基坑围护结构失效后的二次加强处理

1、基坑围护结构失效后的二次加强处理王佳麒 陈锦荣中亿丰建设集团股份有限公司三分公司【摘 要】：原围护结构按建筑基坑支护技术规程JGJ120-99版设计，原围护结构施工完成后已停工两年时间，按基坑围护设计年限现已失效。本文分析了基坑围护结构失效后，通过检测手段和设计验算的方法来评定基坑的安全性，确定新的加固方案使原基坑能得到充分利用。【关键词】：基坑未开挖设计复核验算围护桩检测双排桩高压旋喷锚索高压旋喷桩1.前言苏州饭店改建项目为大型酒店项目，建筑面积为65984.42,高14.982米，地上3层,地下局部2层。本工程2012年底围护桩、工程桩，基坑四周圈梁及排水沟已施工完毕，后停建。2015年6

2、月由我公司承接该项目的施工总承包。由于停工时间较长，围护结构设计时间已失效，盲目开挖可能会造成围护桩开裂、管井水位降不了、桩间漏水等问题。根据砼特性，随着时间的推移砼的强度会趋于平稳，土面以下也是一个恒温恒湿的养护环境，围护桩的养护应能达到要求；围护结构施工完成后土方未开挖，悬臂结构未受力。停工期间由于技术规程的改版，重点考虑的就是新老规范的不同之处对于该基坑围护结构的影响。 通过对原支护结构的砼强度、桩长及桩身完整性进行检测，将检测数据评定并按新规程进行验算，对不满足新规程要求的部位采取加固措施。1.1基坑工程概况苏州饭店改建项目±0.0为黄海高程3.300m，现场地面标高为黄海2

3、.00m（即建筑标高-1.30m）。本工程分为三个区施工，区域一地下一层、区域二地下二层，区域三无地下室。图1.1分区图表1.1基坑开挖深度分 区底板面标高板厚板底挖深承台底挖深区域一-5.00m600mm4.40m5.30m区域一（局部挖深）-6.5、-7.5m600mm5.80m、6.80m6.70、7.70m区域二-10.00m700mm9.70m10.60m1.2周边环境概况项目位于苏州古城区内，十全街南、相王路西，原苏州饭店旧址，十全街为集娱乐、休闲、美食、购物为一体的繁华街市。工程周边均有建筑，建筑高度为14层，为古城保护重点工程，虽已改造，但年代已久，已建古墙以及古建筑多有破损。

4、2015年6月进入现场后调查基坑周边具体情况如下：1.2.1区域一东侧：基坑东侧北段开挖边线距离已建民房（3层无产权民房）最近为4.60米。基坑东侧中间位置开挖边线距离已建民房（3层）以及已建围墙（用地红线）最近为2.80米。基坑东侧南段基坑开挖边线距离姑苏饭店以及已建围墙（用地红线）最近约5.2米。项目东北角距离污水管约7.0m，东南角距离消防栓约9.0m。其余位置距离污水管最近约17.0m。目前3F（无产权）民房四周路面已硬化，基坑四周圈梁顶已施工砖砌挡墙，并设置了排水沟。图1.2.1.1东侧民国楼西侧：大部分与区域二相交，局部西北侧距离已建民房（1层）以及已建围墙（用地红线）最近约2.8

5、0m。基坑南侧距用地红线3.10m，距一栋已建2层民房5.0m。图1.2.1.2南侧姑苏饭店基坑北侧开挖边线距一栋已建4层民房约9m，距地红线4m。图1.2.1.3北侧临设、古树、民房1.2.2区域二东侧：大部分与区域一相交，区域一与区域二交界的东北角距离已建民房（1层）以及已建围墙（用地红线）最近约4.50m。距离古树最近约3.8m，距离污水管最近约18.0m，目前这两棵古树保留。 西侧：基坑开挖边线距离已建民房（3层）（苏州市旅游局）以及已建围墙（用地红线）最近约7.7米。下图为现存道路，据悉该道路将向西侧移动。图1.2.2.4西侧施工道路南侧：基坑开挖边线距离临时施工道路约14.86米，

