深基坑开挖支护施工技术措施应用

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  摘要:随着我国社会经济的快速发展,高层建筑越来越多。高层建筑由于建筑物本身功能的要求和地质条件的需要,往往基础埋置较深。深基坑支护技术就有了很大的发展,其方法也很多,可根据土质、深度和周围环境选用。本文结合该工程实例,综述深基坑支护及施工技术。
  关键词:深基坑;开挖;施工;支护
  文章编号:1674-3954(2013)09-0124-03
  随着建筑层数的增加,根据构造及使用要求,基础埋深也相应加深,由于城市密集地区建筑物周围的局限性,传统的放坡等支护技术已远远无法满足建筑本身发展的需求。在深基坑工程中,根据深基坑的工程与水文地质条件、开挖深度、设计等级和施工设备等方面的特殊条件,支护措施可采用地下连续墙、水泥土墙、放坡、土钉墙、或者几种组合联合使用的边坡支护方案。地下连续墙结合预应力锚杆支护技术具有支护和止水双重功能,在水位较高、深度较深的基坑支护中效果很好。
  1 工程概况
  本工程位于南昌市象湖新城片区,属于框架剪力墙及剪力墙结构,工程规模为住宅楼2栋:地上11层,面积12133m2;地下车库1层,面积13861m2,建筑总高为35.0m。
  本工程的土方实际开挖深度为3~7.05m,基坑周长约564m,土方工程量约83166m3。根据设计图纸、地质报告,综合分析周边环境,为降低工程成本,提高工程施工工期;本工程设计方案采用两种支护形式,分别为F轴、10轴、20轴合围地段采用加设锚杆施工,其余周围合围地段采用H型钢(350mm×175mm×7×11mm)钢板桩排桩+锚杆支护形式;本工程施工设计部分采用钢板桩可提高工期,采用加筋水泥土地锚施工技术可缩短锚杆张拉时间,节约工期。
  主要施工材料技术参数如下:
  (1)钢板桩为:H型钢H350mm×175mm×7mm×11mm板桩,长12m、长15m。
  (2)锚杆:为专利技术加筋水泥土地锚,锚杆直径φ200mm,长度分别为020m,锚杆体钢绞线强度为1860级,直径φ15.20mm,水泥浆水灰比为:0.65。
  2 基坑深7.05m位置支护设计施工方案
  基坑开挖7.05m深,经计算此部位采用H型钢板桩(H350mm×175mm×7mm×11mm)排桩+锚杆支护体系;H型钢长12m,水平间距0.7m,桩顶标高为自然地面;锚杆设置一道,錨杆自然地面下-3.0m,锚杆水平间距2.1m(三桩一锚),锚杆长20.0m,设计拉力200kN,如图2。
  3 局部锚杆的施工
  锚杆施工按《苗杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)和现行的施工规范进行,采用打入式钢筋,施工段平面长度约40m。
  本工程锚杆的施工方法:测量放线-施工准备-分层开挖形成锚杆工作面-钻孔-安放锚杆杆体-注浆-防腐处理-检查验收。
  (1)根据边坡支护技术要求:须采用分层开挖。各段面的分层次数与该断面锚杆排数大致相同,按设计每层开挖深度为1.3m左右(开挖深度与当前层锚杆的垂直间距大致相同),分两层施工。挖掘机顺着基坑边约8~10°仰角开挖,作业面的开挖宽度应能满足支护作业需求(约同当前层锚杆长度),约6m。
  对土质较复杂的地段,应适当减少开挖长度及每层高度,以保证基坑边坡安全。
  挖掘机在开挖作业面时,要听从喷锚作业施工员的指挥,绝不能善自开挖作业面及作业面附近的土方。
  每层土开挖时宜根据现场实际情况和进度需要分成若干段进行,可顺挖,宜可跳挖。
  每段土体开挖后,立即组织人力进行人工修理,首先在该段两端上下各用木枋或钢筋垂直于坡面各打设一个点,在其上标出设计坡面的位置,再挖深10cm,即为设计的土面,然后上下标志分别拉线作为修坡的控制线,同时人:工用锄头、铲等工具铲土、修坡,直至两标志线可通视并且坡上面各点距离标志线10cm,即为合格。
  修坡时,铲落的土不得堆积在坡脚,并沿坡脚挖一条临时排水沟,作为锚杆成孔时泥浆的排放通道,防止泥浆在施工过程中在现场四处流淌。
