深基坑支护结构设计与施工

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  【摘 要】某建设工程项目基坑深度为17米,动工总面积超过三万平方米,施工地点直线距离长江36米,土质情况为砂砾土层,项目周边全部为已投入使用民用建筑,该基坑施工由于设计合理、施工方法得当、控制监测过程严密,因此获得了较大成功,本文将其中重要施工技术总结出来,以为行业技术人员提供参考。
  【关键词】深基坑;支护结构;设计;施工
  1、工程介绍
  该基坑工程施工地点位于长江边某地级市,开挖平均深度达到13米,最深处17米;施工面积超过三万平方米,整个施工图类似一个圆月弧形,两端小,中间大;由于属于大型地下基坑工程,且土质条件恶劣,多为砂砾岩层,地下水十分丰富,周边建筑距离较近,施工面临着较大的困难和风险,由于基坑施工地点旁边有本市新建成不久的全钢结构青少年宫,该建筑物两个裙楼正对着本基坑两头,最近距离仅有11米。市政府事先已通知工程项目部,在施工期间不得影响青少年宫的正常运转。基坑南边是长江主干道,离江边最近处为36米。二者中间是本市一条重要城市交通干线。由于基坑最深处要超过10米以上,基本位于江面水平线下方,因此地下水较为充沛。地质勘探结果表明:“由于工程地点紧邻长江,地下水与江水存在一定的联系。”而本工程计划工期为一年半,必定要经历长江丰水期。
  本基坑三面都与城市建筑物相邻,这类建筑物基础都相比基坑浅,因此,从工程施工特点来看,本基坑的施工不能采取“先深后浅”的技术方案,这无形中又增加了基坑施工的难度。
  2、基坑支护结构设计方案
  根据基坑周边的地理条件和地质特点,工程人员编制了不同的施工方案,南面因为有相距较近的青少年宫,因此南面基坑围护体系是:咬合樁+旋喷桩+锚索+支撑梁。
  2.1咬合桩。咬合桩由两根素砼桩和一根钢筋砼桩共同组成。其施工重点是用素砼桩基来保证钢筋桩身垂直,使得钢筋砼与素桩咬合牢固,可有效发挥连续止水挡土的功能。咬合桩直径为1.2米,咬合宽度为0.35米,超缓凝砼终凝时间50小时。咬合桩A桩长为基坑深度的1.0倍,咬合桩B桩为基坑深度的1.8倍。A桩主要作用是挡土隔水,B 桩除挡土隔水外还有传力到基坑深处的作用。由于咬合桩具有挡土隔水的作用,东西和北面围护的主体采用的是咬合桩。
  2.2旋喷桩。进行咬合桩施工之前,必须清理干净地下阻碍物,由于青少年宫的地基钢梁已深入地下较深处,影响了部分咬合桩的正常施工,故采用了旋喷桩来弥补。本项目使用的旋喷桩,直径900毫米,彼此间隔500毫米,三重旋喷桩长为基坑深度的1.8倍。其他指标为:空气压力0.7MPa,水压25MPa,浆液压3MPa,水泥用量为650kg/m3,水灰比0.9。
  2.3锚杆。因咬合桩呈悬臂状,加之开挖深度大,咬合桩悬臂部分长,为增加咬合桩挡土能力,设计者在素砼桩上设计了3~4道锚杆,长度为21~24m,每道锚杆为4~5根钢绞线。
  2.4钢筋砼支撑梁。为保证施工时不影响青少年宫的正常运转,在与青少年宫接近的施工部位,特别加装了四道钢筋砼支撑梁,每根梁之间相距5米,防止大剧院拱角产生侧移。
  南面为靠长江一侧。为切断长江江水和本基坑地下水水力联系,设计者在南面设计了“咬合桩+三重旋喷桩+四道锚索”的挡土墙防水维护体系。西面靠近正在修建的高层建筑处两基础的高差处用土钉喷锚。北面是唯一无已有建筑之处,也作为工地进料口和工作场地,采用了台阶放坡大开挖,坡面用素砼喷锚。
  3、基坑支护结构施工技术措施
