引言:
新疆军区清泉小区集资建房人防地下车库工程,面积14520m2,单层。基坑深度6.7m,钢筋混凝土筏板基础,筏板厚度为1.8m。除险加固工程的基坑拟建场区地势比较平坦,由拟建场区周边揭示基岩的深层地质资料可知,本场区第四纪地层厚度比50m大,地面以下至基岩顶板之间的沉积土层主要是粉土、黏性土和砂土交互沉积层。由拟建场区附近资料可知,拟建场区历年最高水位标高非常接近自然地面,近3~5年最高水位为地面下2.00m。
1基坑支护特征
除险加固工程的基坑深度较大(6.50~9.50m),属于深基坑,而且受到当地规定限制,本工程不得使用井点降水抽排外围地下水。同时对于基坑西段槽深6.50m,但素填土厚度达8m多,边坡支护难度大。采用帷幕桩止水,施工完帷幕桩后土钉或锚杆的施工及孔口的止水有一定的难度。再加上工序众多,工艺复杂,各工序的有效交叉衔接将是确保工程质量和工程进度的重要环节。为有效地确保基坑边坡与周边建筑物的安全稳定与正常使用;同时考虑到基坑周边土层的松散,选择合理的支护形式对于确保基坑安全相当关键。基坑支护方案设计必须考虑到水利项目基坑施工可能需要较长的施工周期,基坑支护要经过雨季的考验,要求支护时需适当加大安全系数。
2基坑支护设计分析
目前比较成熟的支护形式主要有:护坡桩与锚杆支护、悬臂桩支护、上部土钉墙(挡土墙)下部桩锚支护、土钉墙支护、微型桩复合土钉墙支护和地下连续墙支护等。根据以上几种支护形式的适用范围、安全性及经济性特点,结合基坑各部位的开挖深度、周边工作面的影响、场区内地质条件及现场实际情况,本工程根据勘察报告及设计图纸,边坡处基坑深度按6.5m和8.5m考虑,地面附加载对于地面取15kPa(局部10kPa)。最终结合本项目的周边状况和基坑深度,采用基坑支护设计形式如下。
2.11-1剖面基坑支护技术分析
西侧素填土区域槽深6.5m处基坑(1-1剖面)支护:上部2.0m采用1:0.2普通土钉墙支护,2.0m处错台,施工护坡桩+锚杆的支护形式,如图1所示,并在护坡桩间施工咬合高压水泥浆旋喷桩帷幕止水。西侧素填土区域槽深6.5m处地面超载按10kPa设计,并考虑到临近部位已建厂房的附加荷载20kPa。基坑开挖深度为6.5m,此剖面上部2.0m采用土钉墙支护,2.0m以下采用桩锚支护。
1)土钉墙。土钉墙面倾角取78°按照1:0.2坡度考虑。在2.0m高度内设置1层土钉,土钉间距为1.5m×1.5m,呈梅花状布置。土钉倾角为100°,钻孔直径为Φ110mm。土钉为1Φ16,土钉墙面加强筋为Φ16钢筋。墙面挂Φ6.5@250×250的钢筋网片,并喷射80~100mm厚的混凝土面层,喷射混凝土的强度为C20。
2)护坡桩。护坡桩桩径采取Φ800mm,桩间距1.60m,桩顶标高-2.0m,桩长为12.0m(嵌固深度7.5m);根据计算结果,护坡桩内、外两侧弯矩相差不大,为方便施工,采用均匀配筋,配筋为14Φ20(Ⅱ级钢筋),加劲筋为Φ16@2000,箍筋为Φ6.5@200;钢筋保护层厚度50mm;混凝土强度标号为C25。护坡桩钢筋笼顶部主筋伸入连梁。
3)锚杆。该处基坑边坡设置1道锚杆。同时考虑到为了较均匀分配护坡桩上的弯矩,并综合考虑桩顶位移等因素,将第一排锚杆设置在标高-2.30m处(桩顶连梁中部),为第一层锚杆的最佳位置。长度为24.0m(其中非锚固段长度为6.00m),直径Φ150mm,采用1桩1锚(水平间距为1.60m),倾角为20°,孔内注水泥浆,为保证锚杆达到设计拉力,可采用二次压力注浆工艺提高锚杆抗拔力,设计拉力375kN,锚索选用3-7Φ5(1860级)预应力钢绞线。预加300kN拉力锁定在连梁上。
4)桩顶连梁。在护坡桩桩顶设置一道截面尺寸900mm×600mm的连梁,连梁配筋主筋为6Φ20+2Φ16,箍筋为Φ6.5@250,连梁混凝土标号为C25,主筋保护层厚度50mm。
5)桩间土护壁。对护坡桩桩间土护壁,采用修坡、挂Φ6.5钢筋网片或钢板网后在两侧护坡桩上打眼插入通长Φ16钢筋横向固定,喷射30~50mm厚的豆石混凝土。有地下水的部位,插入塑料管将地下水引入坑底集水沟排出槽外。
2.22-2剖面基坑支护设计分析
