某抢险基坑补强方案

某出险基坑支护工程补强方案现状表现和采取的应急措施8月6月基坑北侧和西侧西逐步见底后，位移观测结果说明：基坑西、北侧上部土钉墙坡口和其下的护坡桩冠梁处位移均迅速开展。至9日，西、北侧最大累计位移值分别为60、79mm，而且没有明显的收敛趋势。基坑北侧距开挖边线14～15m处，地面出现一宽度约15mm的主裂缝，长度约20～30m，裂缝距基坑北侧的“永5”楼约6m8日下午现场有关各方共同研究后，采取了以下应急措施：去除北侧地面的材料堆载，载重车辆禁止通行，对已有裂缝灌注水泥浆并用混凝土抹平封口，加密位移观测，提出进行西侧和北侧相应区段回填宽5米、高4米的土台。回填处理在区劳动平安局和区建委领导到现场后才统一意见，于9日晚开始北侧回填，11日已经根本到位；西侧回填从10日晚开始但在次日就被业主制止而停止。目前北侧位移已经暂时稳定三天，西侧由于未完成回填工作，位移到13日仍在开展。同时我公司在8日和9日紧急召开公司和工程技术人员会议，研究制定后续处理方案，在10日召开了现场专家论证会。专家明确肯定了及时回填的合理性、增设锚杆控制桩顶位移的必要性和可行性，同时提出坑内局部存在的集水坑和设备坑超挖改变了支护结构的设计状态，应在类似部位接近基底标高处增设锚杆以补充嵌固段减少而损失的抗力。11日上午监理单位再次主持召开了各方技术负责人会议，要求在专家书面意见到位以前现场停止开挖，并要求在新的补充方案中就有关问题进行补充。13日业主单独召开了专家会议，并将原因分析和处理意见通报有关各方。以下内容系在此背景和要求下完成。原因分析2.1污水管渗漏场区西侧、北侧既有市政排污管线为直径2.0米的钢筋混凝土预制管，管道中心埋深在地面以下6.0米，距离基坑上口开挖线5.6米〔北侧〕和12.0～16.0米〔西侧〕，据第二次专家会召开期间〔6月4日〕业主了解，该管道采用泥水护壁顶管安设，每2.0米一节，直通地面的汇水井每50～70由于污水管道安设工艺的限制造成了其本身渗漏的局限，加之北京市今年尤其是7月份雨水的集中，管道超负荷运行导致大面积渗漏，使得土层内聚力〔c〕、内摩擦角〔Φ〕降低，锚杆握裹力大大降低，土压力急剧增加，直接导致原支护设计的护坡桩和锚杆等结构的平安储藏偏低。同时长期渗漏影响和近期密集、大量的降水导致地基土浸泡后再次沉降，使得护坡结构变形和周围地面沉降发生异常。2.2、基底集水坑和设备根底超深开挖由于进行基坑支护设计和施工时未提供基底集水坑平面布置图，论证通过后并经签发的支护结构均按照底板根底标高进行设计和施工，护坡桩嵌固深度2.5～3.0m。西、北侧护坡桩附近开挖有多个集水坑，最近处紧邻护坡桩，深达1.0～2.8m，进一步降低了原有支护结构的平安性，并通过桩顶冠梁的应力调整扩大了不利影响的范围。以上原因，加之〔岩〕土层实际情况与勘察报告的差异，导致目前西、北侧桩顶位移过大，已超过警戒值。至8月13日，护坡桩冠梁最大水平位移值分别达66mm、86北侧和西侧位移时程曲线见下列图。三、有关问题的补充说明3.1、关于设计参数的采用和取值原设计采用的土层参数〔重度、内聚力和内摩擦力〕均严格按照场区岩土工程勘察报告并结合地区经验取值、6月4日专家审查的修改方案中依据地下水水质化验结果和实际地层条件和岩土报告的差异，考虑到仍未发现的地下管线的渗漏和市政管线的渗漏存在的判断，进行了降低调整使用。本次修改设计中根据该市政管线大面积渗漏的客观事实，同时也考虑到已有较大位移的影响，进一步进行了调整。桩底以上除了上部土钉墙支护范围的土层重度作为超载外，考虑了坑口3.0米外4.0米宽度的车辆通行需要的条形荷载〔不大于20kPa〕。3.2、关于现有首层锚杆的现状和评价问题根据11日监理会议要求，我司工程部选择了具备条件的锚杆进行了再次张拉试验，按照原设计值的80％进行了张拉控制试验，结果说明该层锚杆在现有条件按照240～300KN使用是用保证的，本次修改中设计考虑该层锚杆普遍不超过200KN。现有变形资料说明：锚杆受力仍处在筋体材料的正常变形范围之内。