浙北某電廠循泵房基坑圍護設(shè)計和施工

循泵房基坑圍護設(shè)計和施工（中國水利水電十二局施工科學(xué)研究所張仁高）【提要】本文概括介紹了浙北某電廠工程循環(huán)水泵房深基坑圍護方案的動態(tài)設(shè)計、基坑圍護施工及基坑安全監(jiān)測。【關(guān)鍵詞】基坑土釘土釘墻錨桿圍楞安全監(jiān)測1．工程概況浙北某電廠工程循環(huán)水泵房為循環(huán)水系統(tǒng)的重要配套工程之一，平面尺寸為36.48m×25.48m。其中地下結(jié)構(gòu)部分平面尺寸為25.48m×23.2m，原始地面標高▽3.60m，基坑底標高▽-5.90m，基坑深度為9.50m?；?xùn)|側(cè)2.75m處為廠區(qū)主要施工通道，通道另一側(cè)分別是中興公司和寧波建安公司施工臨設(shè)區(qū)；西南角和西北角各距1#和2#冷卻塔24.5m，北側(cè)鄰近老秤溝浜河僅2m，不宜采用大開挖施工。經(jīng)多種基坑圍護方案的綜合論證對比，本著經(jīng)濟、可行、安全的原則，最后確定采用“局部大開挖結(jié)合土釘墻支護方案”----即南側(cè)、北側(cè)和東側(cè)土釘墻支護，西側(cè)（進水箱涵側(cè)）放坡大開挖。2．工程地質(zhì)條件循泵房區(qū)域地質(zhì)主要由第四系全新統(tǒng)，上更新統(tǒng)河湖相粘土組成，與循泵房基礎(chǔ)相關(guān)的土層為：1層素填土：灰黃色、黃褐色，很濕～濕，粉質(zhì)粘土，含水量34.8％。①-3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，呈飽和、流塑狀態(tài)，含有少量云母片及有機質(zhì)，含水量最高為64.6％。②-2層粉質(zhì)粘土：褐黃色、灰黃色、灰黑色，濕，可塑，中塑性，含有少量云母片及氧化鐵，以粉土為主。平均含水量28.5％。③層粉質(zhì)粘土：灰色、深灰色、灰黃色，飽和～很濕，軟塑，輕～中塑性，含有少量云母片及氧化鐵。平均含水量33.4％。④-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，飽和，流塑，含有少量云母片及有機質(zhì)，具微層理結(jié)構(gòu)。平均含水量38.4％。物理力學(xué)性指標如表-1所示。場地土的物理力學(xué)指標（復(fù)勘結(jié)果）表-1土層編號土層名稱層底高程（m）土層厚（m）重度（kN/m33）固結(jié)快剪強度指標標錨固體與土體的極極限摩阻力（kPa）C(kPa)(0)①-1素填土▽+1.52.519.2201022①-3淤泥▽-3.04.516.54813②-2粉質(zhì)粘土▽-7.24.717.818.51830③粉質(zhì)粘土▽-9.52.317.78.525.630④-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土▽-10.81.318.114.120.520⑤-1粘土▽-13.32.518.440.025.5603．基坑支護方案設(shè)計基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時，按基坑不同受力面的位置，分成東、南和北三部份，東側(cè)邊坡長25.5m，南、北側(cè)邊坡長各27.5m。東側(cè)緊鄰廠區(qū)道路，考慮到廠區(qū)施工荷載作用，取地表超載值為20kPa；南、北側(cè)地表超載值為10kPa。為減少工程造價，降低土釘墻支護工作量，支護施工前先挖去部份表層土1.5m厚，基坑土釘墻實際高度為8.0m。根據(jù)地質(zhì)勘探報告，參照《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）確定開挖面3種土層內(nèi)土釘錨固體與地基之間的極限摩阻力分別為：①-1層--22kPa、①-3層--18kPa、②-2層--35kPa。土釘直徑設(shè)計為Φ100mmm，分六層施打。參照《基坑土釘支護技術(shù)規(guī)程》CECS96:97要求，土釘墻噴射混凝土強度等級定為C20，面層厚度100mm，內(nèi)配Φ8@200鋼筋網(wǎng)。土釘墻重要系數(shù)選取值1.2?