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摘要:文章对某高层建筑深基坑支护设计施工中的要点难点以及锚杆支护施工工艺及施工中常见问题进行了探讨,并提出了具体解决措施。仅供参考。
关键词:基坑支护;锚杆支护;施工技术
1水文地质条件
根据地基勘察, 某场地土的类型为中软土,建筑场地类别为Ⅱ类。场地地层自上而下依次为:①杂填土厚0.7m～2.5m;②粉质粘土厚0.5 m～3.10 m;③淤泥质粉质粘土厚6.3 m～10.2 m;④粉质粘土厚3.0 m～9.60 m;⑤含碎石粉质粘土厚4.6 m～9.6 m;⑥全风化凝灰岩厚1.1 m～7.3 m;⑦强风化凝灰岩厚0.8 m～8.0 m;⑧中风化凝灰岩层顶埋深28.8 m～37.0 m,选取中风化凝灰岩为桩基持力层。场地地下水属孔隙性潜水,埋深为0.3 m～1.25 m,水位动态变化受大气降水影响明显。
2基坑支护设计方案
工程基坑采用单排φ800 mm@ 950 mm钻孔灌注桩,结合3层钢筋混凝土内支撑作为围护结构的受力体系。止水止土采用双排φ600 mm@ 400 mm的水泥搅拌桩。钻孔灌注桩混凝土强度等级C25,桩位水平偏差< 50 mm,沉渣厚< 100 mm,桩身钢筋笼配筋16φ18, φ4@ 2000加强筋及φ8@ 200螺旋筋,施工时采用跳打方式。φ600 mm水泥搅拌桩采用32.5级普通硅酸盐水泥,水泥用量75 kg/m,水灰比0.5～0.6。基坑内支撑立柱由4根-140×10和-100×10的缀条焊接而成,角钢为Q325钢,焊条为E43XX型,双面焊接,且立柱插入支墩桩3 000 mm。
围护结构施工及土方开挖顺序:①施工水泥搅拌桩后施工围护桩;②土方开挖至-2.00 m标高后,施工护坡、排水沟、压顶梁及第1层支撑;③待第1层支撑和压顶梁达到设计强度的80%后,分层分区开挖至-6.55 m标高,施工第2层支撑及围檀梁,依次施工至基坑底,基坑底地梁和底板垫层部分土体人工开挖,边开挖边施工垫层。
工程施工难点:①基坑开挖深度较深,工程质量要求高;②施工场地为原老建筑物拆除后施工,且对原建筑物预制管桩基础的分布不清楚,增加了施工的难度;③基坑东侧为市政路,汽车流量大,对基坑有较大的振动荷载影响,给施工安全及质量控制带来较大的难度。因此,在基坑开挖过程中进行动态管理,对基坑周边建筑物、道路、地下管道等的沉降,围护桩位移及支撑结构的内力等进行监测。
3锚杆支护施工
该工程围护桩及水泥搅拌桩,在施工单位克服原老基础预制管桩障碍物的情况下顺利完工,并进入土方开挖及施工压顶梁和第1层内支撑的工序,但在开挖土方过程中发现A轴一侧①～⑤轴的部分钻孔围护桩,桩位垂直水平位移较大及桩位水平间距较大,水平位移桩中心间距最大达1 800 mm,如图1所示。发生上述质量事故的原因主要是:①由于施工过程中遇到大量原老建筑物预制管桩障碍物,钻孔无法正常施工,待重新移位后再施工造成的;②多台钻孔机在同一轴线上同时施工,由于桩位点在施工过程中的累计误差造成的。
经多方研究认证,为保证基坑结构的安全,决定对A轴一侧①～⑤轴的部分钻孔围护桩,采用分层锚杆及钢筋网片喷射混凝土面板的支护方案。这样可使基坑土方开挖、围檀梁和内支撑及分层锚杆同时施工,不影响整个工程的施工进度,如图1所示。
图1锚杆及混凝土面板剖面示意图
