基坑内多种支护和止水方法的综合应用技术.pdf

收稿日期:2004-01-06作者简介:王 斐,男,武汉建工集团海外部,工程师,工程硕士。文章编号:1001-4179(2004)09-0012-03基坑内多种支护和止水方法的综合应用技术王 斐(武汉建工集团 海外部,湖北 武汉430023)摘要:武汉国际会展中心深基坑工程的最大特点是超大、超深、周边环境复杂。由于工期紧,工程重要性程度高,在进行支护设计和施工过程中,遵循技术可行,安全可靠,经济合理的原则,针对各支护区段的实际情况,综合性地采取桩锚支护,喷锚支护,土钉墙支护,粉喷桩排隔水,高压旋喷桩排隔水等支护和隔水方法,充分利用各种方法的特点,因地制宜地采用,既满足了基坑施工的需要,又保证了周边环境安全,也节省了投资,取得了较好的技术经济效果。介绍由钻孔灌注桩、预应力锚杆、土钉组成的支护体系和由粉喷桩、高压旋喷桩组成的止水帷幕体系在同一工程中的成功应用。关 键 词:基坑支护;止水方法;施工;综合应用;武汉国际会展中心中图分类号:TV543+.8 文献标识码:A1 工程概况武汉国际会展中心工程位于原武汉展览馆旧址,是1座集展览和会议等多功能为一体的现代化大型公共建筑。总建筑面积约13.5万m2,其中主楼(A区)7.6万m2,包括地下1层,地上5层,为室内展厅及多功能厅;广场(B区)约5.9万m2,下沉式广场,地下2层,为地下停车场及大型购物中心。总建筑高度为55.45 m。该工程位于武汉市最繁忙的中心商业区,紧邻武汉广场、世贸广场和游子乡大厦,人流量和车流量相当大;而且南北两侧均为城市主干道,都有高架桥(轻轨)通过,因此基坑周边环境显得复杂而严峻。深基坑工程平面布置如图1。图1 武汉国际会展中心深基坑工程平面布置2 场地标高及工程地质、水文地质条件(1)本工程 0标高相当于绝对标高23.5 m,自然地面标高在21.522.5 m之间。(2)工程地质分层结构如表1。表1 工程地质分层结构地层编号及名称层顶埋深m层厚m空间分布(1)杂填土现自然地面1.07.6普遍分布(2)粘土3.27.21.23.8局部缺失为(2a)层(2a)淤泥质土、粘土、粉质粘土1.07.60.66.7分布极不稳定(3)粉土7.69.01.56.6分布广泛,局部厚度较小(4)粉砂9.515.69.016.5分布较均匀(5)粉细砂22.426.013.021.8分布均匀(6)粉质粘土37.940.42.84.9分布不均匀,以泥质透镜体出现(7)中粗砂夹卵石38.045.23.410.0分布整个场区(8)卵石46.249.23.56.2分布整个场区,局部含量减少(9)强风化泥质页岩52.253.74.312.5厚度变化较大(10)中微风化泥质页岩57.665.21.07.6层顶部起伏较大(3)本工程场地地貌属长江一级阶地,场地地下水类型主要为上层滞水和空隙承压水。上层滞水赋存于杂填土中,主要接受大气降水的补给和地表水、生活用水的渗透补给,无统一水位,且水量有限;空隙承压水赋存于下部砂、卵石层中,其上覆8m左右的粘土层为其隔水板。该地下水具弱承压性,与长江水有密切的水力联系。勘察表明,一般情况下,承压水位在16.817.5 m左右,预计进入长江汛期水头可能上升至19.019.5m左右。3 基坑支护方案3.1 支护方案的确定根据上述工程特点及基坑周边环境和土层分布情况,我们第35卷 第9期人 民 长 江Vol.35,No.92 0 0 4年9月YangtzeRiverSep.,2004 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.对本工程基坑支护及止水方案前后进行了3次设计和修改。第1次设计为SMW地下连续墙加锚杆和喷锚网支护及止水体系,同时采用深井降水;第2次从经济角度的考虑,加上基坑南坡确实存在放坡空间,对第1个设计方案进行修改,改为桩锚支护加粉喷桩排隔水体系,同时采用深井降水;施工过程中,由于基坑东侧土层中存在较多的废混凝土块和孤石等,粉喷桩排施工显得非常困难,于是又对第2个方案进行修改,改为高压旋喷桩排隔水体系,其它不变,这是方案的第3次修改。3.2 支护方案概述(1)南侧基坑。采用10.5放坡,喷锚支护,布设6层锚杆,锚杆杆体采用1“22螺纹钢筋,长度为1014 m,垂直间距为1.31.8 m,水平间距为1.3 m,锚杆仰角分别为:顶(底)层13,其它各层12;钢筋网采用“6 200双向布置,水平加强筋2“20,竖向加强筋1“20,纵横连接贯通并与锚杆焊牢;喷射混凝土为C20细石混凝土。