；?xùn)|側(cè)土釘墻坡度為1：0.5，以一級基坑側(cè)壁設(shè)計，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)為1.1；南北兩側(cè)土釘墻坡度為1：0.3，以二級基坑側(cè)壁設(shè)計，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)為1.0。基坑支護各層土釘特征及受力情況見表-2。各坡面土釘墻各層土釘特征及受力情況表-2基坑面土釘層次土釘長度(m)螺紋鋼直徑(mm)傾角(0)土釘所在墻面高程(m)土釘受拉荷載(kN)土釘極限抗拉力(kN)安全系數(shù)南北側(cè)第一層91620▽+1.50—36.729—第二層91620▽+0.507.58634.3104.523第三層91620▽-0.5024.75231.8901.288第四層102020▽-2.0044.98063.4091.410第五層112020▽-3.5048.56864.8091.334第六層112020▽-5.0041.89757.7511.378東側(cè)第一層121620▽±0.00—26.729—第二層121620▽-1.008.65624.1102.815第三層121620▽-2.0023.37231.9101.365第四層112020▽-3.0034.98056.1021.604第五層112020▽-4.0037.65655.7021.575第六層112020▽-5.0036.78556.0301.523基坑開挖至▽-1.00m高程時，南側(cè)邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)，土釘墻發(fā)生局部崩塌。分析其原因，主要是南側(cè)基坑受到地面頻繁施工荷載的振動和場地土（主要是①-3層土）的土質(zhì)條件特別差所致。原支護設(shè)計按照地質(zhì)資料，①-3層土層為“淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土”，平均含水量47.5％?；娱_挖后才發(fā)現(xiàn)，該土層實際上是“淤泥”，呈流塑狀態(tài)，含水量高達60%以上，抗剪強度很低，土質(zhì)差異性很大，且該土層的分布極不均勻，主要集中在基坑?xùn)|南角，土層最厚處達4.5m以上。為了確?；拥陌踩?，特請有關(guān)部門進行地質(zhì)復(fù)勘，根據(jù)復(fù)勘結(jié)果，針對施工實際情況，調(diào)整支護方案。基坑?xùn)|側(cè)緊臨廠區(qū)道路，原土釘墻設(shè)計方案為，先將地基土開挖到▽+2.00m高程，作成大平臺后再進行基坑支護，施工過程中，由于受到場地的限制，大平臺未能實現(xiàn)，當南側(cè)邊坡失穩(wěn)后，基坑?xùn)|側(cè)廠區(qū)道路的混凝土路面出現(xiàn)了約3～5mm水平位移裂縫。該通道能否暢通直接影響到主廠房和#1冷卻塔的工程進度，為此，對東側(cè)邊坡進行了掄救性處理。在▽+1.50處擊入長9m，50mm的鋼管“注漿擊入釘”，（釘距1m，跳隔施打）通過管壁注漿孔將水泥漿液壓入到①-1層土體中去，道路水平位移狀況很快得到了控制。根據(jù)南側(cè)邊坡失穩(wěn)土釘墻破壞的特征，對基坑?xùn)|側(cè)和東南角①-3層淤泥集中部位采取“超前錨桿結(jié)合圍楞法”進行加固處理。加固設(shè)計方案見圖-1。具體方法是：在開挖到①-3層土層前設(shè)置超前錨桿，將錨桿錨入②-2層土層中，以錨桿的錨固力來滿足加固結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、強度和剛度。在①-3層土層中打入間距200mm的松木樁和鋼管樁，樁間空隙用鋼板或木板填實，以防止淤泥擠出。為了使松木（鋼管）樁與錨桿支護體系具有足夠的整體性，錨桿出露處設(shè)置圍檁，圍檁采用雙榀#12槽鋼加工而成，錨桿與圍檁之間焊接牢固。施工順序為：按照設(shè)計方案打入松木樁和鋼管樁于▽±0.00m處施打第一層錨桿，焊接圍檁，待錨固體具備一定強度后開挖。在▽-1.0m處設(shè)置第二層錨桿和圍檁，待錨固體具備一定強度后開挖。▽-2.0m處設(shè)置第三層錨桿和圍檁。支護方案調(diào)整后的基坑?xùn)|側(cè)和東南角土釘墻各土釘（錨桿）的垂直布置及其受力狀況見表-3。