謝石連,丁其鋒,盧玉南

(1.上海城市管理學(xué)院,上海 200438;2.上海市人民防空工程公司,上海 200030;3.廣西華藍(lán)巖土工程有限公司,廣西南寧 530001）

鉆孔灌注樁在軟土地區(qū)深大基坑圍護工程中的應(yīng)用

謝石連1,丁其鋒2,盧玉南3

(1.上海城市管理學(xué)院,上海 200438;2.上海市人民防空工程公司,上海 200030;3.廣西華藍(lán)巖土工程有限公司,廣西南寧 530001）

上海市某基坑工程開挖深度與開挖面積均較大,周邊環(huán)境復(fù)雜,變形要求高?；訃o工程采用鉆孔灌注樁加雙頭水泥土攪拌樁隔水加二道支撐的方案,分層分區(qū)、限時開挖支撐,信息化施工,保證了基坑的順利開挖,取得了令人滿意的工程效果。

深大基坑;鉆孔灌注樁;水泥土攪拌樁隔水;支撐;圍護結(jié)構(gòu);軟土地區(qū)

基坑的設(shè)計施工成敗關(guān)系到周邊環(huán)境、經(jīng)濟安全,舉足輕重、事關(guān)重大?；訃o設(shè)計方案,根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、基坑深淺的不同而異。深基坑的圍護主要有:地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、S MW工法等[1～7]。

本文介紹了鉆孔灌注樁在某基坑圍護工程的設(shè)計、施工及實施效果。

1 工程概況

某工程位于上海閔行區(qū),地面建筑主要包括2幢38層的辦公樓和2～4層裙房;地面以下設(shè)有2層地下車庫;基坑周長約678 m,開挖面積為23156 m2,呈不規(guī)則多邊形;工程場地略有起伏,場地內(nèi)絕對標(biāo)高為+3199～+4193 m,本工程+01000= 51200 m。主樓區(qū)基坑挖深為-10175、-11145 m、裙樓基坑開挖深度為-9185 m。

擬建建筑物基坑?xùn)|側(cè)地下室邊線距離道路紅線約315～1016 m,紅線外約510 m為雨水、電力等管線。南側(cè)地下室距用地道路紅線約5～7 m,道路上有雨水、污水、電力等管線?；游鱾?cè)有一35 kV變電站,地下室邊線距離紅線3.2 m?；颖眰?cè)地下室邊線距道路離紅線遠(yuǎn)近不一,近處僅4 m。基坑周邊鄰近市政道路、地下管線眾多,基坑周邊環(huán)境復(fù)雜,保護要求較高。

本基坑具有以下特點:(1）周邊均為市政道路、地下管線眾多,周邊環(huán)境復(fù)雜;(2）開挖面積大,開挖深度較深。

2 工程地質(zhì)條件

場地在地貌上屬長江三角洲入?？跒I海平原,地基土按成因類型、形成時代、工程性質(zhì)等自上而下可分為7層。場地地層情況及物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

淺部土層分布有潛水,主要補給來源為大氣降水和地表徑流,地下水穩(wěn)定水位埋深0150 m。承壓水主要有中部第⑤2層中的微承壓含水層和深部第⑦、⑨層中的承壓水含水層。對本工程有直接影響的是第⑤2層中微承壓水,水頭埋深在313 m。經(jīng)驗算,承壓水與第⑤2層土壓力比值小于1105,應(yīng)考慮承壓含水層突涌問題。本場地第⑧層粘性土層缺失,第⑦層和第⑨層承壓水相互連通,局部與第⑤2層直接連通,水量補給豐富,應(yīng)采取減壓井進行降壓措施。

