青岛某大型深基坑支护工程方案研究

青岛某大型深基坑支护工程方案研究

1周边管线的处理地下管道的环境复杂，地下管道密度高，距离近。基工程维护的主要功能之一是保证周边管道的安全，尤其是在开挖和施工期间。由于管线类型、与基坑距离、管线埋深、地层条件、地下水条件等情况的不同,处理方法亦不尽相同。在该工程中采用了复合支护技术,该方法经济可靠,基坑安全及管线安全都得到了很好的保证。2基坑主、地下水质量及岩石地层该工程拟建场区位于青岛经济技术开发区,北侧临近长江路。基坑开挖深度15.2m,基坑顶边周长317m,其中北侧边长80m,基坑周边环境见图1。根据勘察资料,基坑北侧边坡岩土性质自上而下基本为填土层、强风化岩、中等风化岩,各层描述如下:第①层:素填土主要由风化砂、粉土等回填而成,层厚5.70m,松散;第②层:流纹斑岩强风化带,岩石坚硬程度等级为软岩,层厚5.30m,岩体质量等级V级;第③层:流纹斑岩中等风化带,岩石坚硬度为坚硬石,岩石基本质量等级Ⅳ级。地下水主要赋存于素填土中的潜水及下卧基岩中的风化裂隙水,埋深3.4m,水位变幅约0.5m。3新型桩锚支护结构经测量,距离地下室最近的自来水管直径250mm,管底埋深1.35m,其边缘与筏板基础水平距离780mm,因系开发区主管道,不能停水改道,只能考虑保护措施。再向外距离自来水管1.1m为一条⌀400mm预制水泥管污水管道,管底埋深2.55～2.8m,距离自来水管2.3m为一条⌀400mm预制水泥管雨水管道,管底埋深约1.9m。考虑到管道距离,常规的桩锚支护没有施做空间,为此考虑采用摆喷桩+双排微型桩作为支护连续墙,即采用高压喷射摆喷桩对管底回填土进行注浆加固,自来水管管壁内侧打孔,向外侧喷射,相互搭接形成连续水泥土墙,后在水管两侧施做微型桩,使支护结构的刚度和抗弯强度足够。之后在自来水管底桩顶浇注冠梁,冠梁分段施工并支撑自来水管。自来水管支撑铰支(见图2),可左右活动,不因基坑边坡大变形而产生大的位移。最后分层开挖,分层支护,支护方式采用复合土钉墙,土钉全部由预应力锚索替代。4计算的设计4.1计算方法高压摆喷桩与微型桩共同作用,形成一道连续支护墙体,可采用连续墙模式进行设计计算。4.2坑侧壁重要性验算①内力计算增量法;②计算依据:《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99;③基坑侧壁重要性系数0∶1.1;④嵌固深度:1.0m;⑤墙顶标高:-1.45m;⑥墙厚:700mm;⑦强度等级:C15;⑧冠梁截面:900mm×400mm;⑨坡顶放坡参数:台宽1.0m,坡高1.45m,坡度系数0.5;⑩坡顶使用荷载:15kPa。4.3岩土层的物理力学参数4.4土壤压力模型采用矩形分布的土压力模型(见图3),素填土水土分算,风化岩石水土合算。4.5计算4.5.1内部计算计算基坑内侧最大弯矩158.28kN.m,基坑外侧最大弯矩158.28kN.m,最大剪力169.32kN。计算结果见图4。4.5.2工字钢配筋设计依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002),按单位宽度矩形梁计算配筋为808.3mm2,最小配筋应为1400mm2,选用10#工字钢,配筋面积1434.5mm2。构件承受最大剪力379.98kN,抗剪强度符合要求,微型桩平面布置见图5。4.5.3锚杆计算结果锚杆杆体采用2支1860级高强度低松弛钢绞线,锚杆参数详见表2,剖面图见图6。4.6全球稳定评估整体稳定性采用瑞典条分法计算,整体稳定安全系数Ks=2.874.5施工技术和施工中的问题5.1施工工艺摆喷桩→微型桩→冠梁→第一层土方开挖→第一层锚杆支护→…→最后一层土石方开挖→最后一层锚杆支护→结束。5.2高压喷射注浆(1)保证桩的垂直度。摆喷桩、微型桩桩身垂直度误差通常应控制在1.0%以内,该工程由于与地下室距离太近,设计要求按0.5%以内控制,控制关键阶段在引孔钻机就位时及钻进1m深度内的调整。采用300型以上工程钻机,钻机就位应采用水平尺调整垂直度,在钻进过程中特别是开孔1m深度范围内应随时调整。(2)保证摆喷桩喷射参数,根据国内高压喷射设备技术能力,对回填土层宜采用两重管法,设计喷射半径不小于600mm,喷射成型为半圆形,喷射顶终止标高为4.4m,水泥用量不少于400kg/m。经试喷高压注浆压力应不小于36MPa,喷射管转速8～10r/min,提升速度8～10cm/min,进浆水灰比1.0(密度1.5g/cm3),水泥浆流量55L/min,空压机气压0.7MPa,流量1m3/min,摆喷双喷头偏角45°。(3)因回填土成分不均匀,各深度范围空隙率亦不相同,若遇空隙率大的地段会造成漏浆难以成桩,因此在摆喷桩喷射过程中应密切注意,孔口应连续正常冒浆,冒浆量40～70L/min,若出现不冒浆现象,则停止提升,待冒浆正常后再提升。(4)上部回填土中含大量块石、抛石,体积从数十厘米到数米均有,给摆喷桩、微型桩的引孔施工带来了极大困难,摆喷桩、微型桩成孔开始时采用合金钻具钻进,遇见抛石进尺改为金刚石钻钻进,虽然速度仍然较慢,但达到了设计要求。5.3自进式锚杆钻进由于回填土地层大量块石、抛石的存在,又含大量地下水,锚杆施工时成孔的困难很大,常规钻孔方法根本无法钻进,后改用自进式锚杆钻进,前端设合金钻头,虽遇块石时进尺很慢,大部分还是能够钻进到位。但自进式锚杆杆体遇块石后前端容易偏离既定路线,在施工第一层锚杆时出现了杆体上飘打断光缆的严重事故。为此,引进了国内先进的液动锤双套管钻机,高压水循环成孔,钻进到位后套管内安锚杆注浆,套管拔出后再压浆,确保了锚杆质量。6基站监控6.1监测点位设计根据规范要求,参考基坑支护工程设计的监测原则,结合现场情况和地区经验,拟监测以下项目:现场巡检、坡顶地表位移监测、周边管线变形、锚杆轴力监测等,基坑监测点的平面布置见图7。6.2基坑位移监测基坑坡顶水平位移最大的BP3点和自来水管水平位移最大的G3点监测成果见图8,锚杆预应力监测成果见图9。基坑监测表明,累计位移值在基坑变形允许范围内,2008年7月份施工完毕,位移趋于稳定。施工期间锚杆轴力监测CM1点应力增大后又有回落,分析系土压力对支护结构作用后,钢绞线受力加大,下部锚杆张拉及全断面补偿张拉后预应力回落,回落后锚杆应力表现平稳,说明基坑侧壁趋于稳定。7钉墙分层支护的注意事项(1)该基坑北侧受自来水管位置影响,灌注桩没有施工空间,而且对变形要求很高。在该基坑设计中创造性的采用了摆喷桩+双排微型桩超前支护、锚杆与土钉墙分层支护的方法,对处理该类情况的基坑积累了设计与施工经验。(2)在含有块石、抛石等障碍物的回填土地层情况下,且坡顶分布管线的基坑,