張淑莉

(中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司,北京 100131)

1 工程概況

中關(guān)村金融中心工程位于北京市海淀區(qū)中關(guān)村西區(qū)核心位置,由塔樓、配樓和連廊3部分組成,總建筑面積為111 818 m2,其中塔樓為150 m高的全鋼結(jié)構(gòu),地上35層,地下4層,基坑開挖深度為20.28 m。

本工程地下四周為中關(guān)村西區(qū)的地下綜合管廊,且均已建設(shè)完畢。地下管廊與本工程的距離最近為1.2 m(圖1)。因此給基坑的邊坡支護(hù)從方案設(shè)計(jì)到施工均帶來了一定的困難,并對(duì)邊坡變形控制提出了嚴(yán)格的要求。

2 水文、地質(zhì)情況

2.1 地質(zhì)條件

本工程場區(qū)位于永定河沖洪積扇中上部,玉泉山麓東側(cè),地形基本平坦,地面高程在50.42～52.32 m。地基土按其工程地質(zhì)性質(zhì)自上而下為：①素填土1.0～9.8 m；②黏質(zhì)粉土1.8～4.6 m；③粉質(zhì)黏土1.8～10.9 m；④黏質(zhì)粉土3.0～4.6 m：⑤粉質(zhì)黏土0.5～6.4 m。 本工程的持力層為第5層粉質(zhì)黏土。各土層的參數(shù)見表1。

圖1 基槽開挖及與周邊結(jié)構(gòu)關(guān)系 (單位：mm)

表1 土層參數(shù)

2.2 水文情況

靜止水位埋深介于18.7～22.4 m(高程32.53～28.63 m),地下水類型為潛水～微承壓水。根據(jù)勘察報(bào)告提供的資料,本場地內(nèi)還存在另兩層地下水,即于-4.0 m左右的第一層上層滯水和-12.0 m左右的第二層潛水。

3 邊坡支護(hù)方案

因周邊地下管廊結(jié)構(gòu)與本工程結(jié)構(gòu)距離較近、-11 m以上為周邊管廊結(jié)構(gòu)的回填土,且有原周邊地下管廊施工時(shí)遺留的土釘墻,地下管廊的基底埋深約-11.5 m。因此整體設(shè)計(jì)思路為：-11 m以上采取土釘墻或挖到原地下管廊結(jié)構(gòu)邊,-11 m以下采取樁錨支護(hù)。支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)周邊建筑物的不同情況和地層參數(shù),對(duì)各邊坡分別進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。

3.1 基坑北側(cè)

基坑北側(cè)已建地下管廊距本工程基礎(chǔ)底板外沿6.6～9 m,擬建建筑物基底埋深-20.28 m。先對(duì)上部土層進(jìn)行分步開挖并采用土釘墻支護(hù)處理,深度為-11 m。根據(jù)施工場地勘察情況,已建地下建筑原基坑采用土釘墻支護(hù)形式,對(duì)本工程土釘墻施工造成一定影響。因此,土釘?shù)拈L度施工至已建地下建筑原土釘墻鋼筋混凝土面,在地面設(shè)置拉錨筋,間距3 m,長度盡可能加長(8～10 m)。下部采用樁錨支護(hù),本部位邊坡預(yù)留肥槽0.8 m。

(1)-11 m以上土釘墻設(shè)計(jì)：采用瑞典條分法。設(shè)計(jì)取值為：坡頂條形荷載值=20.00 kPa,條形荷載左端點(diǎn)距坡面及坡頂交點(diǎn)的距離=5.00 m,條形荷載寬度=15.00 m,地下水埋深=30.400 m。土釘墻設(shè)計(jì)結(jié)果：土釘7層；直徑110 mm；筋體1φ22 mm；錨固體M20素漿；傾角15°；間距Sv=1.5 m、Sh=1.5 m；坡面角80°。

