。
图1
2. 基坑支护设计
根据基坑周边环境、工程地质条件、支护结构适用条件,通过技术经济分析和论证,同时参考类似工程实际经验,基坑支护采用桩锚支护,土钉墙与预应力锚索相结合的支护方案。基坑西北两侧壁由于紧邻建筑物和道路,-5.0m以上的边坡,采用土钉墙支护,其以下部分采用桩锚支护(即排桩与预应力锚索联合支护结构)。基坑东南两侧壁采用土钉墙与预应力锚索相结合支护。
2.1 桩锚支护
护坡桩直径800mm,单排,桩底嵌固深度4m,桩中心距116m,主筋为Ⅱ级钢筋8 ø25 +5 ø 25。护坡桩顶设冠梁, 冠梁位于地面以下- 5.0m处,截面尺寸600mm×800mm,主筋为Ⅱ级钢筋6 ø 18 ,箍筋为ø 8 @200 , 桩身和冠梁混凝土强度等级均为C25。桩间挂20mm规格的钢板网,外喷厚50mm混凝土。在桩顶冠梁-5.25m处设置1道预应力锚索,一桩一锚。预应力锚索采用3根7ø 5钢绞线,孔径150mm,自由段长度5m,锚固段长度15m,倾角15°,注浆用水灰比为0.5的素水泥浆,锚固力为300kN。护坡桩冠梁(-5.0m) 以上的边坡,采用土钉墙支护,坡度1∶0.1。土钉孔径100 mm,纵横向间距均为1.5m,主筋为Ⅱ级钢筋ø 18 ,长度3～6m,倾角10°～15°,土钉长度和倾角视障碍物情况可做适当调整。土钉墙面层喷射混凝土和钢筋网同基坑东南两侧壁的土钉墙。桩锚支护如图2 所示。
图2
图3
2.2 土钉墙支护
土钉墙上部- 5.0m以上垂直放坡,下部- 5.0～- 16.5m 按1∶0.2 放坡。土钉共设11排,按梅花形布置,竖向间距1.4m,水平间距1.5m,主筋为Ⅱ级钢筋ø 25,长8～16m,倾角10°,直径100mm。土钉水泥浆体强度20MPa ,土钉水泥浆体配比W/C =0.5 ,土钉墙面层喷射混凝土强度等级C20,厚100mm,双向钢筋网为Ⅰ级钢筋ø6@200 。另外,在土钉墙中间-516m和-918m处分别设置1道预应力锚索。采用2根7 ø5 的钢绞线,孔径100mm,自由段长度均为3m, 锚固段长度-5.6m处为13m,-9.0m处为12m,倾角10°,水平间距1.5m,用22钢腰梁锁定,注浆用水灰比为0.5 的素水泥浆,锚固力为100kN。土钉墙支护如图3 所示。
二. 施工技术
1. 基坑降水施工
(1) 管井采用反循环钻机ø 600mm的钻头成孔,自造泥浆护壁。成孔完毕后立即下ø400mm 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在基础轮廓以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。
2. 基坑支护施工
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ø10 @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) 鉆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。
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ø20mm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) 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,直至孔口處溢出水泥浆。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。
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ø14 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。
四. 结束语
本工程项目采用的管井降水方案和桩锚支护、土钉墙与预应力锚索相结合的支护体系,在实际施工中取得了很好的效果。
关键词：深基坑;护坡桩;土钉墙;支护技术
中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：
xx工程基坑开挖面积达3200平方米，周长800米，深18米。由于地下水资源丰富，渗透系数不一、降深大、水位高、水量分布不均、基坑开挖深度大。设计时采用了支护刚度较大，对位移和沉降有较好控制能力的管井降水方案和桩锚支护、土钉墙与预应力锚索相结合的支护体系。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。
一. 基坑降水与支护设计
1. 基坑降水设计
根据场区水文地质条件,工程具体情况和各种降水方法的适用条件,经过工程类比和理论验算,基坑四周设计深井管降水,共设置56口深井(包括基坑中间2口观测井)。井径600mm,井深22m,井距6～8m,井中心距槽边1m,无砂水泥管直径400mm,滤料2～8mm碎石,基坑四周每50m左右设一集水池。采用潜水泵抽水,直接排入集水池,再进入地面排水系统,排至市政污水井。管井降水平面布置如图1所示。
图1
2. 基坑支护设计
根据基坑周边环境、工程地质条件、支护结构适用条件,通过技术经济分析和论证,同时参考类似工程实际经验,基坑支护采用桩锚支护,土钉墙与预应力锚索相结合的支护方案。基坑西北两侧壁由于紧邻建筑物和道路,-5.0m以上的边坡,采用土钉墙支护,其以下部分采用桩锚支护(即排桩与预应力锚索联合支护结构)。基坑东南两侧壁采用土钉墙与预应力锚索相结合支护。
2.1 桩锚支护
护坡桩直径800mm,单排,桩底嵌固深度4m,桩中心距116m,主筋为Ⅱ级钢筋8 ø25 +5 ø 25。护坡桩顶设冠梁, 冠梁位于地面以下- 5.0m处,截面尺寸600mm×800mm,主筋为Ⅱ级钢筋6 ø 18 ,箍筋为ø 8 @200 , 桩身和冠梁混凝土强度等级均为C25。桩间挂20mm规格的钢板网,外喷厚50mm混凝土。在桩顶冠梁-5.25m处设置1道预应力锚索,一桩一锚。预应力锚索采用3根7ø 5钢绞线,孔径150mm,自由段长度5m,锚固段长度15m,倾角15°,注浆用水灰比为0.5的素水泥浆,锚固力为300kN。护坡桩冠梁(-5.0m) 以上的边坡,采用土钉墙支护,坡度1∶0.1。土钉孔径100 mm,纵横向间距均为1.5m,主筋为Ⅱ级钢筋ø 18 ,长度3～6m,倾角10°～15°,土钉长度和倾角视障碍物情况可做适当调整。土钉墙面层喷射混凝土和钢筋网同基坑东南两侧壁的土钉墙。桩锚支护如图2 所示。
图2
图3
2.2 土钉墙支护
土钉墙上部- 5.0m以上垂直放坡,下部- 5.0～- 16.5m 按1∶0.2 放坡。土钉共设11排,按梅花形布置,竖向间距1.4m,水平间距1.5m,主筋为Ⅱ级钢筋ø 25,长8～16m,倾角10°,直径100mm。土钉水泥浆体强度20MPa ,土钉水泥浆体配比W/C =0.5 ,土钉墙面层喷射混凝土强度等级C20,厚100mm,双向钢筋网为Ⅰ级钢筋ø6@200 。另外,在土钉墙中间-516m和-918m处分别设置1道预应力锚索。采用2根7 ø5 的钢绞线,孔径100mm,自由段长度均为3m, 锚固段长度-5.6m处为13m,-9.0m处为12m,倾角10°,水平间距1.5m,用22钢腰梁锁定,注浆用水灰比为0.5 的素水泥浆,锚固力为100kN。土钉墙支护如图3 所示。
二. 施工技术
1. 基坑降水施工
(1) 管井采用反循环钻机ø 600mm的钻头成孔,自造泥浆护壁。成孔完毕后立即下ø400mm 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在基础轮廓以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。
2. 基坑支护施工
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ø10 @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) 鉆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。
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ø20mm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) 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,直至孔口處溢出水泥浆。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。
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ø14 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。
四. 结束语
本工程项目采用的管井降水方案和桩锚支护、土钉墙与预应力锚索相结合的支护体系,在实际施工中取得了很好的效果。