超深基坑二次加固应用技术.doc

超深基坑二次加固应用技术张俊国【摘要】深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定，而且要满足变形控制要求，以确保基坑周围的建筑物 、地下管线、道路等的安全，同时由于在设计过程、施工过程中出现对设计要求的变更（基础埋深增加等）、现场施工对周围建筑物以及基坑的不均匀沉降，需对基坑支护进行二次加固。【关键词】基坑；基坑沉降；基坑支护1 工程概况1.1 设计概况田厦国际中心工程位于深圳市南山区桃园路与南光路交界的西北角，总用地面积15334.6 m2，包括写字楼、公寓楼、商业裙楼及地下车库、人防等。地下室为三四层，基础型式采用人工挖孔桩基础。0.000相当于绝对标高12.500m。护坡桩已基本完成，地下室正在施工，但现由于设计条件改变，对东侧及南侧部分基坑加深1.62.8m，需对已施工部分加固设计。工程场地呈东北高、西北低。基坑底面开挖标高东部为-15.0m，西部为-18.8m，局部地铁风亭地下室基坑底面开挖标高为23.10m；基坑深度约18m，本基坑开挖底边线周长约530m、底面积约13668m2(具体见附图)。1.2 工程地质条件据钻探揭露，对本场地地层分层叙述如下：1.2.1 人工填土层杂填土：灰、土黄、褐黄色，稍湿，松散稍密。主要由扰动的含砂粘性土组成，含少量建筑垃圾，局部孔含少量生活垃圾，多数孔下部粘性土含量较高。该土层为新近堆填，仅在场地局部ZK6、ZK7、ZK9、ZK10、ZK17ZK20、ZK30、ZK31、ZK41ZK43和ZK50ZK53号（17个）钻孔地段分布，层厚不均匀，厚度为0.54.1m，平均为1.99m。1.2.2 第四系坡积土层含砾粘土：褐黄、褐间褐黄色，稍湿到湿，以硬塑状态为主，局部呈可塑状态，不均匀含石英质砂约30%。该层在场地内除ZK13、ZK15、ZK16、ZK22ZK27、ZK32ZK38和ZK43ZK49号（23个）钻孔地段缺失外，其余地段均有分布，层厚不均匀，厚度为4.1011.30m，平均厚8.10m。标贯击数829击，平均20.97击。1.2.3 第四系残积土层砾质粘性土：褐黄、褐红、褐色，湿，以硬塑状态为主，局部呈可塑状态，原岩结构可辨，由花岗岩风化残积而成，石英砾砂含量约25%，局部夹有微风化花岗岩风化球。该层场地内均有分布，层厚极不均匀，厚度为4.4022.00m，平均厚度12.79m。标准贯入击数1429击，平均21.7击。1.2.4 燕山期花岗岩场地下伏基岩为燕山期花岗岩，按风化程度由上而下可分为：41全风化花岗岩：褐、褐黄、紫褐、褐红色，坚硬状态，原岩结构尚清晰，岩石完全风化解体，矿物成分除石英外均已风化成土状，岩芯呈土柱状，局部夹微风化花岗岩。该层在场地内均有分布，层厚不均匀，厚度2.5016.50m，平均9.15m。标贯击数为3049击，平均39.12击。42强风化花岗岩：褐黄、褐、灰褐色，原岩结构清晰，岩石风化强烈而解体，矿物成分除石英未风化外，长石呈砂状，其他矿物成分成土状；岩芯多呈砂土状，局部孔下部呈块状；砂土状者遇水易散，块状者手可掰断，局部夹有微风化花岗岩。本层在场地内均有分布，层厚不均匀，厚度4.5025.80m，平均11.99m，层面起伏大。标贯击数一般大于50击。43中风化花岗岩：灰褐色，岩石裂隙极发育稍发育，隙面铁染呈铁锈色，岩芯呈碎块状、块状、短柱状和柱状，岩块较硬。该层在场地内均有分布，层厚不均匀，厚度为0.507.10m，平均为2.29m，层面起伏较大。44微风化花岗岩：灰白、1.3 水文条件场地地下水按其赋存介质及埋藏条件不同，可分为两种类型：松散土层中孔隙潜水，主要赋存于坡积含砾粘土和残积砾质粘性土层中，渗透性相对较弱，地下水量较小，地下水较贫乏；基岩裂隙水，主要赋存于强、中、微风化花岗岩裂隙中，其透水性在强、中风化岩中相对较强，微风化岩中相对较弱，其含水量一般。