6、该施工道路宽8.0米。由此可见，本基坑四周距离用地红线、已有建筑及道路均较近，需要采取有效措施确保既有建筑、道路的变形在允许范围内。根据现场调查及收集到的地下管线图，施工区域内部无市政管线。在我方施工进场前，业主已组织有关单位再次对现场管线进行踏勘，已确保基坑施工时的周边环境安全。1.3基坑支护实际施工情况1.3.1原围护设计方案 对原施工单位遗留的围护结构工程资料进行整理了解到原围护结构施工时间为2012年11月15日2013年7月5日，原围护设计方案如下：1.区域一（1）东侧北段：承台底挖深5.3m，开挖边线距民房较近，采用8001000悬臂灌注桩，并增加一排7001000双轴搅拌桩进行止

7、水。（2）东侧中段：承台底挖深7.7m，开挖边线距民房较近，采用9001100灌注桩+钢筋砼支撑的支护形式；场地较大处采用双排灌注桩，前排为8001000灌注桩，后排为8002000，并增加一排7001000双轴搅拌桩进行止水。2.区域二承台底挖深10.3m，采用双排灌注桩的支护形式，前排桩为10001200灌注桩，后排桩为10002400灌注桩；局部采用10001200灌注桩+钢筋砼角撑，并采用2排压密注浆进行止水。古树处采用10001200灌注桩和钢斜抛撑的支护形式（H700*300*13*24）；东侧为10001200灌注桩+2道钢筋砼支撑的支护形式。图1.3.1原基坑平面布置图1.3.

8、2原施工单位的遗留问题1.立柱桩存在13根试块检测时间超过规范28天，达到41-44天，不能代表立柱桩混凝土质量。2.圈梁单面焊接送检数量不足；3.二轴搅拌桩水泥原材送检不足；4.圈梁、围护桩试块数量送检不足；5.无二轴搅拌桩钻钻芯报告；6.无围护桩低应变报告；1.3.3施工前需要解决事项原支护结构是按建筑基坑支护技术规程JGJ120-99版设计，围护结构施工后已停工两年时间，按设计年限现已失效。现在已采用新版技术规程设计，新规程荷载综合分项系数取值加大、增加了双排桩设计，加大挡土构件嵌固段的土反力上限值和增加落底式截水帷幕等内容，现有围护结构安全性无人所知。支护工程属于隐蔽在地下的工程，土方

9、开挖前我们无法了解现状且不好检查，如果存在质量问题，对今后基坑开挖构成安全隐患而且无法补救。我方建议建设单位对双轴搅拌桩进行抽样钻芯取样检测；现场大部分的围护桩上面都已经做好了圈梁，只有一少部分未做圈梁，建议对圈梁进行钻芯取样检测；立柱桩有13根龄期为41-44天，但无法对立柱桩进行检测，建议对灌注桩进行钻芯取样。一些剖面围护桩是两排桩，一旦出现渗漏现场，将很难行采取补救措施。如果开挖时出现渗漏应及时采取补救措施，基坑内水压力增加，对降水增加阻力及土方的开挖受影响，坑外水位降低过快对周围民宅造成影响，建议在坑外进行回灌水措施。民国楼离基坑最近只有4.6米，基坑的水位监测要极其的小心，水位下降过

10、快会产生土层下沉，房屋会倾斜甚至倒塌，建议增加监测井的数量来更好的观察水位变化。结合现场周边环境和场地情况，我方认为重新进行围护设计、施工对业主而言不仅加大投资也使工程显得遥遥无期，全部废止原围护结构似乎不现实。根据混凝土的特性，随着时间的推移砼的强度会趋于平稳，土面以下是一个恒温恒湿的养护环境，围护桩混凝土的养护环境比较稳定；支护结构施工完成后土方并未开挖，悬臂结构也未开始受力。需要考虑的就是新老规程的不同之处对于该基坑围护结构的影响。如果通过实体检测测定出原围护结构的混凝土强度、桩长及桩身完整性，并将结果带入新规范中验算，根据验算结果进行加固设计、施工这样不仅能减少投资还能加快工程开展的脚