基坑土方开挖应挖至第1层内支撑标高,以使围檀梁和基坑内支撑能同时施工,此时应及时将桩位移较大部分人工修理平整,各锚杆孔位根据设计高度以及每层设计锚杆排数和围护桩实际间距确定。对间距较大部分设置多个孔位,然后用脚手架搭设锚杆平台并用钻具钻进成孔,钻孔直径100 mm,孔深15 m,倾角每层第1排为水平,其余为15°,成孔后将锚杆杆体25钢筋连同注浆管投入孔底,采用32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比0.5∶1,注浆压力0.6Mpa～0.8Mpa,注浆量每米锚杆不小于20 kg水泥量,采用二次注浆,注浆完成后用2φ25E16钢筋双面焊接锚固头,如图2所示。
图2锚杆锚固及锚固头示意图
锚杆完成后即可挂网施工200 mm厚C20喷射混凝土面板,按设计要求采用
φ2@ 150双向钢筋网片,且使网片与锚杆主筋纵横焊接,并且φ12网筋应与围护桩桩身主筋连接,如图3所示。完成上述工序后喷射200 mm厚混凝土面板,使面板和围护桩之间全部用混凝土填实。
图3混凝土面板和桩主筋连接示意图
按以上施工方法,对基坑开挖1层随即按设计要求施工相应的分层锚杆及喷射混凝土面板,并同时施工当前的内支撑结构,直至依次施工至基坑底板。并注意层与层之间的钢筋网片的连接和喷射混凝土面板的连接。
4施工时常见问题及处理措施
4.1锚杆头漏水问题
深基坑支护中,锚杆头出现渗水现象是较常见的。渗水来源不外乎: (1)基坑外地下水位较高; (2)地层承压水及裂隙水。渗水通道产生的原因有:
(1)灌浆时孔口密封不严;
(2)锚杆张拉锁定时,由于注浆体、杆体与孔壁地层产生变形而出现裂隙;
(3)基坑使用过程中,由于变形发生或应力轻松等引起裂隙。渗漏水现象严重时会影响基坑内正常施工作业,甚至可能危及周围建筑物、道路及地下管线的安全,必须采取措施時进行封堵;但要彻底根治渗漏水现象,只有在基坑变形完全稳定后方能做到。一般是地下室衬墙施工时进行,堵漏方式是:凿开漏水通道,先用砂浆预埋两条注浆管引水,待砂浆具有一定强度时,再通过此两条预埋管进行压力注浆堵漏。
4.2锚杆应力松驰问题
通过饱和软土中锚杆的松驰试验认为,引起松弛的原因为锚固体周围土体受力后土体产生流变,以及锚固体与土体的分界面在受力后产生相对的移动。对于深基支护中的锚杆,还有以下原因可能导致应力松弛:
①由于自由段设计太短,使得一部分锚固段处于滑裂面内的主动区,土方开挖后产生负摩阻效应力松弛;
②全孔注浆方式时,自由段内砂浆体在土方开挖后亦产生负摩阻力;
③锚杆倾角过大时,锚杆垂直分力使锚头台座及腰梁向下产生滑移,造成应力松弛;
④当多排锚杆一起构成支护体系时,下层锚杆张拉锁定时,会对上层锚杆受力的情况产生影响,同一排内相邻锚杆施工时也会相互影响,引起预应力损失;
⑤锚固时,锚具滑移;
⑥钢材本向松弛;
⑦锚具夹片长期外露锈蚀。
锚杆张拉锁定时,应仔细操作,防止出现假“张拉”现象的发生。在安装锚具时,应将压板有凹槽的一面对准锚头,这样能保证千斤顶所施加的力Nt通过压板直接传至锚头及台座,而锁片只是被压紧,并未受到力,此时锚杆实际受力Nt′与所施加的力Nt (油表读数)是一致的,即Nt=Nt′。当压板装翻时,千斤顶所施加的力Nt将通过压板传给锁片、再由锁片传给锚头及台座;同时由于锁片的楔块作用,将钢绞线咬紧,钢绞线受到锁片对它的正压力P的作用而产生摩擦力F。
5结语
该工程在土方开挖及锚杆施工过程中,对基坑周围的建筑物及桩顶水平位移进行了有效的监测,墙体等无异常现象,整个基坑结构安全,达到了设计与施工的要求。