总体而言，现场场地地下水含水量较贫乏，地下水补给来源主要为大气降水，孔隙潜水和基岩裂隙水之间有一定的垂直向水力联系。勘察期间测得地下水稳定水位埋深0.106.50m，雨季水位可能有所抬升，由于深圳地区10月份雨季已过，有利于基坑二次加固的施工。2、基坑加固原因及范围根据2008年1月05日深圳田厦国际中心基坑支护工程施工图设计护坡桩已基本完成，但由于设计条件改变，基坑加深1.62.8m，需对已施工部分加固设计。2.1 根据地质报告及周边场地情况，北侧（1-1、2-2、3-3剖面）开挖深度较大，而且基坑开挖边线距道路较近，坡顶还有污水管道，无放坡空间，为了道路安全，该段为本工程的重点支护对象，本段支护上部放坡土钉墙高约9m，现已施工完毕，基坑支护已至第二排锚索，但根据监测结果，现坡项变形较大，路面有明显裂缝，所以对该部分土钉墙增设计锚索一排，限制坡顶位移。由于下部基坑加深，护坡桩嵌固深度不足，采用大吨位锚索平衡被动土压力和限制土体位移。2.2对于基坑东侧（4-4、5-5剖面），支护桩桩顶至地面，锚索已施工，但间距较大，坡顶地面有煤气管道，对锚索进行相应加密。2.3 对于基坑南侧（6-6、7-7、8-8剖面），基坑顶边线已超越红线，现开挖坡度无法满足原设计图要求，故也采用上部5m放 坡下部直立的土钉墙支护结构，中间留设卸荷平台，为减少坡顶位移，增加预应力锚索的联合土钉墙支护结构。7-7剖面地面为钢筋加工场地，采用桩锚结构，但由于桩身嵌固深度不足，预应力锚索相应的调整。2.4 西南角为地铁风井，深度较深，但长度为20m，采用桩锚结构。2.5 西侧（11-11剖面）紧邻新桃园洒店，采用桩锚结构，增加锚索量弥补桩身嵌固深度不足。同时由于已施工锚索较短，增加锚索时需同时考虑。2.6 地铁风井与基坑底相交部分（12-12剖面），采用微型桩土钉联合支护，加大桩顶圈梁截面，同时与9-9剖面相应标高锚索腰梁联接，起到对腰梁的有效支撑。2.7 坡顶地面设计荷载均为10Kpa,东北侧靠近道路及南侧钢筋加工场地面设计荷载均为20Kpa。3 加固原则根据场地实际情况（东侧、南侧局部基坑加深，其他区域地下室施工），本工程主要加固设计原则：3.1 本基坑支护采用上部放坡土钉墙下部直立桩锚结构，护坡桩已施工完毕，直立段已施工桩顶冠梁和第一排（局部第二层）锚索，支护方式已确定，无法改变。3.2 确保工程施工安全与质量，做到优质、高效、经济、施工快捷方便、保障最佳有效并且尽可能短的工期。3.3 采用相对经济、快速、简单、施工成熟的加固型式，根据已施工情况，本加固主要采用增加锚索方式进行加固设计。4 加固方案及降水措施：本着经济、施工方便、快捷的原则，考虑场地四边的不同条件，本工程基坑支护设计方案主要采用预应力锚索加固方案。基本思路如下：基坑所揭露地层土质较好，无明显不良地层，均为坡积至残积层，土体含水量较小，有利于边坡支护。对于基坑东侧，支护桩桩顶至地面，锚索施工已完成，但间距较大，坡顶地面有煤气管道，在加固桩施工过程中对锚索相应加密，坡面根据现场实际情况设置一定数量50泄水孔，桩间采用挂网喷射混凝土护面，新增加的人孔挖孔桩须间隔施工，混凝土灌注达到强度后方可进行下一道工序，冠梁与已施工孔桩植筋联接，2列4排，双向200，施工锚固长度500mm。根据地质勘察资料及已施工情况，本基坑支护工程其下卧土层主要为第四系坡积层和残沉积层，透水性较差，如水量较大，另行处理。但工程桩为人工挖孔桩，开挖深度较大，挖桩时必要时采用有效措施，减少水位大幅下降。由于其他区域地下室正在施工，地下水通过有组织排水排出基坑，同时对能够利用的地下水，进行混凝土结构构件的养护。5 技术要求：5.1 施工程序5.1.1 钢筋锚杆采用22钢筋作为土钉锚筋杆体，采用机械成孔工艺施工，成孔直径为110mm，有 9和12米二种，二次注浆工艺，钢筋采用国标二级钢，注浆采用32.5R普通硅酸盐水泥，水灰比0.450.55左右的纯水泥浆,设计抗拨力10KN/m。