廣州金東區(qū)某大型商業(yè)廣場基坑支護方案研究

廣州金東區(qū)某大型商業(yè)廣場基坑支護方案研究

1項目總結(jié)1.1基坑建設(shè)概況該項目是一個大型商業(yè)廣場，地下兩層，地上一層7層，地上下層2層，地上下層2層，地上下層1.6層，綜合商店，下層7層，商店支持辦公空間。建筑面積74.34米，總建筑面積83733米?；娱_挖面積約21226m2,基坑周長約545m,大開挖深度為9.7m,局部為10.7m。主體結(jié)構(gòu)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁?；訓|面為園東南路,西面為工業(yè)大道,南面為規(guī)劃道路,北面為廣佛路,重載車輛不斷。西南面約15m為一排兩層工業(yè)廠房,南面約8～15m為9層居民樓,距基坑邊約2～6m的地下有電纜、供水、通信光纜等管線通過,周邊環(huán)境非常復(fù)雜。1.2土層物理力學參數(shù)該工程建筑場地處于珠三角河流沖積平原地帶,地勢平坦,地貌形態(tài)單一。在基坑開挖范圍內(nèi),鉆孔揭露的土層自上而下依次為雜填土、粉質(zhì)粘土、粉砂、含礫中粗砂、淤泥質(zhì)土,基坑底主要土層為②-2粉砂層和②-3含礫中粗砂層。場地內(nèi)土層分布不均勻,場地東面為雜填土、粉砂、淤泥質(zhì)土;西面為雜填土、粉砂、含礫中粗砂,砂質(zhì)干凈、透水性好;北面為雜填土、粉砂、含礫中粗砂、淤泥質(zhì)土;南面主要為雜填土、粉砂、含礫中粗砂、淤泥質(zhì)土,但土層分布比較復(fù)雜、不連續(xù)。場地土層及其的主要物理力學參數(shù)詳見表1。場地地下水為孔隙水,有微壓,主要賦存于粉質(zhì)粘土、粉砂、含礫中粗砂、淤泥質(zhì)土、粗礫砂層的孔隙水中。補給主要靠大氣降水滲透和地表水,并與地表水連通,水位變化幅度大,地下水埋深0.5～0.9m。2基礎(chǔ)支撐體系的選擇2.1土釘墻支護結(jié)構(gòu)根據(jù)工程的土層特性和基坑周邊環(huán)境狀況,可以采用內(nèi)支撐、復(fù)合土釘墻、排樁或地下連續(xù)墻這幾種支護方案。由于地下連續(xù)墻造價較高,對于這種不太深的基坑,一般不予考慮。采用內(nèi)支撐將會影響主體結(jié)構(gòu)的施工,在施工現(xiàn)場限制、主體結(jié)構(gòu)施工工期緊的情況下,不宜采用該方式。排樁支護有懸臂樁和樁錨支護兩種,若采用懸臂樁支護,該工程地質(zhì)情況顯然不能滿足設(shè)計要求,必須采用樁錨支護,樁錨支護的基坑水平位移比較小,但造價稍微偏高。如采用復(fù)合土釘墻支護,能合理利用土體的自承載能力,將土體作為支護結(jié)構(gòu)不可分割的部分,土釘墻施工具有設(shè)備簡單、對周圍環(huán)境干擾小的特點,而且有利于根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控的變形數(shù)據(jù)及時調(diào)整土釘?shù)拈L度和間距,一旦發(fā)現(xiàn)險情,能立即采取相應(yīng)措施,避免出現(xiàn)大的事故。經(jīng)比較,對該工程采用復(fù)合土釘墻支護比樁錨支護造價要低30%左右。但采用復(fù)合土釘墻支護,基坑的水平位移和地面沉降會比較大,對在軟弱復(fù)雜的土層中和基坑邊有重要建筑物的情況要慎重考慮。在經(jīng)過綜合分析比較和業(yè)主磋商后,本著安全、節(jié)省的原則,最后在東、西、北面選用了復(fù)合土釘墻支護方案,土方開挖時逐層進行土釘掛網(wǎng)噴錨施工。土釘間距1.2m×1.2m,注漿采用普硅32.5R水泥,水灰比0.45,土釘注漿體強度達到70%后方可進行下一層開挖。在適當位置設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿,增強支護結(jié)構(gòu)的剛度,以控制基坑的水平位移。