虎门执信公园二期基坑支护施工技术.pdf

第7 期 2 0 o 6 年7 月 广东 土木 与建筑 GUANGD0NG ARC HI TE C T URE C I VI L E NGI NE ERI NG No 7 J U L 2 0 o 6 虎门执信公园二期基坑支护施工技术 岑 景环 林 海澜 ( 广东省第一建筑工程有限公 司 广州 5 1 0 0 1 0 ) 摘 要 ： 结合 某深基坑工程实例 ， 介绍在地质条件差 、 工期 紧、 场地窄等不利 条件 下， 基坑 支护采用桩锚结合等施 工技术 ， 施工中对位移量过大和桩 间土塌方等进行 处理 ， 达到 了预期效果。 关键词 ： 深基坑 支护 ；预应力管桩 ；预应 力锚 索；基 坑监 测 1 工程概 况 虎门执信公园二期位于东莞市虎门镇人 民南路 与黄河路交汇处 ， 已投入使用的执信公园一期对面， 占地面积 7 9 0 0 m 。 本工程由笔者公 司联合广东省建 筑设计研究院负责深基坑的设计和施工。 本工程为地下 2层 ， 地面为公 园 ， 建 筑面积约 1 3 2 0 0 m ， 基础采用天然地基 ， 框架结构。 地下室平面 呈近似梯形 ， 其东西纵向长 9 7 9 m， 东边宽 5 0 5 m， 西 边宽 7 9 7 m， 周长约 3 3 0 m， 基坑开挖至地面以下 l O re， 属一级基坑， 开挖面积约 7 5 0 0 m ， 土方量约 7 2 万 m。 。 2 施工方案的确定 2 1 工程 特点 ( 1 )本工程地质条件较差 ， 地下水位高 ， 地质资 料揭示的场地地质土层 自上而下依次为 ： 回填土层， 厚 1 5 2 5 m； 淤泥层 ， 厚 2 1 5 0 m； 粉砂 残积层 ， 厚 1 0 0 2 5 2 m， 松散 ， 遇水易软化。 其 中， 填土层和淤泥 层均为滞水层 ， 水位与北面的东引河相连 ， 水位埋深 0 4 2 5 m 并受北面东引河河水潮汐水位的影响。 ( 2 )施工场地狭窄 ， 基坑开挖受周围环境影响较 大 ， 本工程地处闹市 ， 基坑东面距某商住楼仅 7 5 m， 且距基坑边 1 4 m处有 1 0 0 0市政排污管 ；南面与 人民南路相距 8 3 m： 西面有地下隧道穿过人 民路连 通负 1 层 ； 西面紧靠黄河路人行道 ， 其下存在市政管 线； 北 面距水深 3 5 4 O m的东引河仅 5 6 m， 且距基 坑边 4 2 m处有高压电线和 电缆沟 ( 3 )基坑开挖面积大且深度大 ， 工程量大 ( 4 )施工工期紧 ， 要求在 9个月 内完成 ， 按总进 度计划， 基坑支护必须 1 2 0天内完成 6 2 2 施 1 二 方 案 的选择 根据本工程的特点和建设单位的要求 ， 基坑支 护必须达到安全经济和工期短 的目的， 在支护形式 选择时， 我们排除了地下连续墙 、 桩撑等形式 ， 而选 择了桩锚局部喷锚 ， 并结合水泥搅拌桩止水的支护 形式 具体是基坑 四周采用水泥搅拌桩止水 ， 东边 采用钢管桩超前支护和预应力锚索加强型土钉喷锚 网： 南 、 西两边采用静压预应力管桩加双排预应力锚 索 ： 北面受高压线 和东 引河道 的限制 ， 采用 C 2 5钻 孔灌注桩加双排预应力锚索， 桩间土采用土钉喷锚 方案进行支护。 ( 1 )东面基坑支护 ( 如图 1 ) 采用单排水泥搅拌止水桩， 并提高淤泥层强 度 ， 搅拌桩为 5 5 0 4 5 0 ， L = 6 7 m， 桩间咬合 l O O mm， 桩长穿过淤泥层进入残积土层 ： 在搅拌桩 中施工单排 1 5 0 8 0 0超前钢管 桩 ， L = 1 2 m， 钢管直径 1 1 4， 壁厚 3 ram， 桩长进人基 坑底 2 5 m处 ， 在钢管下寺段侧边开孔 ， 管 内注浆形 成钢管桩 在标高一 1 1 ， 一 3 7 ， 一 5 8 ， 一 7 0 ， 一 8 2 ， 一 9 5 m处 C 2 0 , L 斗 一 1 0 O 0 碎斤 犟 沟 图 1 东面基坑支护剖面图 维普资讯 http:/ 2 o o 6 7 月 第7 期 岑景环等： 虎门 执 信公园二 期基 坑支护施 工技术 J U L 2 0 0 6 N o 7 共设 6层 土 钉 在一 2 7 m 和 一 4 7 m 处 间隔 设 2层预应力锚 索，控制基坑 的水平位移 ， 另 由于淤泥中较难成孔 ， 故将一 1 1 m处的土钉 设为不成孔钢管土钉。 ( 2 )南 、 西 、 北面基坑支护( 如 图 2 ) 南 、 西面设单排 5 0 0 6 5 0 、 L = 1 2 m 的预应力钢筋混凝土管桩挡土 ；北面设单 排 5 0 0 6 5 0、 L = 1 2 m的钻孔灌 注桩挡土 ， 桩顶标高一 1 O m： 桩外侧采用单排相互搭接的 5 5 0 4 5 0水泥搅拌止水桩， 并提高淤泥层强度 ， 桩直径， L = 6 8 m， 要求穿过淤泥层进入下面 的残积层 1 0 1 5 m： 在标高一 3 2 m和一 6 5 m处分别设置 单排预应力锚索 ： 2 o o $、 ) 一 一 着 二 坚 毫 毒 一 腰粱 孽 一一 里 j 地下室外墙 、 一 垂 ： = 一 蕊 一露垄 1 0 0 o _ 6 压 砼(3 0 0 ) 图 2 南 、 西、 北面基坑支护剖面图 南边与人行隧道交接隧道底以下部位 ， 在 标高 5 2 ， 一 6 2 ， 一 7 2 ， 一 8 _ 3 ， 一 9 5 m处共设 5层土钉喷 锚支护进行处理 ， 如图 3所示。 3 基坑 支护 施 工及其 技术 措施 3 1 预应力管桩和钻孔灌注桩 为 了减 小对周 围建 ( 构 ) 筑物及基坑周 围土层 的影响采用 2台 Y Z Y 6 0 0型液压桩机施工南面和 西面的预应力管桩 一台在南面 自东往西施工 ， 另一 台在西面 自南往北施工。用 3台 G S P 一 1 5型钻桩机 分 3段 自东往西施工北 面的钻孔灌注桩 ， 采用泥浆 护壁成孔 孔 内泥浆浓度 1 2 1 3 ， 正循环法排渣 ， 施 工前先用挖土机沿桩位开挖沟槽 ， 将地下旧基础等 障碍物清除。 3 2 水泥深层搅拌止水桩 采用 2台 G Z B 一 6 0 0型深层搅拌桩机 ， 一 台从东 面 自北往南施工 待南面施T预应力管桩后移至南 面在管桩外侧 自东往西施工 ， 另一台待西面施工一 段预应力管桩后在管桩外侧 A南往北西施工 ， 待北 面钻孔灌注挡土桩桩体强度达到设计值 的 7 0 后 ， 移至北面在钻孔桩外侧 自西往东施丁 。搅拌桩采用 “ 四搅四喷” 施工工艺， 提升速度不高于8 0 c m m i n ， 加固材料为 4 1 7 MP a普通硅酸盐水泥 ， 掺入 比 1 5 ， 水灰 比 0 4 5 0 5 5 。 3 _ 3 超前钢管桩 在东面深层搅拌止水桩完成 7 d且桩体具 有一 定强度后， 采用 1 台 X Y 一 1 0 0型钻机 自北往南成孔并 图 3南面隧道底支护剖面 图 安放钢管 ， 注入水泥浆直至充填钢管 内外为止。 采用 正循环法成孔 ，钻孔时根据 土层特点及时调整泥浆 性能 ， 钢管底部开叉呈倒 V形 、 下部 4 O m范 围内的 管壁每隔 0 5 m对称开 6 1 0注浆孔。 胶结材料采 用 4 1 7 MP a普通硅酸盐水泥 ， 水灰 比 0 5 ， 注浆压力 不低于 0 6 MP a 。 