各土釘（錨桿）分布及受力情況`表-3土釘層次土釘直徑（mm）螺紋鋼筋直徑（mm）土釘所在墻面高程程(m)傾角（0）土釘長度(m)土釘受拉荷載(kkN)土釘極限抗拉力（kN）安全系數(shù)1>5050mm鋼管▽+1.5159.013.81523.1421.675215028▽+0.02025.045.452256.4615.642315028▽-1.02014.044.453158.4433.564415028▽-2.02025.0（14.0）52.524149.5332.841510020▽-3.01512.044.47355.8111.255610020▽-4.01512.035.20651.3561.459710020▽-5.01512.040.84352.7251.339為防止施工機械對基坑南側(cè)塌滑部分的二次擾動，以人工清除塌滑淤泥，采用松木樁和錨桿結(jié)合袋裝土共同構(gòu)成復(fù)合式支擋結(jié)構(gòu)，以支擋上部土體，具體加固結(jié)構(gòu)如圖1:1.5+4.0清淤并做袋裝土反壓體-4.01:0.365004300-2.0-3.0-4.0-5.0-5.50L=11000,D=100,DX==1000L=12000,D=100,DX==1000錨桿，L=14000,D=150,DX==1000L=12000,D=100,DX==1000松木樁（間距500mm)圖2南側(cè)塌滑基坑加固圖-2所示。1:1.5+4.0清淤并做袋裝土反壓體-4.01:0.365004300-2.0-3.0-4.0-5.0-5.50L=11000,D=100,DX==1000L=12000,D=100,DX==1000錨桿，L=14000,D=150,DX==1000L=12000,D=100,DX==1000松木樁（間距500mm)圖2南側(cè)塌滑基坑加固圖北側(cè)基坑地質(zhì)條件相對較好，仍按原設(shè)計方案施工。4．基坑圍護施工4．1．基坑開挖基坑開挖時嚴格照作業(yè)指導(dǎo)書要求和土釘布置的設(shè)計進行施工，開挖深度控制在下道土釘軸線以下0.3～0.5m為宜，嚴禁超深開挖。上一層作業(yè)面的土釘與噴射混凝土未完成之前，不得進行下一層開挖。①-3層土層中開挖時，一次性開挖面長不得大于5m，以跳挖為主且不能連續(xù)開挖。4．2．基坑降排水循泵房周圍地表水特別豐富，地下水位較高，①-1層素填土和②-2層粉質(zhì)粘土的透水性較強，為了提高土釘成孔質(zhì)量和避免基坑開挖而產(chǎn)生流土現(xiàn)象，必須做好基坑降、排水工作，以提高土釘墻的穩(wěn)定性。a)、坑外截水：基坑周圍設(shè)置兩道500mm×500mm的排水溝，截住地表水和由①-1層素填土中滲出的地下水，以防流入基坑。b)、坑底排水：基坑作業(yè)面的四角設(shè)置600mm×600mm×1000mm（深）集水坑，以不小于200mm的排水溝聯(lián)通。c)、地下降水：②-2層粉質(zhì)粘土屬透水性較強的土層，基坑相距老秤溝浜河僅2m，地下水位較高，為了提高土釘成孔質(zhì)量和避免基坑開挖而產(chǎn)生流土現(xiàn)象，必須降低基坑地下水位。降低地下水位一般使用“輕型井點降水法”較為理想，但因造價較高，為節(jié)約投資，本工程在排水溝的內(nèi)側(cè)設(shè)置“深管井”降低地下水位。井管由直徑300mm的鋼筋籠制作而成，用無紡?fù)凉げ甲骶芡鉃V料，井深10m，井底標高▽-7.5m，間距為15～20倍D（D為管井直徑），高揚程水泵自動排水。d)、坡面泄水：在支護面層背后插入長400～600mm、直徑50mm的水平塑料排水管，間距1.5～2m，外端伸出支護面，以便泄出噴射混凝土墻內(nèi)側(cè)積水。4．3．土釘成孔、鋼筋置設(shè)和注漿土釘成孔前，按設(shè)計要求定出孔位，并作出標記和編號?？孜坏钠顟?yīng)符合規(guī)范規(guī)定不得大于150mm。按設(shè)計深度選用機械或人工洛陽鏟造孔，孔徑偏差+20mm～-5mm，孔深偏差+200mm～-50mm，傾角的誤差＜3o。成孔過程中做好施工記錄，成孔后進行清孔檢查，如出現(xiàn)局部滲水塌孔或掉落松土應(yīng)立即處理。土釘鋼筋置入孔中前，應(yīng)先安裝對中定位支架，以保證鋼筋處于鉆孔的中心位置，支架沿釘長的間距約為2～3m左右，支架的構(gòu)造應(yīng)不妨礙漿液的自由流動。采用重力、低壓（0.4～0.6MPa）、低部注漿式注漿。注漿導(dǎo)管底端先插入孔底，在注漿同時將導(dǎo)管緩慢地以勻速撤出，導(dǎo)管的出漿口應(yīng)始終處在孔中漿體的表面以下，保證孔中氣體能全部逸出。注漿用水泥砂漿或水泥凈漿，其W/C不得超過0.45～0.5。為提高注漿的早期強度，在注漿液中摻入水泥重量的千分之0.25的三乙醇胺。