(2)-11 m以下樁錨設(shè)計(jì)：采用一樁一錨 。設(shè)計(jì)取值為：基坑深度=10 m,鄰?fù)撩嫠痪鄻俄斁嚯x=11 m,鄰坑面水位距樁頂距離=11 m,地面均布荷載=50 kPa,條形荷載=190 kPa,條形荷載距樁距離=1 m,條形荷載寬度=9 m,樁嵌固深度安全系數(shù)=1.1,樁背土的摩擦系數(shù)=0.60,錨桿鋼筋安全系數(shù)=1.4,錨固長度安全系數(shù)=1.4,錨桿抗拉強(qiáng)度=1 860 MPa,錨桿鉆孔直徑=0.15 m。樁錨設(shè)計(jì)結(jié)果為：梁頂高程為-11.0 m,護(hù)坡樁直徑1 000 mm、間距1.7 m,一樁一錨間距1.7 m,錨筋體4×7φ5 mm(圖2)。

圖2 北側(cè)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)(單位：mm)

3.2 基坑?xùn)|側(cè)

基坑?xùn)|側(cè)已建地下建筑基底埋深在-10.5～-11.6 m,本工程結(jié)構(gòu)外延部分距已建管廊最近處僅1.4 m。上部為回填土層,采用土釘墻支護(hù),土釘長度到原支護(hù)結(jié)構(gòu)表面為止,地面設(shè)拉筋,拉筋長度約10 m。下部采用樁錨(一樁一錨)支護(hù),預(yù)留肥槽0.8 m(結(jié)構(gòu)外擴(kuò)部分預(yù)留0.3 m肥槽)。土釘墻的參數(shù)與北側(cè)基本相同。-11 m以下樁錨設(shè)計(jì)荷載、設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)按-11.5 m計(jì)算。設(shè)計(jì)參數(shù)為：基坑深度=10.6 m,條形荷載寬度=5 m,其他設(shè)計(jì)參數(shù)同北側(cè)。樁錨設(shè)計(jì)結(jié)果見圖3。

圖3 東側(cè)結(jié)構(gòu)外擴(kuò)部分支護(hù)結(jié)構(gòu)(單位：mm)

3.3 基坑南側(cè)

基坑南側(cè)邊坡已建地下建筑基底埋深在-11.7 m,距擬建建筑物基礎(chǔ)底板外沿2.0 m,最近處僅1.2 m。因此上部土層全部挖除,挖土深度為11.0 m。下部采用樁錨支護(hù),本部位邊坡留50 cm肥槽,設(shè)計(jì)參數(shù)為：基坑深度=10 m,條形荷載寬度=9 m,其他設(shè)計(jì)參數(shù)同北側(cè)。樁錨設(shè)計(jì)結(jié)果見圖4。

3.4 基坑西側(cè)

基坑西側(cè)已建地下管廊基底埋深在-11.5 m,距本工程基礎(chǔ)底板外沿約在7.2～20 m,為基坑四周場地最大的一側(cè),因此將此部位作為基坑的土方和機(jī)械出入的外坡道,坡道底留高4～5 m、長度為10 m的出土平臺(tái)?；舆吰赂鶕?jù)不同位置分別進(jìn)行計(jì)算。各部位具體支護(hù)形式見圖5～圖8。

圖5 西側(cè)坡道支護(hù)剖面(單位：mm)

圖6 西側(cè)平臺(tái)護(hù)坡樁B區(qū)支護(hù)立面(單位：mm)

圖7 西側(cè)坡道內(nèi)側(cè)(Ⅳ區(qū))樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)(單位：mm)

圖8 西側(cè)平臺(tái)護(hù)坡樁(A區(qū))支護(hù)立面(單位：mm)

(1)坡道內(nèi)側(cè)基坑邊坡：上部采用土釘墻支護(hù)形式。下部采用樁錨支護(hù)形式。本計(jì)算按支護(hù)深度最大計(jì)算。土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí),考慮頂部2.0 m土層作為坡道挖除,行車在支護(hù)邊線1 m以外行駛,土釘墻最大支護(hù)高度5.0 m,土釘墻設(shè)計(jì)施工參數(shù)同坡道外側(cè)Ⅰ區(qū)土釘墻設(shè)計(jì),土釘長度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整,第1、2層土釘長度至已建地下建筑原土釘墻鋼筋混凝土面。護(hù)坡樁從-7.0 m處開始施工。邊坡預(yù)留肥槽0.8 m,結(jié)構(gòu)外延部分留肥槽0.3 m。