3 4基坑 土方 开挖 作为深基坑施工的关键工序 ，土方开挖施工 中 应科学组织 ， 做到安全 、 合理 、 快速 ， 为防止土方开挖 时地基卸荷 、 应力释放而产生基坑过大的变形 ， 必须 合理分区、 分层 、 对称 、 均衡开挖。 深层搅拌止水桩完成 7 d ( 东面 1 4 d ) 后 ， 采用 3台反铲挖土机挖土人工修坡 ( 底 ) 的方法开挖基坑 土方 ， 分为 3个区进行 ， 基坑 内周边 6 m宽范围内为 I区 用 以施工桩压顶梁 、 喷锚 、 预应力锚索 和腰梁 的工作面 ： I区内 8 m宽范围作为 区 ， 作为环形运 输车道 ； 西南角设置车辆 出入 口； 余 下部分为 区 ， 如 图 4所示 图 4 基坑支护及开挖分区平面图 7 维普资讯 http:/ 2 0 0 6 年7 月 第7 期 广东土 木与建筑 J U t 2 0 0 6 N o 7 I区配合东面加强型喷锚及另三 面预应力 锚索施工 ， 东面分 8层开挖至基坑底 ， 每层按每次开 挖长度2 0 m。 隔段分两次开挖 ， 每层土方开挖后立 即进行土钉喷锚施 ： 另三面分 3层开挖至基坑底 ， 上面 2层按每段 2 5 m隔段分 2次开挖 ，邻段需待 喷锚完成 3 d 、 锚索完固结体强度达 7 0 锚索张拉锁 定 后方可 开挖 。 、 区分 3层开挖至基坑底 ， 前两层待 I 区南、 西、 北面每层第 2阶段锚索完成后利用锚索固 结体硬化期 由东往西同时开挖( 区开挖时按1 2 留 行车运输坡度) ：区第 3 层在第 2层开挖后立即放 坡开挖 ， 紧接进行承台 、 底板垫层 和后续工程施工。 I区南 、 西 、 北 面和 区第 3层 以及运输 出 入 口的土方 ，待 I区东面完成加强土钉喷锚面网 。 南 、 西 、 北面第 2道预应力锚索全部张拉锁定后 ， 采 用退挖法同时进行开挖。 3 5 加强型土钉喷锚网 水泥搅拌止水桩高度范围内各层分 3段施工 ， 每段 1 8 m， 先两端后中间段 。 该层段挖土修坡后先钻 孔 、 施工土钉 、 绑扎钢筋网、 焊接加强筋和锚头后喷 射混凝土护面。 搅拌止水桩以下各层均分 4段施工， 每段约 1 3 m隔段同时进行 该层段挖土修坡后在边 壁先构筑钢筋 网、 加设竖 向加强筋和喷射加入适量 速凝剂的护面混凝土 ， 凝 固后再钻孔 、 施工土钉 、 焊 接水平加强筋和锚头。竖向加强筋上端与上层锚头 或竖向加强筋焊牢 ， 下端插入下层土中 6 0 0 ram 东面一 1 1 m层钢管土钉全位于淤泥层中 采用不 成孔振人法直接击人钢管。 钢管底部开叉呈倒 V形 、 侧壁每隔 0 5 m均匀设 4 6 1 0注浆孔 ， 采用 U B 一 3 0型泵 ， 注浆压力 1 5 2 O MP a ， 通过钢管 口往钢管 周围土和钢管内注浆。以下各层钢筋和钢绞索土钉 采用 YY _ l 0 0型钻机正循环钻进成孔 ， 再用 U B 一 3 0型 泵进行低压底部注浆 ， 注浆压力 0 4 0 6 MP a 固结体 采用 4 1 7 MP a普通硅酸盐水泥 ， 水灰 比 0 5 掺入水 泥用量 0 3 的减水剂和水泥用量 1 0 的 U E A 3 6预应力锚索 采用 6台 X Y 一 1 0 0型钻机 ，自东往西隔段施工 南边和北边 ， 再到西边 ， 逐层往下施工 。 每段 2 5 m。 在淤泥段加设护壁套管， 用正循环法钻进成孔 。 为利 于注浆和锚索底部无沉渣 ， 钻孔至设计深度后 。 超前 钻进 0 5 m。 锚索杆体在现场制作 ， 每隔 2 m设 1 个对 中支架 ， 注浆管底离杆体底 部约 0 5 1 0 m 二次注 浆管底部 4 m内开 8 1 0 小孔并用胶布封住 ， 管 8 底用胶布封 口 防止一次注浆水泥浆 流人管 内。