王井來
上海住陸建設(shè)集團(tuán)有限公司 上海 201204
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,各地摩天大樓突破天際的同時,也在不斷深挖地下空間。在建設(shè)地下空間時,不可避免會涉及到基坑支護(hù)的施工。基坑工程對建設(shè)項目的造價有直接經(jīng)濟(jì)影響,基坑工程的個體性決定基坑施工沒有統(tǒng)一的模板,施工中的不確定因素極易導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故的發(fā)生,造成不良社會影響。有針對性的做好基坑工程的施工管理和施工技術(shù)控制,可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙贏的局面?,F(xiàn)結(jié)合具體的工程項目,分析其基坑支護(hù)的方案及施工技術(shù)的應(yīng)用情況[1]。
該項目位于蘇州常熟市,項目由6幢住宅樓、一層地下室及附屬建筑組成,地下建筑面積20123.47m2,總建筑面積87368.25m2。該項目圍護(hù)面積約16759.4m2,圍護(hù)周長約704.4m,基坑典型開挖深度6.55m,局部坑中坑9.60m?;影踩燃壎墶?/p>
基坑外側(cè)距紅線較近,大開挖后無施工道路,項目東側(cè)為市政主干道,不能占用,南側(cè)為已建建筑,其余側(cè)為河道。
圖1 該項目基坑周邊現(xiàn)狀
根據(jù)本項目地質(zhì)勘察報告,場地內(nèi)的潛水主要賦存于淺部層根蟲孔隙中。承壓水賦存于粉砂層⑦-層⑩中,主要接受徑流及越流補給,對本工程施工影響不大。
根據(jù)本項目地質(zhì)勘察報告,除層①為新近堆積土外,其他各土層主要為Q4~Q3土層。
本項目±0以下施工時可利用場地很少,基坑周邊無環(huán)通施工道路。如何保證施工順暢且兼顧基坑支護(hù)造價經(jīng)濟(jì)和安全,對施工組織方面和技術(shù)方面提出了較高要求。
本項目初步圍護(hù)方案為采用鋼筋砼鉆孔灌注樁+拉森鋼板樁圍護(hù),無支撐,僅正對出入口處設(shè)置一道棧橋。根據(jù)項目周邊現(xiàn)狀及施工實際情況,該基坑方案并不理想。棧橋?qū)挾瓤梢詽M足砼施工要求,但并未有效解決施工中的鋼筋、木工制作場地、砼泵車架設(shè)場地缺乏問題。同時局部地區(qū)距離紅線外側(cè)河道距離超過17m,可以充分加以利用。結(jié)合相鄰項目的經(jīng)驗及建設(shè)單位預(yù)售節(jié)點時間,經(jīng)討論后提出幾條想法。
①將棧橋取消,棧橋位置土方暫不開挖,利用天然土體作為基坑長邊的中間支撐。該預(yù)留位置位于地下車庫處,不影響號樓的建設(shè),對建設(shè)單位的預(yù)售節(jié)點有保證。預(yù)留土體位置寬度較寬,可以利用西側(cè)作為鋼筋、木工堆場及加工場。調(diào)整土方開挖方案,從兩側(cè)向中間推進(jìn),利用預(yù)留土體的東側(cè)作為土方運輸?shù)缆芳绊疟密嚰茉O(shè)場地。既解決了施工場地問題,又增加施工面,使土方開挖進(jìn)度得以提前。
②根據(jù)重點部位重點支護(hù),一般部位一般支護(hù)的原則,根據(jù)土質(zhì)及周邊的環(huán)境采用不同的支護(hù)形式進(jìn)行優(yōu)化。
③根據(jù)地質(zhì)勘察報告及相鄰工地的經(jīng)驗,僅對于場地西南角存在的古河道處進(jìn)行局部降水,局部深坑位置根據(jù)開挖后情況決定是否需要降水。
④根據(jù)現(xiàn)場情況及支護(hù)類型確定塔吊基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁格構(gòu)式基礎(chǔ)形式,與基坑支護(hù)無沖突。