典型支护剖面图见图2。图2 主楼基坑典型支护剖面(单位:高程m,其余mm)(2)东侧基坑。采用“800钻孔灌注桩和双排预应力锚杆支护。钻孔灌注桩主筋16“20,加强筋“16 2000,箍筋“8 200,桩间距1.2 m;根据开挖的深度不同,设计桩长为1416 m,顶部设截面为1 000 mm500 mm的锁口梁,梁及桩身混凝土强度等级为C20;第1排锚杆设于桩顶下约22.5 m,第2排设于44.5 m处,杆体采用“25(或2“22)螺纹钢筋,长1520 m,仰角10,水平间距1.2 m;围檩用218槽钢,预应力张拉后实行灌浆封闭。(3)西侧基坑。采用“800钻孔灌注桩和单层预应力锚杆支护。钻孔灌注桩间距1.2 m,设计桩长14.0 m;于桩顶下约2.5m处设置锚杆,锚杆采用1“22螺纹钢筋,长20 m,仰角10,水平间距1.2 m,围檩用218槽钢,预应力张拉后实行灌浆封闭。(4)主楼与广场交接处。由于广场基坑开挖深度大于主楼,因此在广场与主楼交界处形成较大的高差(局部高差达3 m左右),设计采用土钉墙支护。开挖时11放坡,钢筋网采用“6冷拔丝,250双向布置,土钉采用“16螺纹钢筋,长3 m,喷射C20混凝土,厚度80 mm,1次喷射成型。4 基坑止水方案4.1 中深井降水因主楼开挖面积约20 000 m2,开挖深度为自然地面下6.79.3 m,基坑北部局部开挖深度为13.5 m,据此计算主楼需降水井数量为17口,井深38 m左右,降水井布置如图3所示。4.2 止水帷幕遵循技术可行,效果可靠,经济合理的原则,选择沿西侧和图3 主楼基坑深井降水平面布置南侧设置单层粉喷桩排,沿东侧设置高压旋喷桩排作为止水帷幕。(1)粉喷桩排。设计桩径500 mm,桩长7.5 m,桩顶埋深5.5m,桩底埋深13.0 m,桩间距350 mm,桩间重叠搭接150 mm;粉体采用325号矿渣硅酸盐水泥,喷灰量55 kgm,水泥掺入比约15%。(2)高压旋喷桩排。设计采用单管法旋喷注浆,桩径500mm,间距350 mm,桩间重叠搭接150 mm,加固深度13.0 m;浆体采用425号普通硅酸盐水泥,水灰比111.51,固结体28 d抗压强度15 MPa。5 桩锚支护施工要点及质量控制5.1 钻孔灌注桩施工(1)施工流程。测量放线定桩位 机具就位 成孔及清孔 吊放钢筋笼 二次清孔 水下混凝土浇捣。(2)测量放线定桩位。根据支护设计方案桩位图,采用经纬仪测定桩位,插钢筋头标识,经复核无误后,埋设护筒。(3)机具就位。桩机架设要求平稳,对位准确,控制对孔误差小于50 mm,垂直误差小于1%。(4)成孔及清孔。采用湿钻法成孔,用测绳直接量测成孔深度是否达到14.0 m(或16.0 m)的设计要求,实际施工中还要求超钻500 mm。钻孔过程中,不断注入采用优质粘土另行配制的泥浆进行护壁。当钻至设计深度后,可停止钻进,继续注入泥浆水,启动钻机反循环转动,进行首次清孔。(5)吊放钢筋笼。为方便施工,钢筋笼分两节制作安放,每节长7 m(或8 m);钢筋笼制作要求焊点牢固,单面焊搭接长度为10倍钢筋直径,双面焊搭接长度为5倍钢筋直径;制作允许偏差为:主筋间距 10 mm,箍筋间距 20 mm,钢筋笼直径 10mm,钢筋笼长度 50 mm,钢筋笼弯曲度小于1%。吊放钢筋笼时应对准孔位慢慢下放,不得左右转动,严禁高起高落或采用其他方式强行下放。(6)二次清孔。钢筋笼下放到位后,即下导管并启动钻机正循环进行二次清孔,清孔时间在30 min左右;清孔后用测绳量测孔深并与成孔深度对比,两者的差值即为孔底沉渣的厚度,控制沉渣厚度小于100 mm。(7)水下混凝土浇捣。将导管稍微上提约300500 mm后,进行第1次混凝土浇灌,要求浇灌量不少于1.85 m3,即保证第1次混凝土埋管在0.8 m以上;混凝土连续浇灌,保证导管埋深在26 m;及时提管拆管,拆管时,应将导管向下反插12次,以防桩身混凝土不密实;进行最后一斗混凝土浇灌前,应检查桩顶标高,预估尚需混凝土量,保证混凝土超灌量在1.01.5 m3。5.2 预应力锚杆施工(1)施工流程。定锚杆孔位 钻进及成孔 锚杆制作 锚31第9期王 斐:基坑内多种支护和止水方法的综合应用技术 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.杆安装 锚体注浆 张拉与锁定。(2)定锚杆孔位。根据基坑支护方案确定每根锚杆的位置,用插短钢筋头的方法进行标识。(3)钻进及成孔。