(2)坡道平臺(tái)支護(hù)：出土平臺(tái)高程為8.626 m,坡道外側(cè)土方全部進(jìn)行挖除。坡道處采用護(hù)坡樁支護(hù),護(hù)坡樁從-11.65 m處開始施工,少量坡道用土釘墻施工。

4 主要施工技術(shù)

4.1 土釘墻施工

(1)與挖土的配合：土方開挖采用“中心島”式開挖,先沿基坑邊線指定位置開挖,開挖寬度不小于10 m,坑中間的土便自然形成了“孤立島”,給土釘墻的施工創(chuàng)造出作業(yè)面,然后再配合土釘墻分步開挖。每次開挖深度及范圍以施工方便為原則。挖至土釘位置的0.5 m以下,嚴(yán)禁邊坡超挖。若發(fā)現(xiàn)開挖后,在未進(jìn)行支護(hù)前,有坑壁坍塌現(xiàn)象,即采取分段跳挖的形式來施工,以提高土體自穩(wěn)高度,保證土釘墻質(zhì)量。

(2)工藝流程見圖9。

圖9 土釘墻施工工藝流程

①修坡：對(duì)挖掘后的邊坡需用人工進(jìn)行修整,確保邊坡的立面角和壁面的平整度。當(dāng)遇有上層滯水影響時(shí)或土層分界處,要在坡面上每隔1 m插放一個(gè)瀉水孔,疏導(dǎo)滯水以免其影響坡面的穩(wěn)定。

②鉆孔：鉆孔前應(yīng)根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖確定孔位,誤差不大于100 mm。采用人工洛陽鏟成孔,成孔直徑110 mm。鉆孔允許偏差：成孔間距±100 mm；成孔深度+200 mm、-50 mm；成孔直徑+20 mm、-5 mm；鉆孔傾角誤差不大于3°。

③土釘制作與安放：每隔2～3 m焊接對(duì)中支架,保證鋼筋處于鉆孔中心部位。水泥砂漿強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為M20,水灰比≤0.5。采用兩次注漿工藝,分注漿和壓漿兩個(gè)階段。注漿壓力為0.4 MPa。

④土釘端部焊接：土釘端部加強(qiáng)筋、鋼筋網(wǎng)相互焊接。各鋼筋的位置由里向外是：鋼筋網(wǎng)、水平垂直加強(qiáng)筋、土釘端頭彎勾鎖定筋。

⑤噴混凝土：噴混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C20,對(duì)于易坍落土層,土釘安裝好后隨修坡隨噴。噴射混凝土完成后應(yīng)至少養(yǎng)護(hù)7 d。

4.2 護(hù)坡樁施工

(1)因周邊結(jié)構(gòu)與護(hù)坡樁距離近,且本工程基坑降水為管井降水,在南側(cè)和東側(cè)凸出部位與護(hù)坡樁交錯(cuò)布置,為保證護(hù)坡樁的成孔質(zhì)量,采用意大利R-518型旋挖鉆機(jī)成孔。

(2)護(hù)坡樁主要施工流程：定位放線→鉆機(jī)就位→干孔鉆進(jìn)→遇水?dāng)嚢枘酀{→繼續(xù)鉆進(jìn)→提斗至地面→卸土→成孔→測量孔深→提鉆、鉆機(jī)移位→吊放鋼筋籠→下放澆筑混凝土導(dǎo)管→邊澆筑混凝土邊泵吸泥漿→澆筑混凝土至設(shè)計(jì)高程→成樁養(yǎng)護(hù)。

①旋挖鉆機(jī)成孔：成孔設(shè)備就位時(shí)必須平正、穩(wěn)固,旋挖鉆機(jī)可通過自動(dòng)調(diào)控裝置來調(diào)節(jié)。下設(shè)護(hù)筒內(nèi)徑不小于110 cm；本工程護(hù)筒埋深3.0～4.0 m。護(hù)筒中心與樁的中心偏差不得大于5 cm,護(hù)筒傾斜度不大于1%。施工時(shí)及時(shí)檢查鉆頭磨損情況,補(bǔ)焊鉆頭,保證孔徑的要求；鉆機(jī)具有自動(dòng)檢測鉆孔深度的功能,但為了解沉渣厚度,再用測繩復(fù)測孔深；鉆進(jìn)過程中,鉆機(jī)手隨時(shí)注意垂直控制儀表,以控制鉆桿垂直度,保證孔垂直度1%的要求；終孔前應(yīng)控制取土器提升速度,防止塌孔。

