组合式支护技术在深基坑工程中的应用

PAGEPAGE8组合式支护技术在深基坑工程中的应用随着城市建设的发展，建筑群向空中和向地下索取空间及人防工事的需要，基坑支护施工越来越被人们重视，其造价及工程进度亦越来越被人们所关注。现在深基坑支护普遍面临如下难题

：①深基坑施工的周边环境越来越复杂

；②工程造价越来越低,施工难度日益增大

；③地下基坑的开挖深度越来越大。这便要求基坑设计者及施工者必须选择技术可靠可行、造价合理的支护结构来确保基坑周围及基坑支护体系的安全与施工进度.组合支护技术是解决城市建设中这一难题的有效办法。在常平深基坑支护工程中，我们采用深层搅拌桩半封闭止水，坡率法土钉网喷射混凝土,局部应用静压管桩+锚杆、钻孔灌注桩、钢管桩+锚杆等多种支护技术，安全有效地实现了创造地下室施工的作业条件。经观测边坡最大位移仅为21mm，竣工验收被评为优质工程，得到了业主及常平房地产业界的一致好评.一、工程概况该工程位于常平大道与南埔路交汇处一侧,兴建建筑物由两幢22层框剪结构主楼和4层框架结构裙楼组成，其总占地面积约为6500㎡。设地下室一层，地下室基坑开挖深度约5.0m，局部桩承台处开挖约7m，拟建物基础采用静压管桩群桩基础。基坑由于周围环境限制，呈不规则布局.周长约360m。拟建物东侧、南侧邻民楼，为私人建筑物，高三至六层，采用天然基础，基础埋深约2。5m.东侧居民楼距地下室边线约3～7m左右；南侧邻近居民楼距地下室边约4m左右。北侧、西侧为市政光缆沟、电缆沟,距地下室边线约1～6m,基坑西北角开挖时约有25m与基坑底边线重合（基坑底边线距地下室外墙边线仅1m）；外侧为常平大道和南埔路，路肩距地下室边线约为10m左右。由于周边建筑物及构筑物邻近拟建物，所以必须采取有效的基坑支护措施，确保地下室施工和周围环境的安全.图1基坑周边环境平面位置图二、工程地质条件原始地貌属河流堆积地貌单元，据钻探揭露地层自上而下分为:1、填土层[Qml］杂填土［层号1]:暗灰色、灰色、杂色，主要由粉质粘土、碎砖、碎石等组成，层厚1.15～2。5m。2、冲积层［Qal+PL］(1）、粘土［层号2—1]：棕红、灰黄色，以粘土为主，湿～稍湿，可塑状为主,层厚2。10～8.50m.（2)、淤泥质土［层号2-2]：深灰色，成份主要由淤质粘粒为主，饱和，软塑，层厚3.00～7.00m。(3)、粉细砂［层号2-3］:灰、灰黄色、主要以细砂为主，含水饱和,松散稍密状，层厚1。00~6。00m。（4）、砾砂[层号2—4]

：深黄、灰色、暗灰色，以粗砾砂为主，稍密，层厚为0。50～5.50m。3、第四系残积层［Qel3］砂质粘性土［层号3］:浅黄、褐黄色，系花岗岩风化残积而成，以粘土矿物粉沾粒为主，含砂，层厚1.50～6.50m。4、基岩[y]地下水主要赋存于场地砂层中，属于孔隙潜水及裂隙水，主要补给源为大气降水及地表渗水。水位埋深0。60～0.80m。三、方案优化及设计1、原基坑设计方案原设计方案为基坑垂直开挖，设双排搅拌桩档土止水，两层锚杆做内支承，挂网喷射混凝土增强搅拌桩横向剪切应力，搅拌桩桩顶设压顶梁，局部设钻孔灌注增强支护.其造价按当时市场价枯算约130万元，且基坑边线局部位置不满足搅拌桩施工.2、基坑设计方案的优化应业主的要求,我们对本工程原基坑支护结构设计进行了分析论证：作为临时结构，支护选型要求既要安全,又要经济合理,而且又要根据地质条件充分考虑基坑开挖后的隔水止水效果,于是通过现场勘察，了解“三线”，认真研究地质报告，确定基坑开挖深度等，提出基坑支护优化方案.（1）、支护结构型式①基坑南侧开挖边线距居民楼仅3.0m,此侧采用间距为＠1200，L=10m管径为ф500—125AB静压管桩作垂直支护(利用静压桩机对基础施工的同时对此处的基坑垂直支护管桩进行施工)，用ф25@1500L=15m的压板锚杆拉锚,桩间土用挂网喷射混凝土处理,静压桩桩头浇注冠梁，详见图-2。图2钢管桩超前支护剖面图②基坑东侧、北侧、及西侧大部分位置均可以放坡，根据具体位置采用坡率法土钉挂网喷射混凝土支护，详见图—3.图3土钉墙支护剖面图③西侧2-9轴到2-13轴约12m范围内基坑顶由于要架设混凝土搅拌站，无放坡位置，且混凝土搅拌站对基坑边坡静压力较大，所以此位置采用ф800钻孔灌注桩钢性支护，桩顶设冠梁连接。④基坑西北角开挖时约有25m与基坑底边线重合,距地下室外墙仅1m处就为市政光缆沟及电缆沟。此处不但无放坡位置，而且作其他较大钢性支护亦不可能，所以采用ф219超前支护钢管桩进行垂直钢性支护,压板锚杆拉锚挂网喷射混凝土，详见图—4。图4混凝土管桩支护剖面图⑤通过分析地质资料,声地内砂层为尖灭状分布，在场区南部埋深较浅,约6.5m,部分承台开挖将接触到此层,此层属富含水层,且具有微承压性