  在基坑的四周设置排水沟和集水井,在集水井内设抽水泵,遇有地下水渗出时,应将水引到集水井,用抽水泵将水排出基坑外。排泄泥水时,应符合环境保护要求。
  (2)锚杆间距布置:按边坡支扩图纸设计的锚杆间距和排距定点,钻孔直径为130,并按设计要求定出锚杆的具体位置和打入角度。本工程的锚杆间距设置按水平及竖直间距均取1.2m。打入角度与水平夹角为30°向下斜打入土层。
  (3)成孔:钻孔设备可根据土层条件选择专门锚杆钻机或地质钻机。按支护图纸设计的锚杆间距和排距布孔,在作业面上按设计要求定出孔位和角度,调整好钻孔机械进行成孔作业,并清理干净孔中的松土和杂物。孔径、孔深均应满足设计要求。钻机就位后,应保持平稳,导杆或立轴与钻杆倾角一致,并在同一轴线上。在钻进过程中,应精心操作,精神集中,合理掌握钻进参数,合理掌握钻进速度,防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。一旦发生孔内事故,应争取一切时间尽快处理,并备齐必要的事故工具。
  若发现孔壁坍塌,应重新透孔、清孔,直至能顺利送入锚杆为止。
  (4)锚杆的制安:按设计图纸的直径和长度制作锚杆,锚杆采用φ20钢筋,第一排锚杆长12m,第二排锚杆长10m,第三排锚杆长8m,锚杆打入土时,根据已定好的位置,用人手扶好钢筋,对准打入位置及调较好角度,然后用挖掘机顶住锚杆的另一端缓缓压入孔中,安放锚杆杆体时,应防止杆体扭曲、压弯(如图3所示)。
  锚杆采用焊接且焊接技术必须符合规范要求。锚杆安装时,应清除锚杆上的杂物,确保杆身的清洁。因采用底部注浆工艺,锚杆前端应绑好底部注浆管,保证其在锚杆送安过程中不脱落。在锚杆上每隔2~3m设锚杆对中架,保证锚杆送入锚孔中后能使锚杆处于锚孔中央,锚杆应送至锚孔底部,安好后使杆体始终处于钻孔中心。   (5)锚孔注浆:锚杆砂浆采用P.O.3.25普通硅酸盐水泥(即425#R水泥)、细砂和适量的混凝土外加剂搅拌而成(水灰比为0.4~0.5)。注浆体的强度等级应达到M15(配合比由试验确定)。注浆前,先在孔口绑好注浆袋,拉松底部注浆管,方可注浆;当孔口有稀浆溢出时应先停止注浆,待拆卸底部注浆管后,直接用压浆管和止浆袋实行加压注浆。注浆压力为0.4~0.8MPa(根据锚杆锚固端土质情况进行调整),加压时间不少于5~30min,以锚孔中注浆饱满为度。
  4 基坑边坡挂钢筋网、浇筑混凝土封面
  4.1边坡挂钢筋网
  在设置锚杆加固的边坡位置及边坡顶1m范围内挂设钢筋网,钢筋网布置φ0.6@250×250,加强筋为φ16@1200×1200。钢筋网的直径、间距和构造应符合设计图纸要求;钢筋网和锚头应按图纸大样牢固焊接。钢筋使用前应清除锈蚀;钢筋优先采用焊接,焊接长度:单面10d,双面5d,若采用搭接,则搭接长度为40d。钢筋网应随受喷面的起伏铺设,与受喷面的间隙一般不大于3cm。
  钢筋网应与锚杆或其他固定装置连接牢固,在喷射混凝土时不得晃动。
  4.2喷射注浆
  我方拟在地下室基坑周边的土层表面喷射混凝土层以增强土层的抗剪能力,混凝土层厚度为80mm(局部设置锚杆支护位置的区域为100m),细石混凝土强度均为C20。喷射混凝土应符合现行规范要求:
  (1)应根据对喷射混凝土的质量要求和作业条件的要求,以及现场的维修养护能力等选定喷射方式,同时尚应考虑对粉尘和回弹量的限制程度。
  (2)喷射混凝土配合比应通过试验选定,满足设计强度和喷射工艺的要求。
  (3)喷射混凝土的配合比及拌和均勻性每班检查不得少于两次。喷射混凝土材料计量,一般应以质量计算,其允许误差为:水泥与速凝剂各为2%;砂与石料各为5%。
  (4)喷射作业人员必须穿戴安全防护用品。在正式喷射前应适当减小喷射村机的工作气压,先喷射一层加大速凝剂掺量的水泥浆,再喷射混凝土。喷射中发现松动石块或遮挡喷射混凝土的物体时,应及时清除。
  (5)喷射作业应分段、分片由下而上顺序进行,每段长度不宜超过6m。严格控制水灰比,喷到基坑表面上的混凝土应湿润光泽,粘塑性好,无干斑或滑移流淌现象。
  (6)喷射混凝土终凝2h后,应喷水养护,养护时间一般不少于7d。
  (7)对于特殊部位如淤泥土,采取如下特殊措施:大面积淤泥土采用人工或机械挖除后回填砂砾料或碎石置换方法处理。