架设钻机,使之稳固;调整钻头俯角至设计角度,并使其准确对位;钻进过程中,若发现钻进角度偏差,及时调整;钻孔深度通过钻杆入土长度进行控制。(4)锚杆制作。锚杆采用螺纹钢筋制作,加长时采用双绑条焊对接,保证焊接长度和焊缝饱满;采用1根“30 mm的胶皮管作注浆管,一端留在孔外,一端用胶带封闭(压力注浆时可将之冲破)并捆绑在锚杆上随锚杆送入孔内。(5)锚杆安装。成孔后,应先用压力水将孔内泥浆和碎渣冲洗干净,再将制作好的锚杆(连同注浆管)送入孔内。(6)锚体注浆。采用二次注浆法,浆液用425号硅酸盐水泥制作,掺入FDN-2早强剂,水灰比控制在0.40.45。第1次为非压力注浆,由孔底到孔口,当孔口出现流浆时即可停止;第2次注浆在第1次注浆56 h后进行,控制注浆压力在2 MPa左右。(7)张拉及锁定。张拉之前安放槽钢围檩,使之紧贴支护桩,如不能紧贴,应用钢板垫平;张拉应在第2次灌浆后710d,即锚固体强度达到70%80%后进行,张拉完后即进行锁定;开始张拉前,还应对张拉系统进行严格率定。5.3 喷锚网施工(1)施工流程。土方开挖、修坡 喷射底层混凝土 非预应力锚杆施工 钢筋网布设 喷射面层混凝土。(2)土方开挖修坡。土方开挖应与喷锚网施工配合进行,每层开挖深度控制在1.41.8 m,完成喷锚施工且混凝土强度达到设计强度70%以上后,方可进行下层土方开挖;开挖时不可碰撞已形成的喷锚网体系。(3)喷射底层混凝土。按设计要求配制喷射混凝土,边配制边喷射,控制底层混凝土厚度在2030 mm,可通过在坡面上设置短钢筋头作为厚度标识进行控制;调整喷射压力,一方面使混凝土能有效地附在坡面上;另一方面减少混凝土的飞溅损耗。(4)非预应力锚杆施工。除无张拉锁定工序外,其它工序同预应力锚杆施工。(5)钢筋网布设。按设计要求布设钢筋网,保证纵横加强筋与锚杆头焊接牢固,其它钢筋与加强筋连接(绑扎)可靠。(6)喷射面层混凝土。面层混凝土厚度控制在7080 mm。5.4 土钉墙施工(1)施工流程。开挖和护面 打入土钉 布设钢筋网及喷射混凝土面层。(2)开挖和护面。由于本工程土钉墙支护高度为3 m,采用机械开挖,开挖时注意减小对周边土层的扰动,开挖后辅以人工修整,清除坡面上的浮土及松动部分;开挖出来的施工面随即进行土钉墙的施工,不能裸露过夜。(3)打入土钉。本工程于主楼和广场交界处采用土钉支护,是临时土体稳定的需要,根据设计计算,土钉采用“16螺纹钢筋,长3 m;施工采用锤击法,直接将土钉打入土中,外露头长度50100 mm;打击时注意避免周边土体受震而松动,以免降低土钉与土层的粘结应力。(4)钢筋网布设及喷射混凝土面层。土钉“植入”完毕,焊接坡面钢筋网,采用“6冷拔丝,250双向布置,并于土钉露头处焊接设置“14纵横“压条”,以加强喷射面层的整体性;钢筋网焊接完毕后,喷射“湿式”细石混凝土,控制厚度在80 mm以上,混凝土石子粒径在1015 mm,水泥含量不少于400 kgm2,28 d抗压强度为20 MPa。喷射时,注意在每步开挖的底部预留300mm,以利于下层开挖安装钢筋网和上下层混凝土的有效衔接。6 止水帷幕施工要点及质量控制6.1 粉喷桩施工(1)施工流程。测量定桩位 钻进成孔 搅拌提升喷灰 停灰。(2)测量定桩位。根据支护方案,采用经纬仪测定桩位,并用石灰标识每个桩位。(3)钻进成孔。将桩机移到桩位上,使之水平稳固,主轴垂直,钻头准确对准桩位,控制对孔误差小于50 mm,主轴垂直度误差小于1%;成孔深度可根据钻杆总长减去未钻进长度确定,根据支护方案,本工程成孔深度控制在13.0 m以上。(4)搅拌提升喷灰。钻孔完成后即可开始提升喷灰;开始喷灰时,应保持原地搅拌喷灰12 min,以保证桩底质量;控制提升速度小于0.5 mmin,喷灰量大于55 kgm,控制每根桩的喷灰量应在412.5 kg以上。(5)停灰。按设计要求,停灰面应控制在离自然地面5.5 m处,不可低于此高度;当钻机提升至停灰面时,应原地搅拌12min,以使桩顶更密实可靠;操作当中,可根据钻杆的提升高度,确认是否已至停灰面。6.2 高压旋喷桩施工(1)施工流程。测量定桩位 钻机就位 钻孔 插管 高压喷浆 冲洗、移动机具。(2)测量定桩位。同粉喷桩。(3)钻机就位。将钻机安放在设计孔位上,要求平稳、竖直,垂直误差小于1.5%。(4)钻孔。由于土层中含有较多的块石和混凝土块等杂填物,因此施工中必要时采用地质钻机进行预钻孔;预钻孔钻至设计加固深度(自然地面下13.0 m左右),要求钻孔位置与设计孔位偏差小于50 mm。(5)插管。