地下连续墙、内支撑和预应力锚杆组合深基坑支护技术在长丰苑工程

1、地下连续墙 、 内支撑和预应力锚杆组合深基坑支护 技术在长丰苑工程中的应用深圳市长城地产 (集团 股份有限公司孔小凯深 圳 市 工 程 质 量 监 督 检 验 总 站韩跃伟 摘要 根据 “长丰苑” 工程的特点 、 施工条件以及场地周边建筑和市政设施情况 , 考虑到工程开挖深度达 10多 m , 且基坑边坡土层复杂 , 物理力学性能差 , 经多方案比较 , 最后选择地下连续墙 、 内支撑和预应力锚杆组合支 护方案 。 通过施工过程中所进行的位移 、 沉降及水文观测结果表明 , 该方案是成功的 , 保证了基础施工和后续工序 的顺利进行 , 值得在同类工程中推广 。1工程概况深圳市长城地产股份有限公

2、司投资兴建的 “长 丰苑” , 位于罗湖区春风路与南极路交汇处的西南 侧 , 由 1幢 29层公寓楼及 2幢 30层的商住楼组成 , 设 3层地下室 , 平面呈不规则多边形布置 , 地下室周 边总长约 400m , 建筑面积约 121000m 2, 基坑开挖深 度自天然地面以下约 10m , 基础采用人工挖孔桩 , 自 然地面绝对标高约 6m 。2工程地质拟建工程场地自上而下地层组成如下 :人工填土层 ; 上部含大量建筑垃圾 , 层厚 0. 3 2. 7m ;埋藏植物层 :稍湿 、 可塑 , 呈透镜状分布 , 层厚 0. 32. 7m ;冲洪积粉质粘土 :局部含少量砂 , 可塑状 、 稍 湿

3、, 普遍分布场区 , 层厚 1157. 4m冲洪积粉土 :由粉细砂混粘性土组成 , 湿 、 可 塑 , 呈透镜体分布 , 层厚 0. 35. 4m ;冲积砾砂混卵石层 :砾砂的成分为石英 , 粒径 0. 52mm ; 混 卵 砾 石 20%40%, 粒 径 20 60mm , 最大 100mm , 普遍埋藏于场区 , 呈中密实状 态 , 层厚 1. 812. 1m ;残积层粉质粘土 :稍湿 湿 , 可塑 硬塑状 , 局部夹少量强风化块 , 普遍埋藏于场区 , 层厚 2. 7 10. 6m ;凝灰质砂岩全风化 强风化层 :岩石矿物全 风化成粘性土 , 局部夹强风化块 , 稍湿 、 硬塑 坚硬 状

4、 , 普遍存在于场区 , 全风化层厚 0. 57. 0m , 强风 化层厚 214. 5m 。据勘察报告 , 勘察期间所有钻孔均遇地下水 , 主 要贮于冲洪积层 、 砾砂混卵石层中 , 属孔隙潜水类 型 。 地下水主要靠大气降水渗入 , 稳定地下水位为 1. 635. 77m , 地下水对混凝土不具有腐蚀性 。 3支护方案分析及比选罗湖区是深圳市高层建筑密度较大的地区 , 新 开发项目地下室深基坑边坡支护问题日显重要 。 尤 其是在旧城区改造工程中 , 由于受邻近旧有建 、 构筑 物 、 交通道路 、 地下管网等环境的制约 , 地下室深基 坑开挖时 , 更须注意邻近建筑物和附近交通干道及 地下

5、管线的安全 。 本工程属旧城改造项目 , 东邻文星 花园及联城变电站 , 距基坑边缘最近仅 78m ; 基坑 西 、 北两侧为春风路干道 , 地下管网密布 , 距离基坑 边也仅 11m ; 南面约 20m 为 B 地块基坑 。 本工程基 坑开挖深度达 10m 多 , 属深基坑 , 且基坑边坡土层 复杂 , 物理力学性能差 。 在标高 +0. 42-5. 08m 以下埋藏有深厚的砾砂混卵石强透水层 (K 值达 35m d , 对深基坑开挖及边坡稳定是极大的隐患 。 根据工程特点 、 施工条件以及周边建筑 、 设施情 况 , 我们认为基坑支护应主要考虑以下几个方面的 问题 :(1 由于距离附近建筑

6、物太近 , 且为将来施工场 地考虑 , 不允许进行放坡处理 ;(2 护坡方案必须绝对安全可靠 , 尽量减小土体 侧移 , 防止周边土层开裂引起已建成建筑物倾斜或 路面开裂 ;(3 由于基坑地质层面上有砾砂混卵石强透水 层的存在 , 使得地下水降水成为一大问题 , 因此应考 虑截水 , 防止因地下水位过分降低造成周边沉降 ; (4 因本工程为旧城改造项目 , 工期要求紧 , 因 此 , 要求基坑支护不仅要速度快 , 而且要尽量为后续 工程如土方开挖 、 基础桩开挖 、 地下室施工创造良好 的施工条件 ;(5 必须考虑经济方面的投入 。通过上述分析 , 确定可选择的护坡方案主要有 52工程质量 2