經(jīng)多次討論,最終審圖通過的支護(hù)設(shè)計定稿為:基坑?xùn)|、北側(cè)采用拉森鋼板樁+放坡錨噴、大放坡錨噴支護(hù);基坑西側(cè)采用拉森鋼板樁+放坡錨噴支護(hù),局部淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土較厚處采用鉆孔灌注樁+放坡錨噴、重力式擋墻+放坡錨噴支護(hù);已建開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、基坑南側(cè)采用鉆孔灌注樁進(jìn)行保護(hù),基坑南側(cè)局部淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土較厚處采用雙排鉆孔灌注樁,樁間采取掛網(wǎng)噴漿支護(hù)。
本項目的支護(hù)形式種類較多,根據(jù)不同種類支護(hù)形式的特性確定其施工順序為:鉆孔灌注樁→水泥土攪拌樁(重力壩)→冠梁及壓頂→拉森鋼板樁→土方開挖→護(hù)坡及樁間掛網(wǎng)噴漿。
4.1.1 鉆孔灌注樁施工
鉆孔灌注樁施工工藝成熟、側(cè)向剛度大,廣泛應(yīng)用在支護(hù)結(jié)構(gòu)中,是一種常見的支護(hù)方式,對控制基坑變形、避免坑壁坍塌有較好效果[2]。
1)測量定位。測量定位選用全站儀。在測定樁位前,先根據(jù)測量成果表復(fù)核基點,閉合測量。
2)埋設(shè)護(hù)筒。鉆孔灌注樁的護(hù)筒作用是保護(hù)孔口、隔離松散土體、防止孔口塌陷、控制定位、標(biāo)高。護(hù)筒采用壁厚3-5mm鋼制護(hù)筒,直徑應(yīng)大于樁徑10cm,護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)穩(wěn)定牢固。
3)泥漿制備。鉆孔形成時,泥漿使用得當(dāng)可以抑制變形的產(chǎn)生。本項目泥漿制備就地采用粘土造漿,泥漿的性能指標(biāo)見表1。
表1 泥漿性能指標(biāo)控制表
4)樁機(jī)就位。樁機(jī)就位的同時連接好泥漿循環(huán)系統(tǒng)。
5)成孔。本項目采用正循環(huán)鉆進(jìn)方法,開鉆宜輕壓慢轉(zhuǎn),臨近終孔前放慢鉆進(jìn)速度以便及時排出土屑,減少孔底沉渣。
6)清孔。清孔是鉆孔灌注樁施工非常重要的一道工序,清孔質(zhì)量的好壞直接影響水下砼灌注及樁身質(zhì)量。在鉆進(jìn)到設(shè)計深度時,應(yīng)減緩鉆進(jìn)速度,使土層顆粒充分水化分散。第一次清孔在成孔結(jié)束時不提鉆慢轉(zhuǎn)清孔,時間一般控制在30分鐘的左右,第二次清孔是在鋼筋籠和導(dǎo)管安放到位后進(jìn)行。
7)鋼筋制作及安放。①鋼筋的規(guī)格、型號應(yīng)復(fù)核圖紙要求,并選用質(zhì)保資料齊全的產(chǎn)品,鋼筋進(jìn)場后及時復(fù)檢。鋼筋籠安放前應(yīng)會同監(jiān)理驗收并辦理隱蔽工程驗收記錄。②按圖紙加工制作鋼筋籠,鋼筋籠分段施工時鋼筋接頭應(yīng)錯開連接。提前預(yù)制ф100的帶孔砼墊塊,在鋼筋籠制作時穿過主筋,沿鋼筋籠水平方向設(shè)置四塊,墊塊縱向間距3m。③采用汽車吊配合鋼筋籠緩慢入孔。鋼筋籠起吊安裝時,不得拖拽鋼筋籠,以免變形。鋼筋籠采用2根吊筋固定,吊筋長度根據(jù)機(jī)臺標(biāo)高及籠頂標(biāo)高計算確定,焊接在鋼筋籠上部,然后懸掛固定。
8)砼灌注施工。①放置導(dǎo)管,導(dǎo)管底端至孔底距離約0.3~0.5m。砼首次灌注作業(yè),宜采用灌斗,一般采用球膽作為隔水塞。灌斗容量應(yīng)確保砼灌入后導(dǎo)管埋入深度不小于1m。砼灌注應(yīng)連續(xù)性進(jìn)行,應(yīng)始終確保導(dǎo)管埋在砼中不小于2m,嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出砼面。②砼灌注至樁頂時應(yīng)確保超灌長度不小于設(shè)計要求方可完成灌注。若超灌高度不足導(dǎo)致樁頂標(biāo)高不到位,需進(jìn)行處理,超過量過多不經(jīng)濟(jì)、不環(huán)保,采用灌注樁超灌控制儀可避免上述問題。③及時做好砼試塊留置工作,每根樁一組。