采 用 U B 一 3 0型泵二次注浆 。 先用低压 ( 0 4 0 6 MP a ) 直 至孔 口返纯水泥浆液 ： 再用高压( 2 - 3 MP a ) 对锚固段 注浆。固结体采用 4 1 7 MP a 普通硅酸盐水泥， 水灰比 0 5 ， 掺入水泥用量 0 3 的减水剂和水泥用量 1 0 的 U E A，注浆前先用压力水通过注浆管将孔 内残渣清 洗干净。 3 7 反压混凝土板 坑边土方开挖至坑底后 。 在地下室外墙与坑边 之间浇筑 3 0 0 ram厚的混凝土层 ， 与 日后浇筑的底板 共同作用 以更有效地抵抗坑壁底脚的水平位移 。 3 8 基 坑 监测 本_丁程对基坑支护进行 以下监测 ， 即： 支护结 构位移及沉降； 基坑周围建筑物及路 面的位 移及 沉降； 地下水位。具体是在基坑东边设 2根测斜 管， 在基坑南边、 西边 、 北边 中间各设 l 根测斜管， 压 顶梁上每隔 2 0 m设 1个位移沉降观测点。东面商住 大楼设 8个位移和沉降观测 点 ， 在人 民南路设 4个 位移和沉降观测点 ， 西面黄河路设 3个位移和沉降 观测点 ， 基坑 四周设 4个地下水位观测井 。 水平位移和沉降观测定期进行 ， 基坑开挖期 间 每 日 1 次 地下室施工期间每周 1次。 3 9 降排水措施 本_T程基坑开挖及支护施工时采用明沟排水法 进行排水 在基坑顶离边缘 2 m处和坑 内四周设 置 排水明沟 。 将水引向集水井 。 用水泵将水抽至坑顶排 水沟排走。基坑开挖后采用井点法降水， 分别在 、 后浇带处各挖 3条人工挖孔空心桩集水， 用水泵将水抽至坑底排水沟后引向集水井抽走 。 4 施 工 问题 的处理 4 1 基坑位移过大 基 坑 土方开 挖过 程 中 ， 每 日进 行基坑 变形 观测 ， 当基坑土方挖至 7 m时 ，测得南边偏东 4 0 m处测点 位移已达 2 8 ra m 现场项 目部及时将观测结果反馈到 技术部及有关部 门。 随着基坑土方的向下开挖， 基坑 位移缓慢增大 。 土方开挖至坑底时 。 测点位移 已增至 5 2 ra m， 超出一级基坑安全警戒值 经我司工程技术 负责人会 同省内专家到现场察看 确定在中间最大 位移两侧 3 0 m长范围内 在 2道锚索之间增设 1道 3 7 5 、 L = 4 0 m预应力锚索 ， 方案实施后再次进行观 测 ， 结果表明位移已趋于稳定。 ( 下转第 2 7页) 维普资讯 http:/ 2 O 0 6 年7 月 第7 期 广 东土木与 建筑 J U L 2 0 0 6 N o 7 ( 3 )转换层板厚度增大至 1 8 0 m m，根据罕遇地 震 的板平均弹性拉应力配置板钢筋 ， 双层双 向贯通 布置， 并加强边梁的配筋及构造 ： ( 4 )塔楼楼梯间及周边楼板厚度增大至 1 5 0 m m 并于适当位置设置拉梁或拉板 ， 加强塔楼楼梯间及 周边板 的配筋 ， 双层 双向贯通 布置 ， 并加强边 梁的 配筋及构造 ； ( 5 )适当提高框支柱的配筋率及配箍率 ， 并于轴 压比较大的柱 中设置芯柱 ； ( 5 )剪力墙底部加强部位 。在核心筒周边设置 边框架 ， 每两层设置 1 道配 筋加强带 ( 暗梁 ) ， 以提 高剪力墙底部加强部位的延性 。 5 2 罕遇地震 、 中震时弹性地震作用下落地剪力墙 的承载力复核 ( 1 )落地剪力墙承担罕遇地震作用下全部弹性 剪力， 保证剪应力水平0 2 f ok ， 经验算本工程落地 剪力墙在罕遇地震作用下 的 、 】 ，向弹性 剪应力水 平分别为 0 1 9 8 和 0 1 0 ， 足以确保证剪力墙在罕 遇地震时不出现脆性剪切破坏 。 ( 2 )采用 中震 的地震影 响系数对结构作中震作 用下的弹性内力分析， 按中震作用下的弹性内力与竖 向荷载进行组合 ( 1 0恒载+ 0 5活载+ 1 0中震作用 ) ， 采用材料强度标准值 ， 对剪力墙底部加强部位 ( 8层 以下) 进行强度验算 ， 以确保重要部位在 中震 时不 出现强度破坏。 5 3 本工程裙 楼平面尺寸为 9 8 0 m 3 0 1 m， 长度超 出规范建议 的结构伸缩缝最大间距 ， 考虑到建筑上 大堂 的使用 、 屋面花 园防水 等因素 ， 本工程裙楼平 面不设缝 。采用有限元软件对变温及混凝土收缩条 件下 的楼板应力进行分析 设置收缩受力板筋 ， 并 且采用以下措施 解决温度下降及混凝土收缩效应 所带来的不利影响。 ( 1 )适当提高板的配筋率 ， 板面钢筋一半拉通 ， 并采用控制裂缝性能较好的热轧变形钢筋 ， 板筋 以 “ 小直径 、 小间距” 为原则布置 ； ( 2 )楼层 梁尽可能贯通 ， 并设置腰筋 ， 所有腰筋 均按受拉要求搭接 ； ( 3 )严格控制混凝土配合 比，要求水灰 比控制 在 0 4左右 ， 以中粗砂作为细骨料 ， 为保证混凝土必 要 的塌落度 ， 可掺人适量的高效减水剂 ； ( 4 )必须做好混凝土浇筑过程 的振捣及混凝土 终凝后的养护工作 ， 尽可能采用浸水 养护或其它有 效措施 ， 保证混凝土在水下或全湿润环境下硬化 。 参考文献 1 吕西林 主编超 限高层建 筑 1 二 程设 计指南 M 上海 同济大学 出版社 ， 2 0 0 5 2 J G J 3 - 2 0 0 2 高层建筑混凝土结构技术规程 S 3 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 混凝十结构设计规范 S 4 GB 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 建筑抗震设计规范 S ( 上接第 8页) 4 2 桩 间土塌 方 在第 2道锚索张拉锁定后 ， 开挖基坑边底层土 方至坑底 ， 修坡至桩边后 ， 一 7 5 m以下桩间粘结性极 差的粉砂土出现了坍塌现象。其原因是该土层为黄 色粉砂层 ， 松散性极高 ， 粘性极差 ， 而正值雨季 ， 泥土 遇水易松脱。采取的措施是在第 2层腰梁以下 的桩 间土每 隔 3根桩打人 3 4 8 7 5 0 、 L = I 5 m水平钢管 土钉 ， 在 2排钢管的中间桩壁处植人竖 向 8 4 0 0膨 胀螺丝。钢管土钉和膨胀螺丝处 内外 置 2 l 6竖 向 加强钢筋， 边壁构筑钢筋网喷锚混凝土面层 ， 有效解 决了桩间土塌方的问题。 5 技 术经 济效 果 5 1 本工程基坑支护根据基坑各边 的不同环境 ， 采 用综合支护方式 ， 在保证安全的前题下 ， 大幅减少了 T程费用 ， 比原设计的地下连续墙 支护方式节省了 约 1 3 0万元 ， 经济效益明显 5 2 在基坑支护施工过程中 ， 必须 同时做好监测工 作 ，并根据监测情况确定是否需要采取加 固措施 。 本丁程施_ 中认真做好监测 工作 ， 根据监测结果经 多方共同研究后采取 了加 固措施 。虽监测坑顶南面 局部最大位移超 出一级基坑的安全警戒值 ， 经加固 后稳定后 ， 基坑暴露期间虽遭受多次大暴雨 的冲击 也未再产生位移， 安全稳定性 良好 。 5 3 本 支护方式便于_丁程施 组织 ， 特别是土方的 开挖 ， 基坑 中部土方提前开挖 ， 加快 了施工进度 ， 使 基坑施工 比原计划丁期缩短了 8天时间。 2 7 维普资讯 http:/