基坑该处地面超载按15kPa,基坑开挖深度为6.5m。经计算分析,最终该处基坑采用土钉墙支护。土钉墙面倾角取78°(1:0.2坡度),在-2.0m处设置一错台(施工帷幕桩),土钉间距为1.5m×1.5m,呈梅花状布置。土钉倾角为100°,钻孔直径为Φ110mm。土钉为1Φ16,土钉墙面加强筋为Φ16钢筋。墙面挂Φ6.5@250×250的钢筋网片,并喷射80~100mm厚的混凝土面层,喷射混凝土的强度为C20。
2.33-3剖面基坑支护设计分析
基坑该处地面超载按10kPa,周边厂房施加荷载按20kPa综合考虑设计,基坑开挖深度为8.5m。采用土钉墙支护。土钉墙面倾角取78°(1︰0.2坡度),在-2.0m处设置一错台(施工帷幕桩),土钉间距为1.5m×1.5m,呈梅花状布置。土钉倾角为100°,钻孔直径为Φ110mm。土钉为1Φ16,土钉墙面加强筋为Φ16钢筋。墙面挂Φ6.5@250×250的钢筋网片,并喷射80~100mm厚的混凝土面层,喷射混凝土的强度为C20。
2.4止水帷幕桩设计分析
根据岩土工程报告提供的资料,本工程地下水位在地面以下约2.0m,考虑到止水效果与尽可能降低工程造价,拟在地面以下2.0m设置止水帷幕。对桩锚支护体系,在护坡桩间设置高压水泥浆旋喷止水帷幕桩,对土钉墙支护体系,设置连续的水泥土搅拌帷幕桩。各部位帷幕桩设计参数如下:对于1-1剖面帷幕桩设计,在护坡桩间设置Φ1000@1600,桩长10.0m的高压水泥浆旋喷桩,桩顶标高-2m,桩底标高-12m,共布桩96根;对于2-2、3-3剖面帷幕桩设计,在土钉墙中部台阶部位(-2.0m)设置Φ500@350,桩长10.0m的水泥土搅拌桩,桩顶标高-2.0m,桩底标高-12.0m,共布桩622根。
3桩锚式支护施工技术分析
1)护坡桩施工技术措施。在定孔位时,根据设计提供的桩位平面图,每一个桩孔均要求设置可靠的桩位中心标志。钻机就位,首先钻头对准桩位,然后垫实钻机钻杆,同时用双垂球双向控制好钻杆垂直度;支稳钻机后再次检查孔位,如不合格重新调整,合格则平稳钻进。钻进中应观测钻杆上的深度。控制标尺或钻杆长度,钻至设计孔深,再次观测并做好记录。钻至孔底后,在原处空转5s后方可停转。钢筋笼制作应确保其几何尺寸符合要求,采用模具制作以保证主筋位置准确,成孔垂直度好,无扭曲现象。灌注采用60泵压灌成桩,应控制好提钻速度和泵速的关系,保证桩身质量,杜绝断桩事故。在灌注接近桩顶部位时,为确保桩顶部分混凝土的质量,实际灌注高度应比设计桩顶高0.5m。桩施工完毕后达到设计强度的70%后,凿除桩头顶部浮浆及多余混凝土。
2)预应力锚杆施工技术。预应力锚杆成孔采用锚杆钻机螺旋钻进成孔工艺,锚杆注浆采用微压注浆工艺,锚杆张拉用液压油泵和张拉千斤顶张拉至设计预应力后锁定。锚杆的钢绞线应除油污、除锈,沿杆体轴线方向每隔2.0~3.0m设置一个隔离架。杆体自由段应用塑料管包裹,管口应密封并有铅丝绑扎。
锚杆张拉前,应对张拉设备进行标定。锚固体与台座混凝土强度均大于15.0MPa时,方可进行张拉。锚杆张拉顺序,应考虑临近锚杆的相互影响。锚杆张拉荷载分级及观测时间、锚杆锁定应按规范进行。为了有效地确保其施工质量,按钻机机高及导轨和枕木高度平整场地,将导轨安装牢固。钻机就位时,用量角器测量立轴倾角,要求倾角15°。开钻时轻压、慢转,采用干钻或清水钻进。钢绞线、水泥质量符合设计要求,有出厂证明,复试报告。严格按设计水灰比配制水泥浆,按要求添加外加剂,充分搅拌。
4结语
对于基坑支护结构,关键之一是对基坑边坡进行监测,以确保支护结构设计的合理性与准确性。基坑边坡位移监测点的布设:对土钉墙+桩锚支护结构,在桩顶连梁上布置位移监测点;对土钉墙支护结构,在土钉墙平台部位设置位移监测点。布设间距约20~30m。监测点的布设数量与位置可根据现场实际情况适当调整,在施工过程中要加强对监测点的保护。对监测数据进行及时分析,指导下一基坑开挖,实行信息化施工。水平位移观测采用全站仪进行坡顶位移观测。基坑开挖前期在坡顶土钉墙翻边上布置位移观测点,并做好原始坐标记录。经过对本水利项目基坑边坡进行监测,本基坑所采用的桩锚支护结构技术可有效地确保基坑边坡的稳定性。
参考文献:
[1]川建.桩锚式支护桩内力和变形测试研究[J].地下空间与工程学报,2013(02).
[2]王伟娟.某深基坑桩锚支护结构的设计与监测分析[J].兰州理工大学,2012(12).
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