11、步。1.4基坑围护的安全评估针对上述问题，2015年10月22日业主组织专家进行了基坑安全评估。基坑围护结构休止二年的时间对基坑的围护设计按新规范评估，对已完成的基坑围护分项工程施工质量根据现有提供的施工资料进行评估。专家论证的意见：按规范要求进行原材料、砼试块等批次的复核；双轴搅拌桩做钻芯取样检测；钻孔桩做小应变检测；钻孔桩有不具备条件做小应变的改做钻芯取样检测，冠梁做钻芯取样检测，并及时将检测结果提供给设计，由设计根据新规范复核原围护结构是否满足“安全、适用”。随后又对我方提出的检测方案进行了专家评估，同意钻孔灌注桩、双轴搅拌桩、冠梁抽样取芯检测的方法、数量和检测内容，小应变的检测数量。1

12、.5检测1.5.1为了解原围护结构的实体强度，确定安全性，围护桩、圈梁的检测方法和数量如下：1.灌注桩取芯：桩身全长取芯,检测桩身的砼强度、桩长和桩身的完整性数量不少于总桩数的1%并且每种桩型至少抽取1根桩；2.双轴搅拌桩取芯：桩身全长取芯,检测桩长、桩身的实际强度和桩身完整性抽检数量不少于总桩数的1%并且每种桩型至少抽取1根桩；3.圈梁取芯检测：按检测批进行检测，标准芯样试件抽取15个；4.小应变检测：对桩身完整性进行检测抽检数量不少于总桩数的20%；图1.5.1围护桩钻芯检测1.5.2检测结论围护桩桩身完整，砼强度合格，冠梁砼强度合格，小应变合格。原围护结构的灌注桩、双轴搅拌桩、圈梁等施工

13、质量符合设计要求。图1.5.2.1灌注桩检测报告 图1.5.2.2搅拌桩检测报告 图1.5.2.3圈梁检测报告 图1.5.2.4小应变检测报告2.新增围护加固措施2.1设计复核验算经过对目前围护结构的实体检测结论进行基坑综合评判，并按新规程复核计算，根据评判及计算结果，显示原基坑围护结构存在两个薄弱项：1-1剖面双排灌注桩倾覆和1-1剖面基坑底突涌。2.1.1双排桩支护的抗倾覆稳定性系数双排桩支护结构是2012版规程新增加的内容，在新分析模型中作用在桩两侧的荷载与单排相同，不同的是夹在前后排桩之间土体的反力与变形关系。在新的模型中采用了土的侧限约束假定，假设双排桩之间的土对前后排桩的土反力与桩

14、间土的压缩变形有关，将桩与桩之间的土看作是水平向的单向压缩体，根据土的压缩模量来确定了水平刚度系数。在双排桩的抗倾覆稳定性验算中，将双排桩与桩间土整体作为力的平衡分析对象，考虑了土与桩自重的抗倾覆作用。图2.1.1 99版双排桩计算模型 图2.1.2 2012版双排桩计算模型 1.99版规程抗倾覆安全系数:Mp被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。MG双排桩自重对桩底的抗倾覆弯矩。Ma主动土压力对桩底的倾覆弯矩。1-1剖面工况原计算：Ks = 1.544 >= 1.200, 满足规范要求。2

15、.2012新版规程双排桩抗倾覆安全系数:KQ抗倾覆稳定性系数Kem嵌固稳定安全系数；安全等级为一级的支挡式结构，Kem分别不应小于1.25；Eak、Epk基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力的标准值(kN)；za、zp分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力的合力作用点至挡土构 件底端的距离(m)；G排桩、桩顶连梁和桩间土的自重之和(kN)；zG双排桩、桩顶连梁和桩间土的重心至前排桩边缘的水平距离(m)1-1剖面工况新验算：KQ = 1.041 < 1.25, 不满足规范要求。2.1.2基坑周边各剖面的坑底土抗承压水头不稳定。基坑面下含承压水时，由于开挖后坑内土自重减少，含水层在水