4.1.2 拉森鋼板樁施工
本項目采用IV型拉森鋼板樁,長度12m,在支護(hù)冠梁、壓頂完成后土方開挖前施工。本項目地勘報告顯示層④粘土層強度高,較難穿透,故需引孔后施工。
1)定位。引孔前,采用全站儀進(jìn)行定位,計算出拉森樁分段施工的起終點坐標(biāo),帶通線。2)引孔。引孔深度不宜與樁同深,引孔深度過深導(dǎo)致鋼板樁嵌入部位土體缺失,密實度降低,會增大鋼板樁的位移。引孔采用直徑400的長螺旋鉆機(jī),引孔間距600,按鋼板樁施工順序依次引孔。3)沉樁。就位后先采用弱震方式使鋼板樁入土,再正常錘打。第一、二根鋼板樁的打設(shè)位置和方向要確保精度,使其起導(dǎo)向樣板的作用。先期沉入的樁相互間應(yīng)焊接固定,避免引起拖帶沉降。4)轉(zhuǎn)角和封閉。拉森樁的轉(zhuǎn)角采用特殊轉(zhuǎn)角鋼板樁進(jìn)行封閉。5)鋼板樁拔除。拔樁的振動影響,以及樁身帶土過多會造成地面沉降和位移,會影響鄰近原有建筑物、構(gòu)筑物或地下管線的安全。對拔樁后留下的樁孔,必須及時砂石回填處理。并注意周邊土體變形情況,必要時可向樁孔內(nèi)灌注水泥砂漿。
根據(jù)地勘報告及相鄰工程的情況,本項目僅針對性對基坑西南角的古河道進(jìn)行管井降水。實際開挖后,古河道處降水效果明顯,其他部位未見地下水。
基坑四周設(shè)置排水溝,疏排雨水及地表流水。排水溝采用ф300排水管沿縱向剖開使用,埋設(shè)與壓頂平。雨水收集至雨水池作為沖洗設(shè)備用水,沖洗后排放至沉淀池,重復(fù)利用,最后經(jīng)三級沉淀后排放至市政管網(wǎng)。
1)挖土思路。本項目取消棧橋后,利用基坑中部的天然土體作為施工操作面,土方開挖期間該土體作為出土的主要道路。
基坑土方開挖應(yīng)嚴(yán)格遵循“分層、分塊、對稱開挖”的原則,嚴(yán)禁一次開挖過深。預(yù)留B區(qū)塊作為土方開挖初始階段的出土道路,A、C區(qū)塊向B區(qū)塊方向同時開挖,最后從西向東開挖B區(qū)塊土方,所有土方全部外運。各區(qū)塊根據(jù)結(jié)構(gòu)后澆帶位置共劃分為13個施工段,如圖組織流水施工。
2)土方開挖原則。①土方開挖前鉆孔灌注樁、攪拌樁、冠梁、壓頂?shù)冗_(dá)到設(shè)計強度要求,古河道降水至開挖面以下0.5m。② 土方開挖高差不得大于2.0m,淤泥質(zhì)土層不得大于1.0m,以防土體的局部坍塌造成結(jié)構(gòu)樁位移破壞,嚴(yán)禁擾動基底原狀土。③土方開挖至基坑底面標(biāo)高以上20cm處,應(yīng)人工開挖至基底,不得超挖?;淄馊?yīng)設(shè)置排水溝,加強施工期間明水引排,避免土體被水浸泡。④土方開挖期間,禁止挖土機(jī)械在已開挖區(qū)域坡頂上行走,以免造成支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞;土方開挖及地下結(jié)構(gòu)施工期間,基坑四周嚴(yán)禁堆土且控制地面堆載<15Kpa.⑤委托專業(yè)單位實施基坑監(jiān)測,實施信息化施工,隨時預(yù)報,及時處理。并把獲得的信息 通過修改調(diào)整設(shè)計反饋到施工中去,以指導(dǎo)施工,確?;影踩玔2]。
圖2 土方開挖流程圖
3)土方開挖。土方開挖分2層進(jìn)行開挖。第1層開挖至冠梁底標(biāo)高,即開挖至-2.8m標(biāo)高。第2層土方至坑底,即-7.35m。
挖土?xí)r不得超挖,必須做到快挖快覆砼,無墊層暴露面積不宜大于200m2,以減少土體蠕變引起的圍護(hù)變形。