5.1.2 预应力锚索采用34束75钢绞线（1860），成孔直径150mm，二次高压注浆，注浆浆体为32.5R普硅纯水泥浆，水灰比0.40-0.50，二次注浆压力不小于2.0Mpa，锚索长度见相应各剖面。5.1.3 面层挂6钢筋网200200mm，施工土钉后焊加强筋并喷射砼C20厚100mm护面。5.1.4 护坡桩间采用挂网喷射砼护面，桩两侧打入短钢筋钉，防止喷射面层脱落。5.1.5 微型桩成孔直径350，成孔后清水洗孔后，孔底注浆至孔口有水泥浆溢出，下放工字钢。6.现场浇注砼梁标号C20,保护层厚50。5.2 施工工艺5.2.1坡面整理桩锚施工时，机械修整边坡,辅以人工平整，桩锚随后施工。5.2.2 桩间喷锚施工根据设计，桩锚坡面钢筋网同喷锚设计，其保护层不小于20mm.钢筋采用绑扎搭接,搭接长度不小于300mm.接头错开不小于500mm.翻向坡顶的钢筋网与锚杆绑扎,宽度满足设计要求，钢筋网片两端用M14膨胀螺栓间距400与桩体焊结连接。桩间喷锚随土方进度同步进行，一般1-1.5米一层，遇土钉位置先施工土钉再挂网喷锚。喷射砼总厚度必须达到设计要求;喷射时喷头与喷面应尽量垂直，保持0.8m距离。控制好水灰比，保证砼密实，表面平整，无干斑和滑流；砼终凝后要洒水养护7d。喷射砼进行配合比设计,如使用速凝剂，现场试验或试施工,砼搅拌均匀,随拌随用。当上层砼强度达到设计强度70%时,方可进行下一层土的支护,为此,在上层砼浇筑时必须做同条件养护试件,根据气温情况参照砼龄期-强度曲线在确定的时间对试块进行试压,满足该要求后进行下一层土支护。喷射砼层中钢筋网绑扎铺设前应除锈、除油并拉直；并通过加强筋和焊筋与锚杆钢筋连接牢固，喷射时钢筋网稳固。5.2.3 预应力锚索施工本工程预应力锚索设计为多束钢绞线，锚索成孔同样采用潜孔钻施工，锚索安装时要同时安装注浆管，注浆管应插至距孔底300mm. 钢绞线的锚固段亦需用定位器，定位器为撑筋环，钢绞线的钢丝为内外两层，外层钢丝绑扎在撑筋环上，撑筋环的间距为0.8m。钢绞线的张拉自由段按设计要求执行，该张拉强度相对应的一次注浆长度须先实验确定。5.2.4 压力灌浆注浆材料为水泥净浆,C/W=0.50.6,并须随拌随用,浆液提前进行调制试验;注浆饱满,水泥为P.O.32.5R，根据设计要求采用二次灌浆法。二次灌浆法要用两根灌浆管，第一次灌浆用灌浆管的管端距离锚杆末端50cm左右，管底出口处用黑胶布等封住，以防沉放时土进入管口。第二次灌浆用灌浆管的管端距离锚杆末端100cm左右，管底出口处亦用黑胶布封位，且从管端50cm处开始向上每隔2m左右做出1m长的花管，花管的孔眼为8mm，花管做几段视锚固段长度而定。设计要求注浆强度应力锚索不低于M25,施工时应做好抗压试块。第一次灌浆其压力为0.30.5MPa，流量为100L/min。水泥浆在上述压力作用下冲击封口的黑胶布流向钻孔。钻孔后曾用清水洗孔，孔内可能残留有部分水和泥浆，第一次灌浆量根据孔径和锚固段的长度而定。第一次灌浆后把灌浆管拔出，可以重复使用。待第一次灌筑的浆液强度达到5MPa后，进行第二次灌浆，二次注浆压力为2.5-5.0Mpa，宜在3.0Mpa左右;孔口设置止浆塞及排气管。注浆开始或中途停止超过30min，用水润滑和清洗注浆泵及其管路;为使注浆方便,腰梁应预留孔。二次注浆压力要稳压2min，浆液冲破第一次灌浆体，向锚固体与土的接触面之间扩散，使锚固体直径扩，增加径向压应力。由于挤压作用，使锚固体周围的土受到压缩，孔隙比减小，含水量减少，也提高了土的内摩擦角。因此，二次灌浆法可以显著提高锚杆的承载能力。6 沉降、位移观测6.1 环境和基坑监测内容有：a .周围邻近道路沉降观测；b.基坑坡顶及桩顶位移观测。