16、压力作用下会顶破上面的覆土层造成突涌。Pcz基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN/m2);Pwy承压水层的水头压力(kN/m2);Ky抗承压水头(突涌)稳定性安全系数，规范要求取大于1.100。基坑北侧双排灌注桩抗承压水头稳定性安全系数Ky=23.75/110.50 =0.21<1.10。基坑底部土抗承压水头不稳定!2.2设计加固方案设计单位按建筑基坑支护结构JGJ120-2012规程要求对各支护剖面进行了复核验算后，针对验算结果中的薄弱部位提出了新的加固设计方案。根据专家组对加固设计方案的评估最终确定了苏州饭店改建项目基坑围护加固措施：1. 区域二南北双排桩支护排桩支护

17、增加一道高压旋喷锚索；2. 区域二基坑底部四周增加高压旋喷桩止水；图2.2.1围护加固平面图2.2.1高压旋喷锚索的主要施工方法1.施工工序：钻孔、预应力锚索制作预应力锚索安装浆液制作、注浆施工锚墩达到养护时间，张拉锁定注意外部保护。2.主要步骤（1）、预应力锚索制作预应力锚索采用15.2钢绞线共3束，每隔1.5m设置钢绞线锚固段架线环与紧箍环，以保证钢绞线顺直。钢绞线由7根钢丝绞合而成预留700mm用于张拉。（2）、腰梁和预应力锚索的张拉A.旋喷搅拌桩必须养护15天，首先在钢绞线上施加预应力，使筋体、腰梁、锚具三者连接牢固。腰梁采用30a双拼，设置方式详见附图。锚具采用QVM系列，锚具、夹具

18、应符合规范的要求。锚头与锚盘固定的方式采用冷挤压法。图2.3.1.1加强桩与双拼槽钢的连接图图2.3.1.2展开图及断面大样图B.桩锚施工完毕养护15天且桩顶冠梁强度达到设计值的80%（24KP）后进行张拉。（3）、外锚头保护方式A.锚索张拉后，卸下工具锚和千斤顶，从工作锚具的外端量起留0.5m钢绞线，剩余部分用切除，锚头做好防锈措施。B.张拉段水泥浆进行全孔封闭灌浆，浆液强度和性能满足设计要求。（4）、试验检测：抗拔承载力的检测数量不少于总数的5%且不少于3根。强度达到15MPa或设计强度的75%后方可进行检测。图2.2.1高压旋喷锚索3.设计验算锚索材料抗力(kN/m)：325.500。锚

19、固力(kN/m)：335.693双排桩前趾抗倾覆安全系数一级结构不小于1.25。区域二基坑双排桩结构抗倾覆验算如下：抗倾覆稳定性系数KQ=1.346>=1.25, 满足新规程要求。表2.2.1加固前后稳定性对比99版12版12版加固后嵌固稳定安全系数Kem1.21.25抗倾覆稳定性系数KQ1.5441.0411.346安全性(KQ>Kem)满足不满足满足 经验算采用高压旋喷锚索加固后的围护结构满足新规程要求。2.2.2高压旋喷桩技术要求1.原设计方案中只采用了管井降水，在基坑加固设计方案中，考虑到区域二坑底原先施工的管井堵塞，以及地勘报告中基坑面以下有承压含水层的原因，所以建议重新打管井并在坑底周边增加两排高压旋喷桩以作止水之用。2.高压旋喷桩的施工质量控制（1）苏州饭店基坑加固中的高压旋喷桩采用PO42.5级普通硅酸盐水泥，桩径700mm，桩与桩之间搭接0.2m。高压旋喷桩的水泥掺量为30%，水灰比1.0。（2）压力控制：气压不小于12MPa，水泥浆液流压力2025Mpa。通过施工班组现场试验来确定参数，旋喷提升速度150250mm/min。水泥浆液流量大于30L/min。（3）喷嘴达