  5 钢板桩、加筋水泥土锚施工技术要点
  5.1钢板桩施工
  钢板桩采用15m长H型钢板桩,施工前首先放线定位准确,清除障碍物和冻土层后利用高频液压打桩锤将打入4.0m,然后调整垂直度,缓慢将钢板桩打入8.0m后,再加快打桩速度,直至设计标高保证钢板桩垂直度。
  5.2锚杆施工
  锚杆施工时应隔根施工,施工角度为15°,锚杆张拉应隔根张拉,张拉锁定强度为0.65倍的设计值。
  6 地表水与渗水处理措施
  开工前应修好边坡上部的各种冲洗用水的下水道,以免边坡上部的水浸入边坡或流入边坡,边坡内适当位置设置集水井,及时把作业面的水导入井内、抽干。雨天要及时排除积水,减少基坑的浸泡时间。
  (1)防渗水技术措施:及时有效处理渗水问题、放坡及喷锚支护是本工程的关键所在,针对局部土质不均,孔隙率及渗透性具有一定变化的特点,则在开挖过程中,局部地段可制作彩布进行临时封闭。
  (2)当雨水或其它地面水量较多时,例如上、下水管破裂等,应首先查明水源,进行修复,截断改道或停止供水,同时在地面四周,距坡顶1.0~1.5m处设置排水沟,将雨水或其它地面水引至距离边坡处排水,在边坡的顶部地面喷射混凝土,防止坑边地面渗水。
  (3)当坡底渗水(或涌水)严重时,应在坡底距离坡壁适当位置设置排水沟将水引流至水坑中抽排至地面,以保证坡底干燥,同时采用加密垂直锚管并进行高压注浆,以确保边坡稳定。
  (4)当坡壁含水量较高,并出现渗水或涌水现象时,在喷护前,在锚管上方20~40cm处设置长度为1.5~2.0m的引流管,以减少边壁水压和保持边坡干燥,以利于锚喷施工。
  7 基坑侧壁防治流砂处理措施
  为保证基坑侧壁安全,防止流砂钢板桩位置,在钢板桩中间插入25mm厚木挡板,如下图:
  8 基坑内排水技术措施方案
  本工程基坑开挖面积大,施工周期长,基础施工期间在雨季施工,为保证基坑安全,保证基坑不受雨水及不明水源的危害,在基坑周边设置排水沟,在承台中间设置集水坑,排水沟与集水坑相连,配备抽水泵,保证坑内水及时排出,排水沟侧面和底部作80mm厚级配碎石混凝土,强度为C20,如下图:
  9 质量保证措施
  (1)建立质量管理领导小组,由项目经埋、技术员、质检员组成,认真执行质量管理制度,全面负责工程的质量管理,实行岗位责任制,使质量管埋工作落实到班组。
  (2)建立良好的质量保证体系,由项目经埋、质检员、施工员、工班长组成系统的保证体系,并落实到人。
  (3)加强技术管埋,熟悉设计图纸,掌握设计意图和要求,做好技术交底工作。
  (4)严格按照设计图纸、施工规范、施工工艺进行施工,使各工序的精度要求均得到满足。
  (5)严格各关键环节施工质量的检查、复核制度。
  (6)严格工序质量验收和分部分项工程质量验收制度,进行单项验收签证,杜绝漏洞,确保质量。
  (7)仔细认真作好各项施工记录,正确分析、归纳、整理,一旦发现问题,及时反馈处埋。
  (8)按上述各分项工程的工序误差要求进行质量控制。
  10 基坑维护应急预案
  本工程地处南昌市老抚河沿岸象湖地带,地下水位比较高,地质条件较差,多为粉砂层,周边地下排水管线渗漏情况不明,为防止突发事件发生,应作好应急技术措施。
  (1)聘请专业队伍作好基坑监测,加强基坑安全预警工作。
  (2)设专职安全员巡查,查找并确定危险源,分析不利因素。监督管理是否按设计施工,强化管理。
  (3)一旦发现基坑周边管线有渗漏,立即在基坑边2.0m范围内作渗水井或在基坑侧壁做倒流管,将水倒如基坑底或基坑内,降低坑外水对基坑安全威胁。
  (4)配备产车、钩机等机械设备;砂土灌袋等材料,一旦发生重大安全危险,可立即采取回填等技术措施(见图6)。
  综上所述,针对本工程施工存在的技术难点和问题,着重点在于深基坑施工的技术措施以及止水支护。项目部的技术人员分别对各重点,难点项目进行技术攻关,严格按照施工规范要求,审批的施工组织设计施工。运用既定的技术措施,确保了整个深基坑施工过程的安全以及质量,最终顺利通过验收,达到设计要求和业主要求。
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