通过该工程的施工中总结出，在深大基坑施工中,要注意围护桩的规范施工,避免发生漏桩或桩施工间距过大,而影响基坑支护结构的安全,如果发生桩移位过大,应采取相应的支护方案。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:基坑支护;锚杆支护;施工技术
1水文地质条件
根据地基勘察, 某场地土的类型为中软土,建筑场地类别为Ⅱ类。场地地层自上而下依次为:①杂填土厚0.7m～2.5m;②粉质粘土厚0.5 m～3.10 m;③淤泥质粉质粘土厚6.3 m～10.2 m;④粉质粘土厚3.0 m～9.60 m;⑤含碎石粉质粘土厚4.6 m～9.6 m;⑥全风化凝灰岩厚1.1 m～7.3 m;⑦强风化凝灰岩厚0.8 m～8.0 m;⑧中风化凝灰岩层顶埋深28.8 m～37.0 m,选取中风化凝灰岩为桩基持力层。场地地下水属孔隙性潜水,埋深为0.3 m～1.25 m,水位动态变化受大气降水影响明显。
2基坑支护设计方案
工程基坑采用单排φ800 mm@ 950 mm钻孔灌注桩,结合3层钢筋混凝土内支撑作为围护结构的受力体系。止水止土采用双排φ600 mm@ 400 mm的水泥搅拌桩。钻孔灌注桩混凝土强度等级C25,桩位水平偏差< 50 mm,沉渣厚< 100 mm,桩身钢筋笼配筋16φ18, φ4@ 2000加强筋及φ8@ 200螺旋筋,施工时采用跳打方式。φ600 mm水泥搅拌桩采用32.5级普通硅酸盐水泥,水泥用量75 kg/m,水灰比0.5～0.6。基坑内支撑立柱由4根-140×10和-100×10的缀条焊接而成,角钢为Q325钢,焊条为E43XX型,双面焊接,且立柱插入支墩桩3 000 mm。
围护结构施工及土方开挖顺序:①施工水泥搅拌桩后施工围护桩;②土方开挖至-2.00 m标高后,施工护坡、排水沟、压顶梁及第1层支撑;③待第1层支撑和压顶梁达到设计强度的80%后,分层分区开挖至-6.55 m标高,施工第2层支撑及围檀梁,依次施工至基坑底,基坑底地梁和底板垫层部分土体人工开挖,边开挖边施工垫层。
工程施工难点:①基坑开挖深度较深,工程质量要求高;②施工场地为原老建筑物拆除后施工,且对原建筑物预制管桩基础的分布不清楚,增加了施工的难度;③基坑东侧为市政路,汽车流量大,对基坑有较大的振动荷载影响,给施工安全及质量控制带来较大的难度。因此,在基坑开挖过程中进行动态管理,对基坑周边建筑物、道路、地下管道等的沉降,围护桩位移及支撑结构的内力等进行监测。
3锚杆支护施工
该工程围护桩及水泥搅拌桩,在施工单位克服原老基础预制管桩障碍物的情况下顺利完工,并进入土方开挖及施工压顶梁和第1层内支撑的工序,但在开挖土方过程中发现A轴一侧①～⑤轴的部分钻孔围护桩,桩位垂直水平位移较大及桩位水平间距较大,水平位移桩中心间距最大达1 800 mm,如图1所示。发生上述质量事故的原因主要是:①由于施工过程中遇到大量原老建筑物预制管桩障碍物,钻孔无法正常施工,待重新移位后再施工造成的;②多台钻孔机在同一轴线上同时施工,由于桩位点在施工过程中的累计误差造成的。
经多方研究认证,为保证基坑结构的安全,决定对A轴一侧①～⑤轴的部分钻孔围护桩,采用分层锚杆及钢筋网片喷射混凝土面板的支护方案。这样可使基坑土方开挖、围檀梁和内支撑及分层锚杆同时施工,不影响整个工程的施工进度,如图1所示。
图1锚杆及混凝土面板剖面示意图