7、001. N o . 7两种 。311人工挖孔桩截水帷幕方案人工挖孔桩支护在深圳地区是比较普遍的方法 , 这是因为它具有施工方便 , 技术要求低 , 机具简单 , 工 程质量可控性大 , 投资较经济等优点 , 但劳动强度大 , 施工安全性差 , 因此在弱透水性的粘性土层中 , 人工挖 孔桩应用比较适宜 。 根据本工程的地质特征 , 在基坑开 挖底标高 -510m 以上的土层为填土层 、 粉质粘土及砾 砂混卵石层 , 地下水丰沛 , 透水性强 , 因此人工挖孔桩 施工降排水困难 , 应首先在深基坑四周进行截水帐幕 施工 , 可供选择的有深层搅拌桩及高压旋喷桩 , 而后者 才能穿透砾砂层及残积层

8、, 截水效果好 , 可为以后工序 (如土方开挖基础桩施工等 创造条件 , 但成本也较高 ; 本工程基坑开挖深度达 10m , 为抑止支护桩的变形 , 根 据计算 , 应设置二层锚杆 。312地下连续墙支护方案地下连续墙的施工方法是 , 在地面上用一种特 殊的挖槽设备 , 沿着深开挖工程的周边 , 在泥浆护壁 的条件 (状态 下 , 开挖一条狭长的深槽 , 在槽内放入 钢筋笼并浇筑混凝土 , 筑成一条地下连续墙以供截 水防渗或挡土 、 承重之用 , 它适用于各种复杂的地质 条件 。 地下连续墙结构刚度大 , 整体性好 , 结构安全 及防渗性均较可靠 , 可以作为地下室侧墙的组成部 分 ; 同时还

9、具有施工进度快的特点 。 在深圳 , 地下连 续墙技术也已成功地应用于部分高层建筑的深基 坑 , 如阳光酒店二期 、 庐山花园 、 太阳岛大厦等 。 经过比较分析 , 最终选定地下连续墙作为长丰 苑深基坑护坡方案 , 并采用局部钢管内支撑结合预 应力锚杆组合的方式 , 基抗开挖时不留平衡土 。 4地下连续墙护坡方案的实施根据实际情况及计算结果 , 地下连续墙具体实 施方案简述如下 :(1 地下墙沿地下室外墙布置 , 地下室周边总长 为 398m 。(2 根据工程地质条件及基坑开挖深度 (开挖标 高为 -4. 30m 含底板及垫层厚度 , 为保证地下墙 有效的截水挡土作用 , 为基坑土方开挖及挖

10、孔桩施 工创造有利条件 , 地下墙顶冠梁标高 6. 05m , 墙底标 高 -13. 00-15. 50m , 完全穿透砂卵层 , 墙底置于 全风化 残积土层内 。 这样 , 场外地下水必须绕过地 墙底经低渗透系数土层才能渗入基坑及基础桩井 内 , 排水量将非常小 (见图 1 。(3 本工程开挖深度较大 。 土压力 、 地下水压力 大 , 为增加地下墙的稳定性 , 深基坑土方开挖时在 + 2. 55m 标高处局部设置一道临时水平支撑和锚杆 , 在标高 -0. 95m 设一道锚杆 (见图 2 。图 1首层支撑及锚杆布置图 (+2. 55m 图 2二层支撑及描杆布置图 (-0. 95m (4 地下

11、墙除转角处为 “ L ” 形外 , 其余均采用 “一” 字形槽段 , 槽段最长 6m , 总共 74个单元槽段 , 混 凝 土 量 为 5785m 3。 根 据 计 算 , 地 下 墙 厚 度 800mm , 在不同工况下墙顶的最大位移 38mm , 墙身 最大弯矩 583kN 2m , 墙侧最大土抗力 180kPa , 标高 +2. 40m 临时支撑轴向力 337kN m 。 标高 21. 10m 锚杆支点反力为 262kN m , 为加强地下连续墙的水 平向整体性 , 墙顶设有 1200mm ×1200mm 钢筋混 凝土冠梁 。(5 地下墙混凝土为 C 25、 抗渗 S 6, 采

12、用商品混 凝 土 , 施 工 时 强 度 等 级 应 比 设 计 要 求 提 高 5 10M Pa 。 为改善槽段接缝的抗渗性 , 在接缝处预埋压 力灌浆管将接缝充填密实 , 阻止渗漏水 。(6 地下墙作为侧墙使用 , 其与地下室底板 、 地 梁 、 楼板及纵横梁钢筋的连接采用预埋插筋 、 预埋钢 板或预埋连接套筒等措施 。(7 临时钢支撑采用 D 600、 D 800钢管制成 。(8 +2. 55m 标高处锚杆 117根 , -0. 95m 标 高处锚杆 205根 , 间距均为 115m 。上排锚杆倾角为 33°, 设计极限抗拔力为 800kN , 安全系数 K =1. 5, 锁定