  3.1施工应急预案。为有效应对施工过程中可能出现的意外情况,在制定施工计划方案时,要增加“紧急情况”,要建立紧急情况处理小组,并装备功能完善和全面的抢险设备,在人、财、物方面做好充足保障,随时应对各类紧急情况。
  3.2事故桩的处理措施
  3.2.1平移桩位咬合。如果受到其他外部因素影响,A1桩混凝土凝结时间过长,且混凝土强度大于9MPa时,B1桩无法切割Al桩成孔。遇到这种情况,可考虑拆除A2桩周围的幕墙,在A2桩不调整桩位的情况下先保证B1与A2咬合施工,B1桩与Al桩相切,然后按顺序继续施工A3、B2、…,最后沿A1、Bl两桩外侧施工旋喷桩进行封堵。
  3.2.2预留咬合企口。咬合桩施工的流水作业中断,迅速移机对末端桩进行切割,单侧咬合面成孔,然后在孔内灌注河砂拔管形成砂桩,待后续咬合施工至该桩时重新成孔完成连续咬合桩的施工。
  4、基坑开挖维护施工中异常情况处理
  工程施工过程中,各项工作进展顺利,除了南边临江一处锚索出现喷涌外,后经过处理基本控制,再无其他异常情况发生。整个基坑主体施工如期完成,由于工期相对较长,且周围环境复杂,在施工过程中还是遇到如下几个问题:
  4.1咬合桩的咬合处被地下水撕开喷水的处理。在施工过程中,总共发生了三次严重的咬合桩的咬合处被地下水撕开喷水事故,最危险的一次事故出现在长江丰水期,时值大雨天气。在长江方向附近的咬合桩,有一处A、B桩咬合处突然被水撕开一道裂缝,裂缝长1.5m,宽10cm,水呈喷射状喷出,幸好在第一时间被基坑安全巡守人员发现。各方按应急预案联合行动,各方人员迅速到位,抢险物资及时运到现场。首先用型钢将喷水处顶牢,然后用沙袋叠堆三层,基本将强喷水制住。然后在坑顶用旋喷机注入掺有速凝剂的水泥浆,迅速堵住了喷水。
  本次对咬合桩的喷水养护,前后共历时一个小时,大量泥沙被流水冲出,此时基坑底板钢筋已绑扎,流沙在钢筋笼中极难处理,若发现的晚,或堵水施工时间太长,流出的河砂会更多,基坑顶地面空鼓塌隔面更大,甚至将会造成灾难性后果。
  4.2土体侧移值超警戒处理。当地下施工结构缓慢增长起来,在增长至基坑上方高度时,已清除了支撑梁中的其中两道,最上面一道支撑梁正着手拆除时,监测单位报告:位于拟拆支撑梁的两根侧斜管的监测数据已到达设计的警戒值40mm,且连续6天的侧移值量每天以0.3mm的速度增加。
  针对上述情况,各方责任主体负责人开会研究,经实地考察和查阅了全部由监测单位提供的监测报告,比较一致的看法是:(1)测斜量的增加趋势在拆除最后一道支撑梁以前就已经发生,和正在拆除最后一道支撑梁并无关系;(2)侧移量大的位置靠近地坪表层,土体深度侧移并不大;(3)已有两道换撑已做好,并开始受力;(4)警戒值设计时有适当的余量。
  5、结束语
  本文对基坑的整个施工过程了进行了全程跟踪,对超深基坑的施工难度和风险深有体会,特别是在临近江河湖泊附近或者周边存在高楼的情况下,施工难度更是显著提高,任何微小的误差都有可能导致严重的施工事故。本项目具有深度大、施工面积大的特点,它的顺利竣工与如下几方面有关:设计方案、监控方案和施工方案具有很好的科学性。如今地下基坑工程项目日益增加,许多城市三旧改造项目经常需要进行地下施工,希望本文能够起到很好的参考借鉴意义。
  参考文献
  [1]梁小飞.高层建筑深基坑施工技术研究.建筑家.2009(6).
  [2]张金初.浅议深基坑施工结构技术.同济大学学报.2005(9).
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