基坑土方开挖应挖至第1层内支撑标高,以使围檀梁和基坑内支撑能同时施工,此时应及时将桩位移较大部分人工修理平整,各锚杆孔位根据设计高度以及每层设计锚杆排数和围护桩实际间距确定。对间距较大部分设置多个孔位,然后用脚手架搭设锚杆平台并用钻具钻进成孔,钻孔直径100 mm,孔深15 m,倾角每层第1排为水平,其余为15°,成孔后将锚杆杆体25钢筋连同注浆管投入孔底,采用32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比0.5∶1,注浆压力0.6Mpa～0.8Mpa,注浆量每米锚杆不小于20 kg水泥量,采用二次注浆,注浆完成后用2φ25E16钢筋双面焊接锚固头,如图2所示。
图2锚杆锚固及锚固头示意图
锚杆完成后即可挂网施工200 mm厚C20喷射混凝土面板,按设计要求采用
φ2@ 150双向钢筋网片,且使网片与锚杆主筋纵横焊接,并且φ12网筋应与围护桩桩身主筋连接,如图3所示。完成上述工序后喷射200 mm厚混凝土面板,使面板和围护桩之间全部用混凝土填实。
图3混凝土面板和桩主筋连接示意图
按以上施工方法,对基坑开挖1层随即按设计要求施工相应的分层锚杆及喷射混凝土面板,并同时施工当前的内支撑结构,直至依次施工至基坑底板。并注意层与层之间的钢筋网片的连接和喷射混凝土面板的连接。
4施工时常见问题及处理措施
4.1锚杆头漏水问题
深基坑支护中,锚杆头出现渗水现象是较常见的。渗水来源不外乎: (1)基坑外地下水位较高; (2)地层承压水及裂隙水。渗水通道产生的原因有:
(1)灌浆时孔口密封不严;
(2)锚杆张拉锁定时,由于注浆体、杆体与孔壁地层产生变形而出现裂隙;
(3)基坑使用过程中,由于变形发生或应力轻松等引起裂隙。渗漏水现象严重时会影响基坑内正常施工作业,甚至可能危及周围建筑物、道路及地下管线的安全,必须采取措施時进行封堵;但要彻底根治渗漏水现象,只有在基坑变形完全稳定后方能做到。一般是地下室衬墙施工时进行,堵漏方式是:凿开漏水通道,先用砂浆预埋两条注浆管引水,待砂浆具有一定强度时,再通过此两条预埋管进行压力注浆堵漏。
4.2锚杆应力松驰问题
通过饱和软土中锚杆的松驰试验认为,引起松弛的原因为锚固体周围土体受力后土体产生流变,以及锚固体与土体的分界面在受力后产生相对的移动。对于深基支护中的锚杆,还有以下原因可能导致应力松弛:
①由于自由段设计太短,使得一部分锚固段处于滑裂面内的主动区,土方开挖后产生负摩阻效应力松弛;
②全孔注浆方式时,自由段内砂浆体在土方开挖后亦产生负摩阻力;
③锚杆倾角过大时,锚杆垂直分力使锚头台座及腰梁向下产生滑移,造成应力松弛;
④当多排锚杆一起构成支护体系时,下层锚杆张拉锁定时,会对上层锚杆受力的情况产生影响,同一排内相邻锚杆施工时也会相互影响,引起预应力损失;
⑤锚固时,锚具滑移;
⑥钢材本向松弛;
⑦锚具夹片长期外露锈蚀。
锚杆张拉锁定时,应仔细操作,防止出现假“张拉”现象的发生。在安装锚具时,应将压板有凹槽的一面对准锚头,这样能保证千斤顶所施加的力Nt通过压板直接传至锚头及台座,而锁片只是被压紧,并未受到力,此时锚杆实际受力Nt′与所施加的力Nt (油表读数)是一致的,即Nt=Nt′。当压板装翻时,千斤顶所施加的力Nt将通过压板传给锁片、再由锁片传给锚头及台座;同时由于锁片的楔块作用,将钢绞线咬紧,钢绞线受到锁片对它的正压力P的作用而产生摩擦力F。
5结语
该工程在土方开挖及锚杆施工过程中,对基坑周围的建筑物及桩顶水平位移进行了有效的监测,墙体等无异常现象,整个基坑结构安全,达到了设计与施工的要求。
通过该工程的施工中总结出，在深大基坑施工中,要注意围护桩的规范施工,避免发生漏桩或桩施工间距过大,而影响基坑支护结构的安全,如果发生桩移位过大,应采取相应的支护方案。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。