13、拉力值为 400kN , 自由段长 6. 5m , 锚固段 18. 5 m , 总长 25m ; 下排锚杆倾角为 30°, 设计极限抗拔力 为 700kN , 安 全 系 数 K =1. 65, 锁 定 拉 力 值 为 320kN , 自由段长 5. 5m , 锚固段 17. 5m , 总长 23m 。 (9 锚筋采用 5根 1×72<15钢绞线 , 标准强度 为 1570M Pa , 钻孔孔径为 130150mm 。 在安排施工62工程质量 2001. N o . 7程序方面 , 首先是进行地下连续墙施工 , 其过程为 :测量放线导墙施工地下连续墙成槽吊放锁口 管入

14、槽槽底清基吊放钢筋笼入槽浇注水下槽 段混凝土 , 成槽作业采用两台进口成槽机同时施工 , 为防止成槽机械 (重达 4050吨 对未灌混凝土槽 的影响 , 行进时路面铺钢板 。 待所有槽段施工完后进 行冠梁施工 。 (见图 3、 图 4 图 3地下连续墙 、 钢支撑及锚杆组合示意图图 4基坑土方开挖分区示意图钢管内支撑及锚杆施工结合土方开挖穿插进 行 , 土方分三层开挖 (标高分别为 +2. 25m , -1. 25m 和 -410, 少量土留待基础桩施工完毕后再外 运 , 并划分区域 , 制定严密紧奏的开挖路线 , 优先提 供支撑和锚杆的工作面 (见图 3、 图 4 , 保证土方开 挖和支撑施

15、工互不影响 。 对于因钢支撑将场地分隔的问题 , 采用在支撑下挖机开通通道的方式 , 可顺利 实现开挖工作面的连通 。 由于设计合理 , 组织得当 , 土方开挖均是由挖机直接下到坑底进行施工 , 施工 相当方便 。为保证工程安全顺利 , 在连续墙上 、 周边建筑物 和地面上 , 分别设置了位移观测点 、 沉降观测点 、 倾 斜观测点及水文观测点 , 并进行了连续的观测 。 5工程总结分析整个施工过程比较顺利 , 除几场台风暴雨对土 方开挖造成一些影响外 , 工程没有受到诸如塌方 、 沉 降 、 位移过大等的影响 。 工程从 1997年 4月底开始 地墙施工 , 到同年 10月完成所有基坑支护及

16、土方开 挖工作 , 并开始基础桩的开挖 , 施工进度较快 。实践证明 , 本工程应用地下连续墙与内支撑组 合锚杆的护坡方案完全达到了方案选择时预定的目 标 。 根据观测 , 邻近文星楼最大沉降从地墙施工开始 (1997年 4月 到基础桩完成 (1998年 3月 最大沉 降仅 3. 93mm , 邻近建筑物未发现任何明显的沉降 、 位移 、 开裂等现象 ; 另外从水文观测数据也可以看 出 , 基坑周边的地下水位在整个基坑施工过程中未 有明显变化 ; 地墙还保证了后续工序的干施工条件 , 在基坑土方开挖 、 基础桩开挖和地下室结构施工中 , 排水量很小 , 施工难度大大降低 , 保证了工程质量和

17、工程进度 。 而由于正确选用了钢支撑组合预应力锚 杆的方案 , 不仅后续工程施工基本未受影响 , 且地墙 侧位移也得到了有效控制 。 据观测 , 在土方开挖及基 础桩开挖期间 , 地墙侧位移最大仅 2315mm , 小于地 墙设计要求 , 保证了基坑周边土体的稳定 。对照本工程南面的 B 地块项目 , 他们采用挖孔 检护坡 , 由于截水效果不佳 , 仅护坡桩的施工就拖延 很长时间 , 挖桩过程中出现了出水量大 , 塌方较多的 现象 。 B 地块护坡施工早于长丰苑 , 但在长丰苑完成 土方开挖时 , 其护坡桩都未全部完成 。尽管地下连续墙混凝土单方造价比较高 , 但结 合以上效果综合考虑 , 在

18、本工程中采用地下连续墙 与内支撑组合锚杆的护坡方案 , 还是非常合适而且 成功的 , 在今后类似工程中值得推广 。3协会工作 3优秀 Q C 小组活动成果交流会在重庆召开 2001年度全国工程建设优秀 Q C 小组活动成果交流会于 6月 28日 7月 1日在重庆市召开 。 全国 24个省市 、 8个行业部 门 (总公司 推荐 、 并经初审合格的 159个小组代表及有关协会代表约 320人出席 。 中国建筑业协会副秘书长吴之乃出席会议 , 并以 树企业形象 、 走创新之路 为题讲了话 ; 重庆市建筑业协会会长刘法淇同志出席会议并讲了话 ; 中国建筑业协会工程建 设质量管理分会常务副会长吴松勤出席会议 , 并做会议总结 , 靳玉英秘书长主持了本次交流会 。会议期间 , 召开了质量管理小 组工作座谈会 , 总结