预钻孔完成后,旋喷桩机就位,要求桩机安放平稳,旋喷管垂直插入到预定深度;插管过程中,为防止泥砂堵塞喷嘴,可采取边射水边插管的办法,但要控制水压力小于1MPa,以防孔壁坍塌。(6)高压喷浆。喷管插入到预定深度后,即自下而上开始喷浆,有关施工参数如表2。要注意的是,当浆液停歇时间超过15 h,该浆液应停止使用。(7)冲洗、移动机具。喷射施工完毕后,应及时冲洗机具设备,使机内管内不留水泥浆,并将钻机等设备移到新孔位上。表2 高压旋喷桩施工有关参数注浆压力MPa流量(Lmin-1)喷嘴孔直径mm喷嘴个注浆管外径mm提升速度(mmin-1)旋转速度(rmin-1)2080120302452025约207 采用花管注浆法处理流砂问题(1)基坑采取深井降水后,承压水位降到开挖面以下,但上(下转第36页)41 人 民 长 江2004年 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.水源,必须采用水文 水文地质法。即首先根据水文地质分区采用降雨入渗系数法分别评价同一流域上岩溶区与非岩溶地下水,然后采用代表性泉域上分割快速流与慢速流。从水文学的观点看,可把快速流归入地表水范围。岩溶区地下水资源评价,首先应了解岩溶区的水流特征。评价时一般要从河川径流的退水曲线上提取信息,认为不同亚动态的衰减系数可反映不同含水介质蓄泄水量特性。第一亚动态:反映径流排泄受巨大岩溶洞穴、管道一类含水介质控制,泄流量大,消退快,其初始储量达20%。第二亚动态:为过渡型含水介质控制。其初始储量约为10%。第三亚动态:主要受控于网络状岩溶裂隙、岩洞一类含水介质,充蓄、释放水量速率慢且滞后。通常采用第三亚动态衰减系数作为慢速流的参数。严启坤根据广西桂林地区的研究,把流域划分为5个类型区,见表1。南斯拉夫的水文地质学家认为,由于岩溶含水系统相当复杂,研究时不宜采用与研究孔隙含水系统相同的方法。例如,若测定各点的水文地质参数,既很费事,又很难保证其代表性。因此,他们着眼于对完整的岩溶含水系统进行整体研究,通常不测定个别点的水文地质参数,而求得地区性平均参数。而在评价岩溶水资源时,很少应用常用的计算方法,而主要利用各种水文学方法(泉的衰减动态分析即为其中之一)。所以,岩溶区的地下水资源评价,还是应用水文分割法和理化分析法较切合实际,不能把所有经过暗河溶洞的径流统统归为地下水,如果能把快速流归为地表水而把慢速流归为地下水,则各部门估算的地下水资源数量不致有成倍的差别。表1 桂林地区快速流与慢速流比重项目地下径流快速流慢速流慢速流与地下径流之比%碎屑岩区 2140214100峰林平原区2272320490溶蚀丘陵区34710424370峰林谷地区46124921246峰丛洼地 60143616527平 均 35715420356.8参考文献:1 叶水庭,施鑫源.地下水文学.南京:河海大学出版社,1990.2 杨远东.加里宁 阿巴里扬地下水估算方法的改进.平原地区水资源研究,学林出版社,1985.3 徐万俊,唐一清.云南地下水资源计算方法.云南水利(水资源专辑),1985,(2).4 杨远东.基流分析方法简述.水资源研究(南方地下水专辑),1986,(5).5 严启坤,黄敬熙.岩溶地下水系统中快速流与慢速流.水资源研究,1986,7(1).6 刘予伟.山丘区地下水与高程、岩性的关系分析.水利水电快报,1998,增刊.(编辑:刘 毅)(上接第14页)层粘土夹砂层中的滞水及地表渗水的存在对开挖出的夹砂层的稳定形成很大影响并导致流砂的出现。(2)对突现的流砂,我们采取花管注浆法,使之得到了有效的遏制。具体做法是在渗水处垂直打入超前花管(管径48 mm,壁厚3 mm),压力注浆后用土包压,用黄泥封堵,这样使得渗水缓慢流干,阻止粉砂流失,从而达到控制流砂的目的。8 结 语(1)武汉国际会展中心深基坑工程的最大特点是超大、超深、周边环境复杂。由于工期紧,工程重要性程度高,在进行支护设计和施工过程中,遵循技术可行,安全可靠,经济合理的原则,针对各支护区段的实际情况,综合性地采取桩锚支护,喷锚支护,土钉墙支护,粉喷桩排隔水,高压旋喷桩排隔水等支护和隔水方法,充分利用各种方法的特点,因地制宜地采用,既满足了基坑施工的需要,又保证了周边环境安全,也节省了投资,取得了较好的技术经济效果。(2)对深基坑工程而言,流砂是影响基坑安全的重要“杀手”。针对不同的成因及流砂类型,治理流砂有各种不同的方法。此次在武汉国际会展中心深基坑工程施工中,对突发的流砂问题,我们采用超前花管注浆法,疏堵结合(疏散滞水,堵住砂),办法简单而有效。