錨桿間距2.4m,孔徑150mm,施加預(yù)應(yīng)力120kN,錨桿采用二次注漿工藝,注漿用普硅42.5R水泥,水灰比0.45。噴射混凝土面層強度C20,厚度100,面層網(wǎng)筋Φ6@200×200,上下層搭接300?？紤]南面距多層住宅樓較近,管線多,故在南面和西面局部出土口位置選用了水平位移較小的樁錨支護方案,采用Φ1000@1200的鉆孔灌注樁,樁長18m,樁間擋土和止水采用Φ600@1200的單管旋噴樁,樁頂設(shè)冠梁,另外樁中設(shè)置了兩道預(yù)應(yīng)力錨索,錨索采用5×7Φ5的鋼鉸線。支護平面見圖1。支護設(shè)計采用理正深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件F-SPW進行計算。2.2止水+鋼管樁超前支護施工方案基坑土層的含水量豐富,且局部透水性較強,故止水效果的好壞直接影響著基坑開挖的成敗。根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗,在東、西、北面,配合復(fù)合土釘墻支護方案,采用雙排攪拌樁和擺噴墻聯(lián)合止水+鋼管樁超前支護的止水方案。即先施工雙排Φ600@450的攪拌樁至12m,然后施工三管擺噴墻,擺噴墻底進入不透水層大于50cm,擺噴墻頂施工至地面下11m,即擺噴墻與攪拌樁搭接1m,隨后施工Φ114@1000的超前鋼管樁,鋼管樁長12m,見圖2。攪拌樁水泥采用普硅32.5R水泥,水泥摻入量55kg/m,擺噴墻孔間距1.6m,擺角20°,墻夾角160°,水泥摻入量320kg/m。在南面采用樁錨+樁間單管旋噴樁止水的方案。2.3開挖土方,設(shè)置降水井基坑已經(jīng)設(shè)置了封閉的止水帷幕,暫時考慮在基坑內(nèi)設(shè)置排水溝以及大井集水的方式降水后開挖土方,并在基坑內(nèi)約50m設(shè)置一個降水井,要求基坑開挖前10d水位要降到開挖面以下1m?；禹敳亢偷撞客ㄩL設(shè)300×300的磚砌排水溝截上部地表水,排入市政排水渠。基坑內(nèi)部根據(jù)開挖情況采用臨時排水溝,施工污水均經(jīng)兩重沉淀凈化后方可排放。3由于技術(shù)的不同，設(shè)計復(fù)雜化，基本建筑的困難和不同的施工條件3.1工程管理方面(1)該工程周邊長、支護面積大、土方量大、工期緊、周邊環(huán)境復(fù)雜,采用了多型式組合的復(fù)雜支護結(jié)構(gòu)方案,施工風險比較大,施工中如何控制地面沉降和基坑頂部的水平位移是工程的難點。(2)該工程土層含水量豐富,且局部透水性較強,止水帷幕施工和開挖時出現(xiàn)漏水現(xiàn)象的應(yīng)急處理是工程的關(guān)鍵。(3)場地內(nèi)層②-2粉砂和②-3含礫中粗砂隨著深度的加深,水壓不斷增大,流水、流砂現(xiàn)場嚴重,施工非常困難。(4)東、北面的②-4淤泥質(zhì)土層因土體難以泄水,作業(yè)面土層受擾后施工困難。3.2場地現(xiàn)狀及問題(1)在施工雙排攪拌樁和擺噴墻聯(lián)合止水帷幕時,接到基坑施工單位報告,攪拌樁施工至層②-3含礫中粗砂層時容易造成鉆桿傾斜從而造成斜樁現(xiàn)象,在開始施工至報告時止約施工了2600m攪拌樁,已先后出現(xiàn)6次鉆桿斷裂,1次轉(zhuǎn)盤損壞和1次傳動鏈條斷裂現(xiàn)象,而且接頭樁在相隔8～9h后施工出現(xiàn)樁機轉(zhuǎn)盤超負荷工作現(xiàn)象,并且在高壓擺噴引孔施工中抽取上的水泥土芯強度很高,用手無法折斷。經(jīng)分析,該場地中粗砂層厚度較大、粒徑較大、標貫擊數(shù)較高、含泥量很少,是造成鉆桿傾斜而斷桿的主要原因。該場地以砂性土為主,且砂層透水性較好,地下水非常豐富,使得水泥土強度增長較快,這些都會造成止水帷幕的滲漏隱患。