6.2 观测要求为：沿基坑顶（桩顶）每隔15-20m左右设置一个位移、沉降观测点，本工程根据基坑周长考虑在坡顶设置变形监测点进行监测工作，对周边道路及两侧建筑物考虑设置沉降点进行监测，以及对现有施工的地下室进行定期观测。观测精度满足二等精度要求。基准点在基坑加固前观测一次。沉降和位移观测从基坑加固开挖开始，开挖过程中每3天测量一次，挖至坑底十天后每8天测量一次，如位移趋于稳定则十五天测量一次或更长，在地下室施工完成、基坑回填停止观测。对基坑四周监测沉降允许范围：北侧坡顶位移大于4cm，桩顶位移大于2cm，地面建筑不均匀沉降超过1；东侧桩顶位移大于3cm；南侧6-6、8-8剖面大于4cm，7-7剖面大于3cm,9-9剖面大于3cm；西侧坡顶位移大于4cm,桩顶位移大于2cm；各剖面变形不稳定且超过规范要求；坡顶、地面或周边管线出现异常或裂缝。6.3 对沉降处理措施：在上部喷锚支护靠下部设置排水盲管，排水盲管采用PVC管，在管壁上钻孔，用潜孔钻成孔，将排水盲管埋入支护外侧土中。及时修复地面出现的裂缝，用具有一定柔性的油膏封填裂缝，此材料能减少裂缝继续开展。在基坑北侧学校宿舍楼两端设置两个回灌井，当水位下降较大时及时进行回灌，防止地下水位突然下降引起地基沉降。7 基坑开挖对周边环境影响的预防及保护措施：深基坑开挖施工引起的周围的环境问题越来越受到人们的重视。因此，必须严格地控制。要减少对周边环境的影响,最好的办法是采取预防为主的对策。在基坑设计、施工过程中采取有效的预防措施,则可以将深基坑施工对环境所产生的危害减至最小程度。在基坑工程方案设计前,应对基坑周边环境状况进行详细调查。根据工程地质报告、土层构造、涌水量预测，结合降水施工经验，合理选用地下水处理方案,采用合理的设计方案，基坑设计遵循安全第一、质量为上并兼顾缩短工期、节约投资、便于施工的原则，应充分调查了解周边建筑物的情况,包括建筑物高度、结构形式、基础形式及埋深、建筑物使用功能等，有针对性地采取措施,确保基坑边坡稳定和周围已建建筑、在建建（构）筑物安全。 加强施工管理，加强基坑监测。深基坑工程是土体与围护结构体系相互作用的一个动态变化的复杂系统，因为基坑支护施工存在着许多不确定因素，首先要加强基坑支护施工的质量控制，建立一个良好的基坑工程监测系统，以及早发现隐患,及时进行处理。基坑监测包括基坑护壁桩桩顶水平位移、基坑周围建筑物的沉降位移监测和基坑顶土体裂缝观察如果监测结果出现异常情况，立即采取有效措施，将护壁桩桩顶水平位移控制在允许的位移范围内。施工前要充分估计各种可能出现的情况,制定详细、可行的应急措施。当基坑施工出现险情预兆时，准备可供选择的应急措施,以免险情出现时,措手不及,延误抢险时机,造成严重损失，保证施工和环境的安全。8 结束语：深基坑二次加固过程中根据现场施工、设计要求对加固区域采取不同的支护方式，以及基坑施工与现有地下室施工之间的交叉作业，同时基坑的二次加固对地下室施工、周边临建建筑物的影响，采取的监测措施、降水措施、排水以及地下水再应用，在现场施工中取得了良好的效果。目前本工程正在进行地下室结构施工，经近期观测基坑沉降、位移稳定，实现了预期的目的。通过施工过程控制、沉降分析，选择确定比较合理的加固措施，保证了整个基坑支护稳定性，周围临建的安全以及现有施工建筑物（新桃园酒店、南山小学、南山建设局）的安全，同时为以后类似工程提供可参考的依据。参考文献：【1】GB50497-2009建筑基坑工程监测技术规范【S】北京：中国计划出版社，2009【2】中国建筑科学研究院.JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程【S】.北京：中国建筑工业出版社.2012作者简介 张俊国，男，1985年9月，工程师，中建二局第二建筑工程有限公司深圳分公司，分公司副总工程师，深圳市南山区前海路169号四楼工程部，邮编518054，电话[phone]。14