(编辑:徐诗银)(上接第17页)6 白恒恒,辛民高.浅谈长梁山隧道F5断层的地质超前预报.铁道工程学报,2000,(1):8790.7 李忠,黄成麟,刘秀峰.增加TSP-202超前预报探测系统探测距离的技术探讨.铁路航测,2002,(1):2023.8 李忠,汪琦.新倮纳隧道地质超前预报中TSP-202探测系统搜索角研究.铁道工程学报,2001,(1):8991.9 汪琦,李忠.新倮纳隧道地质超前预报中概率论的应用.铁道建筑技术,2000,(6):3537.10 钟世航.极小偏移距高频弹性波反射连续剖面法探查岩洞及洞穴.地球物理学报,1995.11 钟世航.极小偏移距高频弹性波反射连续剖面法分辨薄层的能力.地球物理学报,1995.12 钟世航.陆地声纳法的正演试验.地球物理学报,1995.13 钟世航.物探作遂道质检与提高施工管理和设计水平的作用.地球物理学报,2002.14 吴永清,何林生.地质雷达在公路隧道的应用.广东公路交通,1998,增刊.15 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width,owing to the supporting of transitional material on both sides of the core wall,it becomes“joint riding”rolling.T o solve the rolling technology problems of using wider vibration roller to roll narrower asphalt concrete core wall,theexperimental research on the technological parameters of“joint riding”rolling was carried out aiming at asphalt concrete corewall construction of Maopingxi earth and rockfill dam of Three G orges Project and the difficult technical issues of“wider rollerrolling narrower wall”was solved.The technical indexes of asphalt concrete obtained in experiment met design requirement andcould be applied in asphalt concrete core wall construction.The experimental research accumulated experience for the similarworks.This rolling construction technology of asphalt concrete core wall in Maopingxi earth and rockfill dam of TGP was thefirst application in China.Key words:asphalt concrete core wall;“joint riding”rolling;technological parameters;experiment research;TGPComprehensive application technology of multiple support andwater proof methods in foundation pitWANG Fei(Overseas Department of Wuhan Construction Group Ltd.,Wuhan 430023,China)Abstract:The remarkable characteristics of the foundation pit project of Wuhan International Conference and Exhibi2tion Center are its large plane sizes,superdepth and complicated surroundings.The design and construction of the