表1 土層及主要物理力學(xué)性質(zhì)表

場地第①層填土厚度在1.4 m,該層土工程性質(zhì)較差,成分復(fù)雜。場地第③層夾多量粉性土,滲透性強,在鉆孔灌注樁施工時易產(chǎn)生坍孔、孔斜等不良現(xiàn)象,并影響灌注樁及水泥土攪拌樁樁體成樁質(zhì)量;基坑開挖時,在水頭差的作用下極易產(chǎn)生管涌及流砂現(xiàn)象。場地內(nèi)有2條暗浜分布,一條位于場地中偏東側(cè)呈南北向橫亙場地,寬約19 m,另一條位于場地西南側(cè)寬約18 m,見圖1。

圖1 基坑圍護平面布置圖

3 基坑圍護設(shè)計方案

3.1 基坑安全等級及變形控制指標(biāo)

根據(jù)本基坑工程的挖深、規(guī)模和基坑周邊道路、地下管線和周圍建筑物等情況,本基坑按一級基坑進行設(shè)計,要求圍護結(jié)構(gòu)變形控制在40 mm以內(nèi)。

3.2 基坑圍護與支撐方案

基坑圍護的意義在于保障基坑工程的安全,確保地下結(jié)構(gòu)的順利施工;同時,也必須考慮對周邊環(huán)境的保護。在滿足安全和環(huán)境保護要求的前提下,基坑圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)造價經(jīng)濟合理、盡可能的節(jié)約工期。

經(jīng)設(shè)計方案的安全性、經(jīng)濟性、施工工期及其它等方面進行綜合比選,選定的基坑圍護方案為:整體開挖,鉆孔灌注樁+雙頭水泥土攪拌樁隔水+2道支撐(第二道支撐為對撐+角撐+斜拋撐）。

由于本基坑挖深較深,為防其管涌坑內(nèi)采用暗墩式進行加固土體,對于主樓電梯井落深區(qū)域采用高壓旋噴樁滿堂打并在落深區(qū)設(shè)一周“700 mm鉆孔灌注樁一道型鋼支撐以保護其坑底土體穩(wěn)定。

3.2.1 隔水體系

上海屬于高地下水位軟土地區(qū),深基坑降止水對工程安全至關(guān)重要。因此采用雙排“700 mm雙頭水泥土攪拌樁進行隔水。攪拌樁間距1000 mm,搭接200 mm,根據(jù)開挖深度的不同,攪拌樁樁端入土深度分別為16.0 m和18.0 m?！?00 mm雙頭水泥土攪拌樁水泥摻入量為13%,暗浜區(qū)域提高至16%。

3.2.2 擋土體系

在挖深9.0 m和10.4 m的區(qū)域,分別采用“800@1000和“900@1100鉆孔灌注樁進行擋土,灌注樁樁端入土深度為19.0 m和22.0 m;鉆孔灌注樁混凝土設(shè)計強度等級C30(水下混凝土提高一級）,具體見表2、圖1。

表2 鉆孔灌注樁擋土體系參數(shù)類型表

3.2.3 內(nèi)支撐系統(tǒng)

基坑內(nèi)共設(shè)置2道內(nèi)支撐。根據(jù)基坑實際形狀,第一道支撐采用對撐+角撐+邊桁架,第二道支撐采用對撐+角撐、局部加斜拋撐,斜拋撐位置對應(yīng)第一道支撐的對撐節(jié)點處。混凝土支撐及圍檁的設(shè)計強度等級為C35。

鋼立柱截面尺寸為460 mm×460 mm,采用4L140×14鋼格構(gòu)柱,立柱樁采用“700 mm灌注樁,頂部3.5 m擴徑至“800 mm,樁端入土深度為31.0 m,斜拋撐支點處加深至36.0 m(進入第⑦層）。

3.3 計算模型與計算結(jié)果

3.3.1 計算模式和假定

(1）圍護擋墻按豎向彈性地基梁的基床系數(shù)法(m法）計算,內(nèi)支撐作為彈性支撐;

(2）坑內(nèi)外土體土壓力按朗肯土壓力模式計算,水土分算,c、φ值取固結(jié)快剪指標(biāo);