3.3、关于现有市政管线的影响和稳定问题现有市政管道涉及到本地区的集中排水，直径大、埋深大，在本年度雨季使用中屡次出现管道爆满，竖井水位最高时候溢出现状地面，7月12日北侧东段出现的溢水直接从坑壁爆涌而出，就充分证明了其对现有支护结构和周边建〔构〕物的危害，同时其大面积渗漏的客观现状目前难以改变。所以在本次修改设计中充分考虑到该因素的影响，对土层参数进行了较大调整，同时进一步改良锚杆成孔工艺，采用技术措施更加复杂、费用更高的二次注浆工艺。现有管道的稳定问题取决于后续边坡位移的控制、坑内流土和涌砂、因原有管道四周和竖井四周回填土的密实程度的控制和保障。增设一道锚杆，同时基底超深开挖部位进一步处理后，预计护坡桩冠梁后续位移小于10mm，开挖过程中严格执行标准要求，及时有效进行桩间土护壁的保护3.4、关于现有地面沉降和局部建筑裂缝问题目前，基坑根本开挖到底，现有降水资料说明，基坑四周土层中固有的地下水水量不大，现有水井中下设水泵以3～10m3/h为主，抽水和外排量都不大，地下水按照原设计控制，本场区土层的排水后再次固结沉降量很小，对周边建〔构〕筑物的影响可以忽略不计。但是通过现有资料分析，不明来水和市政管道的渗漏水影响、加之原有竖井施工和建筑回填不实的影响，地表沉降仍然比拟明显。经分析，其沉降来源于三个局部：地下水管道长期大范围渗漏，导致浅部松散填土的沉降；雨季集中加剧了管道和管道竖井周围回填土体的受水浸泡产生的新的沉降；基坑开挖客观地产生了土体的体积变化。基坑边缘距“永5”楼较远超过20米，基坑除上部采用土钉墙支护形式外，下部采用了刚度较大和稳定控制能力较强的桩锚支护结构形式。本次根据专家建议，增设了一层锚杆，在底部超深开挖的设备根底部位专门增设了补充提高土体抗力的锚杆。同时“永5”楼为砖砼结构，根底还设置了圈梁，整体性较好，并采用预制桩根底〔持力层在砾岩层〕。所以，裂缝出现后不会危及“永53.5、关于基底局部超深开挖的处理问题基底局部超深开挖是导致本次变形异常开展的重要因素，改变了原设计的受力状态，降低了支护结构的平安储藏，局部的嵌固降低，使得相应部位的锚杆受力超过设计值，通过护坡桩冠梁的调整，降低了相应部位的锚杆受力，但是同时也扩大了受影响的范围。本次处理根据专家意见和计算，对开挖范围距离护坡桩缺乏两米的超深部位均增设一道锚杆。考虑到该层锚杆设置深度较大，岩石风化带中漂石粒径更大、含量更高，采用一桩一锚的设置，自由段设置为3米。其它结构参数和数量参见集水坑补强章节及附图。目前西侧集水坑已经处理完毕，东北角已经开挖出的深坑部位，因为北侧回填处理比拟及时和完整，加之该部位尺寸性状有利于空间效应的发挥，变形观测资料说明该处已经稳定。我司和总包单位共同研究，在加密观测和分析的同时暂不处理，总包单位将在一周之内施工完成该部位的结构底板。3.6、关于后续工程中位移控制标准问题通过增设锚杆后，护坡桩和首层锚杆的受力都将得到极为有利的调整，但限于目前已有条件和考虑到后续的施工难度和效率，增设锚杆的锚头标高根本出于护坡桩的中段，护坡结构仍然需要面对现有污水管道是大面积渗漏现实，还要保证该构筑物平安运营，也要充分保证北侧“永5”的平安，位移的监测和控制仍是关键，通过调整土层参数计算，该部位后续位移最大值控制在10㎜。四、补强方案设计根据目前桩顶位移变化情况，为保证基坑边坡平安，对西、北侧-8.46m以下护坡桩增加一道锚杆，具体部位详见设计图纸。根据专家意见及本工程实际情况，在进行设计计算时将砾岩层的力学参数进行了调整：Ｃ=15/18(KPa)，Φ=28/33°。同时，对西、北侧原先施工的锚杆再次进行了张拉试验，试验说明第一道锚杆的拉力值没有发生应力损失。4.1、FG段基坑深度为18.60m，在-13.46m标高处补强一道预应力锚杆。护坡桩地面荷载或条形荷载超载160KPa,条形荷载30KPa梁顶标高(m)-8.46桩径〔mm〕800桩距〔m〕＠2.0桩长〔m〕13.1嵌固深度(m)2.50配筋9Φ25通长+4Φ25(长6m)砼等级C25补强锚杆锚孔直径(mm)150锚距(m)一桩一锚＠2.0锚固体M20素浆锚头位置(m)-13.46m锚杆倾角(°)15锚筋体3×7φ5长度〔lf+lm〕〔m〕5+15=20最大轴向拉力设计值(KN)4844.2、GI段基坑深度为17.20m，在-13.16m标高处补强一道预应力锚杆。