護(hù)坡施工跟隨土方開挖進(jìn)度隨挖隨護(hù),護(hù)坡應(yīng)分層,分段,自上而下逐層施工,上層噴射砼面層達(dá)到設(shè)計強度的80%后方可開挖下層土。
護(hù)坡同一分段內(nèi)噴射順序應(yīng)自下而上。其施工工序為:土方分層開挖→噴射砼面層→鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)→噴射砼面層。
1)坍孔處理。在砂土層鉆孔時應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)尺速度,并用調(diào)整泥漿的相對密度、粘度、膠體率等。
清孔過程中控制孔內(nèi)水頭高度,供漿或供水管不應(yīng)直接插入孔中,應(yīng)通過泥漿池減速并調(diào)成稀漿后流入孔中,避免直接沖刷孔壁。
吊放鋼筋骨架時應(yīng)沿孔中心垂直放入,防止鋼筋觸碰孔壁。
2)清孔。對不同的地質(zhì)條件應(yīng)取不同的清孔后的泥漿稠度。成孔后迅速清孔,不得停歇過久使泥漿、鉆渣沉渣增多造成清孔困難甚至坍孔,清孔后及時澆注水下砼。抽換泥漿速度不能太快,以防泥漿含砂率過大,沉淀層厚度大于設(shè)計要求。
3)水下砼灌注。灌注樁的灌注過程是在水下完成的,質(zhì)量控制難度較大,施工不當(dāng)極易產(chǎn)生斷樁等質(zhì)量缺陷,因此需要特別注意以下幾點:①導(dǎo)管底端至孔底距離約0.3-0.5m,澆注過程中應(yīng)避免導(dǎo)管口高于已灌砼。②首次灌注砼量應(yīng)經(jīng)過計算確定,確保首灌量能超過導(dǎo)管口,澆灌砼需連續(xù)作業(yè)。一般采用隔水栓或球膽封閉灌斗,球膽應(yīng)能及時上浮并取出。③灌注過程中導(dǎo)管應(yīng)始終埋入砼內(nèi)不小于2m,一次提管拆管不得超過6m。
攪拌樁施工時通過檢查水泥漿液的比重來控制水灰比,檢查數(shù)據(jù)要實施記錄并報監(jiān)理驗收。前臺通過控制攪拌桿的入土深度和鉆進(jìn)下沉、提升速度來控制漿液的注入量。
基坑開挖過程中,因支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移繼而造成土體沉降裂縫發(fā)生,若雨水進(jìn)入裂縫將降低土體抗剪強度,造成支護(hù)穩(wěn)定性變差,故需及時對基坑邊裂縫進(jìn)行處理。一般采用灌注水泥漿的方式進(jìn)行填縫,該方法適用于裂縫深度較淺的部位。對于較深的裂縫可采取壓力注漿的方式填縫,注漿壓力一般為0.3-0.5MPa,如有地面隆起或其它不利狀況出現(xiàn),應(yīng)及時減小注漿壓力,確?;又苓叚h(huán)境安全。
本項目經(jīng)圍護(hù)設(shè)計單位計算、優(yōu)化后,采用了多種組合形式的支護(hù)結(jié)構(gòu)。實際開挖后,基坑最大變形值均發(fā)生在鋼板樁處,水平位移最大值37mm,地表沉降最大值23mm,變形值符合設(shè)計要求,周邊道路、管線、建筑物未受影響。本基坑施工安全無事故、質(zhì)量優(yōu)良,達(dá)到了設(shè)計預(yù)期要求[3]。
取消棧橋采取以上措施后相對原方案節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本約400萬元,提前工期20天,項目按時預(yù)售、資金回籠及時,創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
綜合以上分析,本項目的基坑支護(hù)方案較為成功,技術(shù)上達(dá)到了設(shè)計目標(biāo),施工工期、經(jīng)濟(jì)效果顯著[3]。本基坑因地制宜選擇支護(hù)類型,合理優(yōu)化施工順序、施工方法,可以為類似工程起到參考和借鑒作用。