(3）地面附加荷載取20 kPa。

3.3.2 主要計算結(jié)果

本工程采用同濟啟明星基坑分析軟件,計算工況模擬施工流程逐步進行,具體計算結(jié)果見表3。

表3 計算結(jié)果匯總表

4 基坑施工技術(shù)要點[8,9]

4.1 施工流程與支撐要求(1）施工攪拌樁、灌注樁,施工立柱樁、立柱; (2）設(shè)置井點降水,進行坑內(nèi)降水;

(3）開挖第一層土體,進行分區(qū)開挖,第一層開挖至相對標(biāo)高-3.800 m,施工第一道圈梁和支撐;

(4）第一道支撐養(yǎng)護到期后,繼續(xù)基坑開挖至第二道支撐底,施工第二道圈梁和支撐;

(5）第二道支撐養(yǎng)護到期后,繼續(xù)基坑進行分區(qū)開挖,開挖至基坑底,及時施工基礎(chǔ)墊層,墊層澆筑至圍護邊;

(6）澆筑地下室結(jié)構(gòu)底板,底板和圍護間空隙采用黃砂回填,設(shè)置底板傳力帶;

(7）待底板傳力帶達到設(shè)計強度的80%后,拆除第二道支撐;

(8）繼續(xù)施工地下二層結(jié)構(gòu),在地下二層頂板處設(shè)置樓板傳力帶,當(dāng)?shù)叵露訕前逄巶髁н_到養(yǎng)護期后,拆除第一道支撐;

(9）繼續(xù)施工地下一層結(jié)構(gòu),待地下室頂板施工完成、地下結(jié)構(gòu)達到養(yǎng)護期后,圍護墻體和地下結(jié)構(gòu)間空隙采用素土回填并壓實,繼續(xù)施工主體結(jié)構(gòu)。

4.2 灌注樁施工技術(shù)

(1）抓好樁孔定位、鉆進成孔、灌注成樁3個管理點。樁孔定位采用經(jīng)緯儀,用坐標(biāo)法測點,用極坐標(biāo)法復(fù)核,提高定位精度。認(rèn)真做好護筒標(biāo)高記錄,使其作為計算孔深和孔底沉淤依據(jù)準(zhǔn)確可靠,經(jīng)復(fù)核校正無誤后,方可進行下一道工序。其次把好成孔關(guān),在針對不同地層采取不同鉆進參數(shù)的基礎(chǔ)上,確保泥漿性能良好,并且對孔徑、孔斜和孔深進行認(rèn)真的質(zhì)量檢查。第三,嚴(yán)格控制沉淤厚度,鉆進成孔后,用大泵量進行清孔,使孔口返出泥漿密度≯1130 kg/L,用標(biāo)準(zhǔn)測繩錘測定其沉淤不大于30 cm可終止清孔。成孔質(zhì)量通過驗收合格后,才能進行下一道工序。

(2）灌注成樁。應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計圖紙進行鋼筋籠制作,采用單面搭接焊10d,為了起吊方便和防止彎曲變形,單節(jié)籠長按8～9 m考慮;灌注混凝土用導(dǎo)管選用250 mm內(nèi)插外套接并有橡膠密封圈,以確保其牢靠、密封、垂直、無缺陷;水下混凝土灌注是確保成樁質(zhì)量的關(guān)鍵,必須高度重視,認(rèn)真作業(yè);做坍落度測試和試塊制作,提高灌注質(zhì)量和速度,盡量縮短灌注時間,一般不宜超過3 h;充盈系數(shù)應(yīng)保持在1.05～1.15之間;澆注混凝土?xí)r導(dǎo)管應(yīng)提升平穩(wěn),避免撞擊或鉤掛鋼筋籠。為保證鋼筋保護層厚度,鋼筋籠上應(yīng)放保護層墊塊。墊塊每隔5 m設(shè)一組,每組3塊,勻稱地分布在同一截面主筋上,墊塊尺寸:外徑100 mm,內(nèi)徑20 mm。或按設(shè)計要求設(shè)置鋼性墊塊。