foundationpit support followed principles of feasible technology,reliable safety,economic and reasonable cost in consideration of shortconstruction period and great importance of the project.According to different actual conditions of supported sections,boredconcrete piles and anchorage bars,shotcrete and anchorage bars,walls with bar nails driven into soil were used for the supportand protection of the foundation pit,and cement-soil pile sheets formed by cement injection and mixing,cement pile sheetsformed by high-pressure rotary injection of cement grout were used for the water prevention of the foundation pit,satisfying therequirements of the foundation construction,creating safe surroundings and also saving project cost.The foundation pits sup2port system and water prevention curtain system are presented in this paper.Key words:foundation pit support;water prevention methods;construction;comprehensive application;Wuhan Inter2national Conference and Exhibition CenterDiscussion on water safety system pre-alarmCHEN Shao2jin(Economy College of Hohai University,Nanjing 210098,China)Abstract:From definition of water safety system,the concept of water safety system pre-alarm and structural designprinciple of pre-alarm system are put forward,the fundamental contents of systematic dynamic pre-alarm method of watersafety system,such as the simulation process,pre-alarm limit determination etc.,are studied.The basin water safety systempre-alarm model can be used to carryout water quality pre-alarm analysisof a basin.As a application case,the water safetysystem pre-alarm model of Xiangjiang river basin was set up and the model simulation and the result analysis were carriedout.The research of water safety system pre-alarm provides a new way for water management.Key words:water safety system;pre-alarm;method;practical case06 人 民 长 江2004年 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.