②成孔、棄渣清除及外運(yùn)：采用旋挖鉆進(jìn)工藝,成孔棄渣隨鉆具提升集中在孔口,及時(shí)安排專人清理集中棄渣。

③鋼筋籠安放：起吊點(diǎn)位置設(shè)置在籠兩端的1/4處,以防鋼筋籠起吊變形過大。吊放鋼筋籠時(shí),注意主筋方向,鋼筋籠綁扎時(shí)要在籠子同一側(cè)涂有明顯標(biāo)志。鋼筋籠要求垂直入孔,不得碰孔壁。

④混凝土灌注：混凝土采用導(dǎo)管法連續(xù)灌注,避免灌注過程中對(duì)孔壁的沖刷,導(dǎo)管為法蘭盤連接。導(dǎo)管底口與孔底距離控制在0.5 m左右。為保證混凝土灌注質(zhì)量,可以將導(dǎo)管插入混凝土面1～2.0 m深度。隨混凝土灌注高度的上升,盡量連續(xù)不間斷,并保證單樁灌入量。

⑤樁間土護(hù)壁：為保證坡頂穩(wěn)定,防止樁間土自然坍落,進(jìn)行掛網(wǎng)抹漿處理,用4 cm×8 cm鋼絲網(wǎng),噴50 mm厚C20碎石混凝土。

(3)錨桿施工流程：鉆機(jī)就位→校正孔位調(diào)整角度→鉆孔至設(shè)計(jì)孔深→安放錨索→灌漿→二次注漿→養(yǎng)護(hù)→安裝腰梁、錨頭→張拉鎖定。

①按照設(shè)計(jì)要求制作錨桿體,保證桿體長度；注漿管與錨桿體綁扎牢固；錨索要順直,自由段要套聚乙烯防護(hù)套。錨索的表面應(yīng)設(shè)置定位器,定位器的間距,在錨固段為2.0 m,在自由段為4.0 m。

②灌漿：灌漿水泥宜用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水灰比0.4～0.5。采用二次灌漿法,注漿管端距孔底150 mm,灌注時(shí),管口要始終埋在砂漿中,待漿液灌滿后,封堵孔口,以0.4～0.6 MPa壓力補(bǔ)漿,穩(wěn)壓數(shù)分鐘。

③錨桿張拉： 加工異型支撐板,調(diào)整角度,使腰梁承壓面在同一平面上,保證與錨桿作用力方向垂直。承壓面應(yīng)平整并與錨桿軸線方向垂直。

④錨桿灌漿后,待錨固體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%,即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉,預(yù)應(yīng)力值一般為設(shè)計(jì)錨固力的75%～80%,分級(jí)加載,當(dāng)錨索預(yù)應(yīng)力沒有明顯衰減時(shí),可鎖定錨桿。鎖定后如有明顯應(yīng)力損失時(shí),應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。張拉加荷分級(jí)及加荷速率按規(guī)范進(jìn)行。

5 結(jié)語

本工程基槽深、作業(yè)面窄小、周邊環(huán)境復(fù)雜、邊坡土質(zhì)較差,通過采用土釘墻和大直徑護(hù)坡樁,并結(jié)合合理的降水和土方開挖方法,施工速度快,40 d完成了全部8萬m3土方的開挖、邊坡支護(hù)工作。在整個(gè)結(jié)構(gòu)施工期間,邊坡安全穩(wěn)定,邊坡頂部水平位移最大15 mm,周邊建筑物、管線的最大位移均在5 mm以內(nèi),基坑上地表面沒有可見裂縫出現(xiàn)，達(dá)到了一級(jí)基坑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

[1]GB50330—2002,建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB50021—2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3]JGJ120—99,建筑基坑工程檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JGJ50497—2009,建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[5]DB11/489—2007,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].