(3）質(zhì)量檢測。通過按設(shè)計要求進行質(zhì)量檢測,對工程進行合理和科學(xué)的評價?？箟簭姸扰c混凝土標(biāo)號:鉆孔灌注樁的荷載主要是以垂直方向的壓力作用于樁身,即將100 mm×100 mm×100 mm的立方體試塊在溫度20+3℃,相對濕度95%以上的條件下養(yǎng)護28天,而在材料試驗機上作抗壓強度試驗,至破壞為止。所得立方體的極限抗壓強度即為該配合比條件下的混凝土抗壓強度。

(4）泥漿護壁成孔時,發(fā)生斜孔、彎孔、縮孔和塌孔或沿套管周圍冒漿以及地面沉陷等情況,要停止鉆進。經(jīng)采取措施后,方可繼續(xù)施工。清孔過程中,必須及時補給足夠的泥漿,保持孔內(nèi)漿面穩(wěn)定。鉆進速度要根據(jù)土層情況、孔徑、孔深、供水或供漿量的大小、鉆機負(fù)荷以及成孔質(zhì)量等具體情況確定。水下混凝土面平均上升速度≮0.25 m3/h。澆筑前,導(dǎo)管中要設(shè)置球、塞等物隔水,澆筑時,導(dǎo)管插入混凝土的深度≮1 m。施工中要經(jīng)常測定泥漿密度,并定期測定粘度、含砂率和膠體率。泥漿粘度18～22 s,含砂率≯4%～8%,膠體率≮90%。

4.3 高壓旋噴樁施工工藝

(1）根據(jù)設(shè)計圖紙準(zhǔn)確定位。引孔鉆機就位應(yīng)準(zhǔn)確,鉆機架設(shè)應(yīng)平穩(wěn)堅實,就位偏差≤50 mm。引孔孔徑300 mm,成孔偏斜率應(yīng)控制在1.5%以內(nèi)。

(2）下放注漿管前應(yīng)先檢查水、氣、漿的噴射情況,各密封圈是否封閉,完好后將漿管置于引孔中心緩慢下放。如遇有阻力,以1MPa的壓力注入清水,邊旋轉(zhuǎn),邊下沉,緩慢下至設(shè)計孔深。注漿管下沉至設(shè)計孔深前,應(yīng)及時按設(shè)計配合比制備好水泥漿液,然后按設(shè)計要求輸入氣和水泥漿液,待泵壓、風(fēng)壓升至設(shè)計值后,按規(guī)定的提升速度提升注漿管,進行由下而上的噴射注漿。旋噴開始后應(yīng)連續(xù)作業(yè)。

(3）水泥漿液應(yīng)隨配隨用,并應(yīng)在噴射注漿過程中連續(xù)不停地攪拌。制備好的水泥漿液應(yīng)嚴(yán)格過濾。高壓旋噴注漿作業(yè)時,供氣、送風(fēng)應(yīng)連續(xù),一旦中斷,應(yīng)將注漿管下沉至停供點0.30 m以下,待恢復(fù)供應(yīng)后再旋轉(zhuǎn)提升。注漿管拆卸后重新噴射作業(yè)的搭接長度≮0.30 m。

(4）高壓噴射注漿過程中,當(dāng)冒漿量小于注漿量的20%時為正?，F(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)超過20%或完全不冒漿時,應(yīng)采取措施。地層中空隙大而引起不冒漿時,應(yīng)加大注漿量,并增加水玻璃摻入量,待填滿空隙后繼續(xù)噴漿。冒漿量過大時,可提高注漿壓力或加快轉(zhuǎn)速,以減少冒漿量。在施工過程中如發(fā)現(xiàn)縮徑現(xiàn)象,在該部位應(yīng)復(fù)噴。