护坡桩地面荷载或条形荷载超载160KPa,条形荷载30KPa梁顶标高(m)-8.46桩径〔mm〕800桩距〔m〕＠2.0桩长〔m〕12.0嵌固深度(m)2.80配筋8Φ25通长砼等级C25补强锚杆锚孔直径(mm)150锚距(m)一桩一锚＠2.0锚固体M20素浆锚头位置(m)-13.16m锚杆倾角(°)15锚筋体2×7φ5长度〔lf+lm〕〔m〕5+13=18最大轴向拉力设计值(KN)3814.3、IA段基坑深度为17.50m，在-13.16m标高处补强一道预应力锚杆。护坡桩地面荷载或条形荷载超载160KPa,条形荷载30KPa梁顶标高(m)-8.46桩径〔mm〕800桩距〔m〕＠2.0桩长〔m〕12.0嵌固深度(m)2.50配筋8Φ25通长砼等级C25补强锚杆锚孔直径(mm)150锚距(m)一桩一锚＠2.0锚固体M20素浆锚头位置(m)-13.16m锚杆倾角(°)15锚筋体3×7φ5长度〔lf+lm〕〔m〕5+13=18最大轴向拉力设计值(KN)4024.4、集水坑处补强基坑内有局部集水坑紧邻护坡桩，影响护坡桩的嵌固深度，改变了支护结构的设计状态，需在桩底部补强锚杆。1#集水坑处：增补179~185#护坡桩锚杆，一桩一锚，共7根，标高为-15.82m。锚杆自由段为3.0m，锚固段为8.0m，设计锚固拉力为320KN，两束钢绞线。其它设备深坑部位采用类似做法，锚头标高高于相应位置底板顶面1.8米锚杆施工5.1施工工艺流程：根据场区地层条件，结合前期施工经验，本次锚杆施工采用专用2台全液压双管钻机。锚杆施工工艺：钻机就位→校正孔位调整角度→钻孔至设计孔深→安放锚索→灌浆→二次注浆→养护→安装腰梁、锚头→张拉锁定。5.2杆体制作按照设计要求制作锚杆体，保证杆体长度；注浆管与锚杆体端部绑扎在一起；锚索要顺直，自由段要套以聚乙烯防护套。锚索的外表应设置定位器，定位器的间距，在锚固段为2.0m，在自由段为4.0m。5.3注浆注浆水泥用强度等级为32.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.4～0.5。采用二次高压注浆工艺进行注浆，首先进行常压注浆，注浆管端距孔底150mm，待浆液灌满后，进行孔口密封，待12h后进行二次高压注浆，注浆压力2.0～3.0MPa，稳压后封闭注浆管。高压注浆能使浆液对一次常压注浆形成的锚固体及其周围土体产生劈裂充填作用，将提高锚杆的水平抗拔力。5.4锚杆张拉⑴加工异型支撑板，调整角度，使冠梁承压面在同一平面上，保证与锚杆作用力方向垂直。承压面应平整并与锚杆轴线方向垂直。⑵锚杆灌浆后，待锚固体强度到达设计强度75％，即可进行预应力张拉，预应力值一般为设计锚固力的75～80％，分级加载，当锚索预应力没有明显衰减时，可锁定锚杆。锁定后如有明显应力损失时，应进行补偿张拉。⑶张拉加荷分级及加荷速率按标准进行。锚杆张拉试验中荷载分级及观测时间张拉荷载分级观测时间〔min〕0.10Nt50.25Nt50.50Nt50.75Nt51.00Nt51.10Nt100.70Nt10六、位移观测6.1变形观测内容及目的为确保基坑边坡稳定，确保周围建筑物的平安，需加强基坑的变形观测。变形观测主要内容：基坑边坡支护结构〔上部土钉墙和下部护坡桩冠梁〕及土体的侧向位移。6.2边坡位移观测方法土钉墙位移观测采用J2级经纬仪配合钢板尺进行。土方开挖前观测四次，取均值作为初始观测值。土方开挖后、下中大雨后，锚杆张拉后均需测量一次，平常测量频率为2次/天。根据监测数据的变化情况随时调整监测频率。