為此變更了止水帷幕方案,將以前施工的攪拌樁全部作廢,重新采用高壓擺噴墻+鋼管樁超前支護做為止水帷幕,見圖3。由于擺噴墻與支護間夾有砂土,施工中易脫落,造成噴混凝土工作量既大又難,導致擺噴墻與噴混凝土面間局部出現(xiàn)漏空現(xiàn)象,這也是導致后來開挖時止水帷幕局部滲漏失效的重要原因。對此,可先預(yù)留注漿管或于噴錨面開孔預(yù)埋注漿管,向內(nèi)進行注漿填充封堵,以加強噴錨體的整體性和止水效果。(2)由于場地內(nèi)部分地區(qū)錨桿施工因流砂難以成孔,故改為鋼花管施工,鋼花管變更前,在現(xiàn)場不同部位做了抗拔和破壞性試驗,并首次采用了大直徑鋼花管(常用的鋼花管多為Φ48管,該項目根據(jù)受力情況采用了Φ60和Φ76的鋼花管)。在每節(jié)鋼花管尾部2m處纏綁土工布或棉紗,末節(jié)鋼花管尾部焊倒鉤,使棉紗和擺噴墻能緊密封堵,盡量避免出現(xiàn)滲水點,有效減少了施工中因砂土液化而產(chǎn)生的水土流失。4對底板變形的監(jiān)測和施工救援4.1基坑頂面水平位移監(jiān)測具體的監(jiān)測內(nèi)容有:1)擺噴墻樁身水平位移;2)地下水;3)支護樁內(nèi)力;4)錨桿拉力;5)周圍建筑物、地下管線變形;6)支護結(jié)構(gòu)頂面水平位移。其中前4項是監(jiān)測的難點和重點,由第三方監(jiān)測單位承擔,其他項由基坑施工單位自己完成。監(jiān)測結(jié)果見表2,3。監(jiān)測表明,對軟弱土層區(qū)段的基坑側(cè)壁補加預(yù)應(yīng)力錨桿能起到一定的加固作用,結(jié)合腰梁和鋼管樁的超前支護作用,對樁身的變形有很好的變形協(xié)調(diào)和約束能力,但也存在錨桿蠕變變形大、預(yù)應(yīng)力損失嚴重的問題。南面采取的樁錨支護能有效控制基坑的位移,使周邊道路、管線和建筑物得到有效的保護。4.2基坑測試分析(1)2007年3月21日,監(jiān)測信息顯示基坑東北角位移過大,現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)周邊地表出現(xiàn)裂縫,并有漏水、流砂的現(xiàn)象。經(jīng)過綜合分析后,對此進行了豎向管壓力注漿處理,使已出現(xiàn)的滲漏問題基本得到解決。但隨著開挖深度的增加,基坑東面變形又出現(xiàn)了超量增長,監(jiān)測方又發(fā)出了預(yù)警報告?？紤]基坑東面管線密集,一旦倒塌影響極大,對此,施工單位立即搭設(shè)作業(yè)平臺,在東面基坑頂部下面1.2m的位置加設(shè)了一排錨索和鋼腰梁,經(jīng)過加固后再繼續(xù)進行開挖。最終避免了基坑支護結(jié)構(gòu)破壞、倒塌等一系列的惡性事故的發(fā)生,為后續(xù)施工提供了安全保障。(2)2007年5月12日,現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)基坑的西北角和西南角出現(xiàn)大量漏水、漏砂,情況較嚴重。施工方立即進行了坑內(nèi)反壓填土、鋼管導流排水,沿坑壁打入木方或鋼管掛阻沙包,壓制噴涌洞口,平衡動水壓力。然后再對基坑周邊土壁進行了豎向壓力注漿與封堵裂縫和洞口處理。為達到止水目的,在滲漏嚴重的1號段位置還采取了單管旋噴再造止水墻的處理方案,對6號段采取外充堵,大量注水泥漿,內(nèi)部支護面鋼管棉紗封堵噴混凝土后,再反注雙漿液的處理方案。在隨后兩周加強了對基坑的監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果表明,該應(yīng)急處理加固措施得當,效果理想。5復(fù)合土釘墻設(shè)計方案采用“復(fù)合土釘墻+擺噴墻止水+鋼管樁超前支護”的支護結(jié)構(gòu),豐富和發(fā)展了狹窄場地條件下的深基坑支護技術(shù),方便了土方開挖和地下室施工,并且能夠根據(jù)施工過程中