注入漿體的充盈系數(shù)必須大于1。4．4．噴射混凝土面層施工鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，采用綁扎連接Φ8@200，搭接長度不小于200mm，網(wǎng)格偏差控制在±10mm之內(nèi)。網(wǎng)片與受噴面設(shè)置混凝土墊塊，確保鋼筋與坡面空隙不宜小于20mm。土釘與鋼筋網(wǎng)片之間通過Ф12～Ф18的井字加強筋連接。經(jīng)固定后的鋼筋網(wǎng)在混凝土噴射時不應(yīng)出現(xiàn)振動。噴射混凝土強度等級為C20，混凝土厚度100mm，選用42.5普硅水泥。粗骨料為人工碎石，骨料粒徑Dmax≤15mm，砂F.M=2.5～2.7，水泥與砂石重量比為1：4～1：4.5，砂率Sp=45～55%，W/C=0.40～0.45。噴射混凝土前對機械設(shè)備、風、水、管路和電路進行全面檢查及試運行。清理受噴面，用短鋼筋或其它辦法埋設(shè)好控制噴射混凝土厚度的標志。噴射混凝土的噴射順序為自下而上，噴頭與受噴面的距離保持在0.8～1.5m范圍內(nèi)，射流方向垂直指向受噴面，在有鋼筋的部位，先噴鋼筋的后方以防止鋼筋背面出現(xiàn)空隙。噴射混凝土的路線可從壁面開挖層底部逐步向上進行，但底部鋼筋網(wǎng)搭接長度范圍以內(nèi)先不噴混凝土，待與下層鋼筋網(wǎng)綁扎搭接之后，與下層壁面同時噴射混凝土，混凝土面層接縫部位做成45°的斜面搭接。噴射混凝土分兩次噴射，每次噴射50mm。第一次噴射完畢后，仔細清除遺留在施工縫接合面上的浮漿層和松散碎屑，并噴水使之潮濕。操作手要控制好水灰比，保持混凝土表面平整，呈濕潤狀，無干斑或流淌現(xiàn)象。噴射混凝土終凝2小時后方可進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間宜不少于5～7d。5．基坑監(jiān)測5．1．監(jiān)測點布置為確保土釘墻基坑圍護結(jié)構(gòu)的安全運行，同時指導(dǎo)土釘墻的動態(tài)設(shè)計，在土釘墻施工過程中，對土釘墻深層水平位移、地面沉降、土釘鋼筋應(yīng)力及地下水位進行了監(jiān)測。監(jiān)測布置點見圖-3。1:0.3~1:0.5地面沉降500025000-5.5+2.5500-17.5側(cè)斜管埋設(shè)圖圖3土體位移監(jiān)測平面布置圖側(cè)斜管水位管270001:0.3~1:0.5地面沉降500025000-5.5+2.5500-17.5側(cè)斜管埋設(shè)圖圖3土體位移監(jiān)測平面布置圖側(cè)斜管水位管270005．2．土釘受力狀態(tài)監(jiān)測土釘受力監(jiān)測采用沿土釘長度方向，距離土釘墻端面2m、5m和7m處設(shè)置鋼筋應(yīng)力計，從▽1.5m～▽-5.0m分六層設(shè)置測力土釘，這樣可從不同高程、不同深度測得鋼筋的受力大小，以估計土釘墻的穩(wěn)定性并指導(dǎo)施工。鋼筋應(yīng)力計的布置見圖-4。200020003000+2.5+4.01:0.3+1.5+0.5-0.5-2.0-3.5-5.0-5.5監(jiān)測斷面分別設(shè)在基坑南側(cè)、北側(cè)和東側(cè)邊坡的中部。南側(cè)邊坡滑塌后，該處的土釘應(yīng)力觀測工作被迫中斷。200020003000+2.5+4.01:0.3+1.5+0.5-0.5-2.0-3.5-5.0-5.5圖4土釘應(yīng)力監(jiān)測點布置圖監(jiān)測結(jié)果顯示：土釘沿長度方向受力是不均勻的，呈中間大兩頭小，且隨著基坑開挖深度的加深，受力峰值逐漸向遠離坡面深處轉(zhuǎn)移，靠近潛在滑裂面處土釘受力最大?；?xùn)|側(cè)最大受力點土釘?shù)睦瓚?yīng)力達33.12kN，北側(cè)地質(zhì)條件相對較好一些，最大受力點土釘?shù)睦瓚?yīng)力只有23.20kN。監(jiān)測結(jié)果同時還表明，較小的土釘拉力值與土釘鋼筋抗拉強度相比，具有較大的安全儲備。圖4土釘應(yīng)力監(jiān)測點布置圖5．3．土釘抗拔力原位試驗土釘抗拔力為土釘設(shè)計中的主要參數(shù)，也是衡量土釘施工質(zhì)量和土釘與土體相互作用的重要指標。土釘抗拔試驗在基坑?xùn)|側(cè)邊坡選擇了3根具有代表性的土釘（錨桿）進行試驗，土釘抗拔結(jié)果見表-4。土釘（錨桿）抗拔試驗結(jié)果表-4試驗編號螺紋鋼直徑（mm）土釘（錨桿）長