噴射注漿接近樁頂時,應(yīng)從樁頂以下1 m開始慢速提升旋噴至樁頂,旋噴數(shù)秒,再向上慢速提升旋噴0.8～1.0 m的樁身。

4.4 土方開挖技術(shù)

本基坑選擇分區(qū)開挖。分區(qū)開挖即為先施工對整個工程施工工期影響較大的主樓地下室以及對應(yīng)部分的地下車庫,這樣對整個工程的施工總工期更有利于控制,同時可更加有效地布置施工場地。

(1）本基坑單邊長度達200 m以上,應(yīng)分區(qū)分塊分段開挖。不得超挖,開挖面的高差應(yīng)控制在2 m以內(nèi),并宜按1∶2放坡。

(2）基坑邊嚴(yán)禁大量堆載,地面超載應(yīng)控制在20 kPa以內(nèi)。機械進出口通道應(yīng)鋪設(shè)路基擴散壓力,或局部加固地基。

(3）開挖最下一層土方時,混凝土墊層應(yīng)隨挖隨澆,無墊層坑底最大暴露面積不得大于200 m2,暴露時間不得超過12 h,混凝土墊層需直接澆搗至圍護樁內(nèi)側(cè)面。

(4）電梯井、集水井等局部落深區(qū)必須先挖至淺坑標(biāo)高,待大面積墊層形成后才能向下開挖。4.5 坑內(nèi)降水技術(shù)

(1）土方開挖前要進行基坑降水,本工程采用輕型井點結(jié)合深井降水,降水深度控制在坑底或局部落深區(qū)以下1.0 m。降水井點相對均勻布置于基坑內(nèi)。

(2）除坑內(nèi)降水措施外,地面及坑內(nèi)應(yīng)設(shè)排水措施,及時排除雨水及地面流水。

(3）降水期間應(yīng)及時測報抽水量及坑內(nèi)外水位。

4.6 監(jiān)測技術(shù)要求

基坑監(jiān)測包括對周邊環(huán)境的保護監(jiān)測和對本圍護體系的安全監(jiān)測,及時預(yù)報施工過程中可能出現(xiàn)的問題,通過信息反饋法指導(dǎo)施工,根據(jù)監(jiān)測資料及時控制和調(diào)整施工進度和施工方法。

4.6.1 監(jiān)測內(nèi)容

(1）圍護墻體頂端水平位移及沉降;

(2）鄰近地下管線、構(gòu)筑物的水平位移及沉降;

(3）圍護墻體測斜;

(4）支撐軸力;

(5）坑內(nèi)外地下水位,每日抽水量;

(6）立柱水平位移、沉降監(jiān)測。

4.6.2 監(jiān)測要求

(1）圍護結(jié)構(gòu)施工前,須測得初讀數(shù)。

(2）在基坑降水開挖期間,須做到一日一測。在基坑施工期間,可視測得的位移及內(nèi)力變化情況加密或減少。測得的數(shù)據(jù)應(yīng)及時上報業(yè)主及圍護設(shè)計單位。

(3）報警值:一般情況下,水平、垂直位移>5 mm/d或累計大于35 mm;管線大于2 mm/d或累計大于10 mm;坑外地下水位降達500 mm。

若測試值達到上述界限須及時報警,以引起各有關(guān)方面重視,施工單位應(yīng)會同設(shè)計單位一起進行分析,并考慮采取相應(yīng)的控制位移及沉降的措施。

5 實施效果

經(jīng)幾月的開挖施工、基礎(chǔ)底板澆注,從本工程監(jiān)測數(shù)據(jù)可知:基坑周邊最大累積沉降33 mm,沉降速率ν5 mm/d,沉降、位移均在規(guī)定范圍內(nèi),控制效果良好,滿足要求。