6.3位移量的警戒值水平侧向位移警戒值〔位移增量〕西侧土钉墙10㎜连梁8㎜北侧土钉墙12㎜连梁8㎜速率连续三天2.0～3.0mm/d附录一：计算书GF段：---------------原始数据---------------基坑深度[桩顶距坑底距离]/(m)=10.6邻土面水位距桩顶距离/(m)=12邻坑面水位距桩顶距离/(m)=12地面均布荷载/(KPa)=160条形荷载/(KPa)=30条形荷载距桩距离/(m)=3.0条形荷载宽度/(m)=4条形荷载深度[距桩顶距离]/(m)=0基坑超载/(KPa)=0桩嵌固深度平安系数=1.1桩背与土的摩擦角系数[0-2/3]=.56锚撑道数=2锚杆钢筋平安系数=1.7锚固长度平安系数=1.5锚杆抗拉强度/(MPa)=1860锚杆钻孔直径/(m)=.15锚杆层号锚杆距桩顶距离/(m)锚杆与水平面夹角/(°)锚固体与土体粘结强度/(MPa)1.315.0852515.1土层编号深度[距桩顶距离]/(m)γ/(KN/m^3)Ｃ/(KPa)Φ/(°)12.9201528223.6201833水土分算分算时水压力折减系数=1规程土压力---------------计算结果------------------------------第1步开挖---------------基坑深度=.800000011920929(m)土压力零点距桩顶距离=0.80(m)桩嵌固深度=2.16(m)最大弯矩点距桩顶距离=2.63(m)纵向每延米最大弯矩值=202.06(KN.m)抗滑平安系数=38.96------------------------------------------------------------第2步开挖---------------基坑深度=5.5(m)土压力零点距桩顶距离=5.51(m)桩嵌固深度=2.09(m)最大弯矩点距桩顶距离=3.40(m)纵向每延米最大弯矩值=105.59(KN.m)抗滑平安系数=1.83第1道锚撑:纵向每延米水平向计算锚固力=40.56(KN)------------------------------------------------------------第3步开挖---------------基坑深度=10.6(m)土压力零点距桩顶距离=10.61(m)桩嵌固深度=3.30(m)最大弯矩点距桩顶距离=7.80(m)纵向每延米最大弯矩值=271.50(KN.m)抗滑平安系数=1.48设计最大弯矩=380.11(KN.m)桩径=800[mm]桩距=2[m]按圆形截面配筋:压缩区角度=90.00[°]受拉区角度=270.00[°]受拉面配筋面积=27.10[cm^2]配筋数=6Φ25受压面配筋面积=9.03[cm^2]配筋数=2Φ25配筋面积=36.13[cm^2]箍筋直径Φ8,间距200mm加强筋直径Φ12,间距2000mm第1道锚撑:两桩一锚锚杆水平间距=4(m)纵向每延米水平向计算锚固力=40.56(KN)锚杆轴向设计拉力值Nt=167.96(KN)锚杆与水平线的夹角=15(°)锚杆钢筋面积=1.54(cm^2)需要1束15.0(7Φ5)钢绞线锚杆自由段长=5.11(m)锚杆锚固段长=6.08(m)第2道锚撑:一桩一锚锚杆水平间距=2(m)纵向每延米水平向计算锚固力=233.90(KN)锚杆轴向设计拉力值Nt=484.30(KN)锚杆与水平线的夹角=15(°)锚杆钢筋面积=4.43(cm^2)需要3束15.0(7Φ5)钢绞线锚杆自由段长=2.78(m)根据标准要求，假设锚杆自由段长度小于5m，设计自由段长度取5m锚杆锚固段长=14.89(m)GI段：---------------原始数据---------------基坑深度[桩顶距坑底距离]/(m)=9.2邻土面水位距桩顶距离/(m)=12邻坑面水位距桩顶距离/(m)=12地面均布荷载/(KPa)=160条形荷载/(KPa)=30条形荷载距桩距离/(m)=3条形荷载宽度/(m)=4条形荷载深度[距桩顶距离]/(m)=0基坑超载/(KPa)=0桩嵌固深度平安系数=1.1桩背与土的摩擦角系数[0-2/3]=.56锚撑道数=2锚杆钢筋平安系数=1.7锚固长度平安系数=1.5锚杆抗拉强度/(MPa)=1860锚杆钻孔直径/(m)=.15锚杆层号锚杆距桩顶距离