;场区北侧埋深在9。0m以下，承台开挖不受影响，所以对基坑实行半封闭止水，在2—13轴以南基坑边线外侧设一排搅拌桩封闭止水.基坑内场地南部设三口降水井，开挖承台前进行预降水。（2）、支护工程设计计算根据不同地段的地质情况及设计支护型式，经反复分析计算，选定各支护型式主要参数及设计计算如下:土钉墙:坡度70°，土钉钻孔直径为φ110mm,土钉采用φ22II级钢筋，间距为@1500X1500，土钉长度L=7—8m，喷射混凝土面层厚100mm，钢筋网φ8@200,混凝土强度等级为C20.土钉网支护体系局部抗拉验算和整体稳定性验算采用圆弧简单条分法计算，要求安全系数FS≥1.3.计算软件为《理正基坑支护计算软件F—SPW4.01》、《超明星基坑支护计算软件V1.0》，计算简图5。图5土钉墙体计算简图②垂直支护：钻孔灌注桩为悬臂式支护，取抗倾履安全系数KS≥1.2，应用Rankine理论，通过反复迭代法确定桩径为φ800,桩长为L=12m，钢筋笼主筋为10φ22,桩间距为1。2m，抗弯验算采用等钢度法壁式地下RC墙进行内力分析.静力压桩与钢管桩设计桩径分别为φ500—125AB管桩及φ219-8钢管桩，长各为10m。锚杆采用φ25II级钢筋，设计长度为L=15m、12m,间距为＠1500.受力分析采用锚杆抗拔验算，安全系数K≥1。5.采用各剖面地质钻孔资料进行验算表明，土钉墙的整体稳定安全系数FS=1.5＞1。3,满足要求；钻孔灌注桩KS=1。45＞1。2,满足要求；锚杆抗拔验算,K＞1.5,满足要求。（3）、前后方案的综合评价分析按当时市场价从估算,原支护方案造价约为130万元，新方案造价约为68万元,比原方安案节约48％,工期缩短约30%。经多方论证分析：后一个方案比前一个方案更安全、更合理、更经济，同时又符合规范要求和工程进度要求.业主完全同意按后一个方案施工。四、施工中的技术要点1、土钉：机械成孔,安装土钉后，采用孔底注浆方式，注浆管口应深入至孔底200～500mm处，孔口设置止浆塞,当孔口有水泥浆返出时，旋紧止浆塞，进行压力注浆，注浆压力设置在0。4～0。8Mpa。注浆后孔口要求饱满,其塌落采用多次回灌方式解决.土钉与面层的连接采用2Ф16钢筋压通筋，然后“﹟"加焊。2、深层搅拌桩：采用四喷四搅工艺,控制水灰比为0.50~0。55，桩机垂直度≯1％，桩位偏差≯4％，桩径为550mm，桩间距为350mm。3、静压管桩：统一用10m长管桩，沉桩施工中控制桩顶在同一标高以便于工作做冠梁。4、钢管桩:为保证钢管桩的抗弯性，在钢管桩内下入3Ф18小型钢筋笼,填粒料，然后注浆，，注浆管应预先插入钢管内,管口距孔底控制在300mm左右，压力注浆一次完成.5、降水井：采用8Ф14主筋,直径为450mm的钢筋笼，外缠40目、8目两层塑料纱网，下入预成孔内，周边填粒料。基坑开挖控制降水时间及降水井的使用量，以防长时间降水对基坑周边环境造成影响（深层搅拌桩为悬臂式半封闭止水，只穿透粉细砂层，降水井设计深度进入了中砂层内）。五、实施效果本工程在对基坑支护方案进行修改后，基坑支护结构的施工比原计划提前20d完成，实际仅用了40d，最终结算造价为68万元。支护结构位移较大的在土钉喷网支护处，位移值在22mm-35mm范围内:静压桩、钢管桩、钻孔灌注桩加锚杆等垂直支护处最大位移仅为8mm。分析其原因，这与支护型式的受力性质有关：土钉喷网只在土体发生变形后才被动受力，对土体的约束需要以土体变形为补偿，而静压桩、钢管桩、钻孔灌注桩等增加了边坡坚向稳定性，减少施工过程中的位移，内支撑体系锚杆在土体变形之前已预张拉，属于主动受力，在土体未变形之前控制了土体的变形，所以土钉喷网支护系比垂直支护加锚杆支护体系变形较