監(jiān)測結(jié)果說明本工程在計算理論和設(shè)計參數(shù)的選取以及施工工藝上是合理的。同時表明嚴(yán)格按照設(shè)計意圖要求施工,并做好施工質(zhì)量管理,實時監(jiān)測,完全可以將施工期間基坑的變形和對周圍環(huán)境的影響控制在允許范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

本深基坑工程采用鉆孔灌注樁+雙頭水泥土攪拌樁隔水+2道支撐進行圍護,設(shè)計施工方案合理,施工控制到位,取得了令人滿意的效果。

由于地下工程的復(fù)雜性與不可預(yù)見性,應(yīng)做到信息化施工,在施工過程中,根據(jù)實測數(shù)據(jù)綜合分析,及時調(diào)整與優(yōu)化施工。

[1] 胡建華,謝石連,付奕.復(fù)雜環(huán)境下的某深大基坑工程設(shè)計施工[J].建筑施工,2009,31(5）:336-337.

[2] 陽吉寶,謝石連,崔永高.軟土地區(qū)采用復(fù)合土釘墻進行淺基坑圍護的工程實例分析[J].地下空間與工程學(xué)報,2005,1 (6）:1132-1134.

[3] 楊永寧.上海九百城市廣場深大基坑圍護成套施工技術(shù)研究[J].建筑施工,2004,26(3）:185-187.

[4] 楊林德,仇圣華,楊志錫.基坑圍護位移量及其穩(wěn)定性預(yù)測[J].巖土力學(xué),2001,22(3）:266-270.

[5] 陳朝輝,高偉.舊城區(qū)改造中深大基坑圍護的設(shè)計與施工優(yōu)化[J].建筑施工,2004,26(5）:376-377.

[6] 梁志榮.“深坑化淺坑”應(yīng)用于深大基坑圍護結(jié)構(gòu)的實踐[J].地下空間,2004,24(5）:708-712.

[7] 史世雍,李烈剛,劉濤.深基坑圍護墻與支撐體系相互作用有限元分析[J].地下空間與工程學(xué)報,2007,3(2）:294-301.

[8] 謝石連,劉潁.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程[M].海口:海南出版社, 2007.

[9] 編寫組.基礎(chǔ)工程施工手冊[M].北京:中國計劃出版社, 2002.

致謝:本文還參考了上海市閔行區(qū)、徐匯區(qū)有關(guān)場地的資料,沒能注明出處,謹(jǐn)此致謝。

Application of Cast-in-place Bored Pile for in Soft SoilArea

XIE Shi-lian1,D ING Q i-feng2,LU Yu-nan3(1.Shanghai UrbanManagement College,Shanghai 200438,China;2.Shanghai People’sAirDefense Engineering Companies,Shang-hai 200030,China;3.Guangxi Hualan Geotechnical Engineering Co.,Ltd.,Nanning Guangxi 530001,China）

In Shanghai,a great depth and large scale excavation engineering of complex environment and high deformation requirementwas constructed with water insulation by cement-soil mixing pile+two-floor support,hierarchical partition, excavating in limited interval and information construction,the engineeringwas carrieds moothlywith satisfactory project re-sults.

deep and large foundation pit;cast-in-place bored pile;water insulation by cement-soilmixing pile;support; enclosure structure;soft soil area

TU473.1+4

:A

:1672-7428(2010）05-0059-05

2010-01-09;

2010-02-09

謝石連(1956-）,男(漢族）,江西于都人,上海城市管理學(xué)院市政工程研究中心主任、高級工程師、注冊土木工程師(巖土）、一級建造師,巖土工程專業(yè),從事巖土、市政工程等領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作,上海市軍工路2360號,ydxsl@yahoo.com.cn;丁其鋒(1977-）,男(漢族）,河南人,上海市人民防空工程公司工程師,巖土工程專業(yè),從事建設(shè)工程生產(chǎn)與科研工作,上海市番禺路1000號,dingqf@hotmail.com。