/(m)锚杆与水平面夹角/(°)锚固体与土体粘结强度/(MPa)1.315.0924.715.1土层编号深度[距桩顶距离]/(m)γ/(KN/m^3)Ｃ/(KPa)Φ/(°)12.9201528223.6201833水土分算分算时水压力折减系数=1规程土压力---------------计算结果------------------------------第1步开挖---------------基坑深度=.800000011920929(m)土压力零点距桩顶距离=0.80(m)桩嵌固深度=2.16(m)最大弯矩点距桩顶距离=2.63(m)纵向每延米最大弯矩值=202.06(KN.m)抗滑平安系数=38.96------------------------------------------------------------第2步开挖---------------土压力零点距桩顶距离=5.21(m)桩嵌固深度=1.87(m)最大弯矩点距桩顶距离=3.20(m)纵向每延米最大弯矩值=88.20(KN.m)抗滑平安系数=1.73第1道锚撑:纵向每延米水平向计算锚固力=34.74(KN)------------------------------------------------------------第3步开挖---------------基坑深度=9.2(m)土压力零点距桩顶距离=9.21(m)桩嵌固深度=2.75(m)最大弯矩点距桩顶距离=6.90(m)纵向每延米最大弯矩值=170.02(KN.m)抗滑平安系数=1.56设计最大弯矩=238.02(KN.m)桩径=800[mm]桩距=2[m]按圆形截面配筋:压缩区角度=90.00[°]受拉区角度=270.00[°]受拉面配筋面积=5.28[cm^2]配筋数=2Φ25受压面配筋面积=1.76[cm^2]配筋数=1Φ25配筋面积=7.04[cm^2]箍筋直径Φ8,间距200mm加强筋直径Φ12,间距2000mm地基承载力平安系数=4.81第1道锚撑:两桩一锚锚杆水平间距=4(m)纵向每延米水平向计算锚固力=34.74(KN)锚杆轴向设计拉力值Nt=143.86(KN)锚杆与水平线的夹角=15(°)锚杆钢筋面积=1.31(cm^2)需要1束15.0(7Φ5)钢绞线锚杆自由段长=4.42(m)根据标准要求，假设锚杆自由段长度小于5m，设计自由段长度取5m锚杆锚固段长=4.91(m)第2道锚撑:一桩一锚锚杆水平间距=2(m)纵向每延米水平向计算锚固力=183.88(KN)锚杆轴向设计拉力值Nt=380.74(KN)锚杆与水平线的夹角=15(°)锚杆钢筋面积=3.48(cm^2)需要2束15.0(7Φ5)钢绞线锚杆自由段长=2.24(m)根据标准要求，假设锚杆自由段长度小于5m，设计自由段长度取5m锚杆锚固段长=11.71(m)IA段:---------------原始数据---------------基坑深度[桩顶距坑底距离]/(m)=9.5邻土面水位距桩顶距离/(m)=12邻坑面水位距桩顶距离/(m)=12地面均布荷载/(KPa)=160条形荷载/(KPa)＝30条形荷载距桩距离/(m)=3条形荷载宽度/(m)=4条形荷载深度[距桩顶距离]/(m)=0基坑超载/(KPa)=0桩嵌固深度平安系数=1.1桩背与土的摩擦角系数[0-2/3]=.56锚撑道数=2锚杆钢筋平安系数=1.7锚固长度平安系数=1.5锚杆抗拉强度/(MPa)=1860锚杆钻孔直径/(m)=.15锚杆层号锚杆距桩顶距离/(m)锚杆与水平面夹角/(°)锚固体与土体粘结强度/(MPa)1.315.0924.715.1土层编号深度[距桩顶距离]/(m)γ/(KN/m^3)Ｃ/(KPa)Φ/(°)12.9201528223.6201833水土分算分算时水压力折减系数=1规程土压力---------------计算结果------------------------------第1步开挖---------------基坑深度=.800000011920929(m