摘要:城市的发展使得建筑物成本中地皮费用的比例增加,同时为了满足国家对于建筑物地下室及人防的要求,建筑投资者不得不向地下空间发展。深基坑的出现,使得深基坑维护工尤为重要。基坑维护方式的合理选择,对于保证施工安全,降低施工成本非常重要。本文作者主要以武义金灿•财富广场项目为例,对深基坑围护结构选型、施工及其应急预案进行探讨。
关键词:深基坑;围护结构;土钉墙;应急方案
1. 工程概况
拟建工程地上24层,(含裙房四层),地下室一层,框架剪力墙结构设计。建筑面积96000m2,其中地下室面积为10340m2。基础设计采用:主楼部位区域采用筏板基础,裙房商场部位采用防水板基础。筏板基础厚度为1.5米,防水板厚度为0.4米,基础设计强度为c30,地下室底板面标为-4.25,局部区域设计标高-5.45。
本工程居于闹市区,拟建工程北侧,西侧,南侧距离民房较近,距离在0-9.50米左右,且民房均为浅基础结构,工程基坑开挖深度将达5.85-7.05,超过国家规定的深基坑的5米,在基坑的开挖及后期基础施工中,均存在基坑不稳定造成边坡失稳引起塌方的危险,因此针对本工程岩土工程勘测及周边环境状况采用合理的基坑维护处理方案非常有必要。
本工程地质情况:根据建设单位提供的地址勘察报告,基坑开挖影响范围内的土层分布依次为,杂填土 厚度在0.5-3米。全场分布;粉土,该层分布不稳定,厚层0.7-2米;圆砾层,全场分部,厚度3.16-6.50米,为基坑开挖中主要需要维护;玄武岩,根据勘察报告,开挖基本不涉及此层。
水文情况:本场地地下水主要存在于圆砾层中,圆砾层空隙较大是地下水贮存和径流的良好空间和良好通道,是本场地地下水的主要含水层。地表水主要来自于降雨和周边部分居民的生活用水。
2. 基坑围护结构施工工艺分析
2.1支挡型.可以分为悬臂式和斜梁支撑式。斜梁支撑式可以适应较深基坑和复杂的地质,但是造价相对较高。
排桩支挡结构。可以采用稀疏排桩、连续排桩、双排桩,组合式排桩(与挡板组合,与水泥土拱组合)
地下连续墙。地下连续墙技术始于1950年,目前已经被广泛应用于深基坑的维护中。地下连续墙施工,对周围环境影响小,对地层条件适应性强对墙体长度可以任意调节。而且地下连续墙从兼做地下室结构 的外墙已经发展成高层建筑物的承重基础,增大了建筑物的整体承载能力,降低了成本,已经成为深基坑设计的优选支护方案。但地下连续墙接头形式较大的影响了地下连续墙的成槽质量,工字钢的接头是目前常见接头方式但成本较高,而且施工中需要有效解决混凝土的绕流。
2.2加固型。通过对基坑四周土体的加固,利用其自身重力挡墙原理,可满足主动土压力要求,其特点是造价低,施工方法简单。主要形式有:①水泥搅拌桩加固法,施工时无环境污染,造价低,防渗性能好;②高压旋喷桩加固法,当场地地质条件差、土质松散、地下障碍物多时采用此法;③注浆加固法。适用于土质松散,地下障碍物多的地质条件;④网状树根桩加固法;⑤插筋补强法;⑥土钉加固法,其特点是:经济、可靠、施工快捷、应用范围广、施工方法灵活、施工时对环境干扰少、对场地土层的适应性强。较为常见的是采用土钉墙支护。土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合,形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力;从而保持开挖面的稳定,这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的,一般称砂浆锚杆,也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。一般土钉墙可用作高层建筑深基坑支护、高速公路和铁路边坡支护以及临近建筑的边坡支护等。
3. 基坑支护方案的选择
基坑支护涉及到土力学中强度和稳定问题,基坑维护方案的设计应根据工程实际情况进行方案的筛选和优选,选择的出发点是安全、经济。
金灿•财富广场项目工程场地南北侧有较多民房分布,民房均为浅基础,对坑外土体位移敏感,施工中应加强该部土体位移、民房沉降的监测;基坑开挖深,坑底位于圆砾中,该层孔隙较大,渗透性好,基坑施工期间应采取降水措施,并设置好降、排水系统。由于上述特点,本着安全、经济、合理可行的原则,对本工程基坑采用土钉墙支护。
土钉墙应用于基坑开挖支护和挖方边坡稳定有以下特点:在深基坑工程中采用土钉墙支护结构的优点:显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力;施工设备简单; 随基坑开挖逐层分段开挖作业,不占或少占单独作业时间,施工效率高,占用周期短;施工不需单独占用场地,对现场狭小,放坡困难,有相邻建筑物时显示其优越性; 土钉墙成本费较其他支护结构显著降低; 施工噪音、振动小,不影响环境;土钉墙本身变形很小,对相邻建筑物影响不大。
4. 基坑围护方案的实施
4.1 施工工艺 :(1)。按照方案要求,土钉墙围护分两层进行,按以下流程施工:挖土→修坡→土钉孔定位→成孔→制安土钉→配制、灌注砂浆→绑扎钢筋网片→焊接加强筋及井字钢筋→配制混凝土→喷射混凝土→下层挖土。
施工中投入2台电动麻花钻、SYB50/50液压注浆泵及PC-V混凝土喷射机各1台。土钉墙采用C20喷射砼,面板厚度为100mm,分二层施工:喷射第一层混凝土厚度为30～40mm,然后成孔、安装土钉、绑扎钢筋网片、喷射混凝土第二层混凝土至设计厚度;土钉墙面层内有土钉处配Φ6.5@200×200钢筋网。
(2)钢管土钉为Φ48×3.0、Φ48×3.25焊接钢管,钢管前端封闭、在离开坑壁2.0m开始每隔0.5m旋转90度打一个不小于8mm的冒浆孔直至底部。
(3)土钉注浆材料采用纯水泥浆,水泥采用42.5普通硅酸盐水泥,水灰比为0.45～0.55。注浆终了压力不小于 0.4MPa且保持稳压1分钟,注浆须慢速进行,注浆前应进行洗孔。
(4)施工时应确保钢管土钉的制作质量和土钉的注浆质量,注浆量不得小于35kg水泥/米。
4.2主要技术及质量保证措施。为确保施工质量,保证边坡稳定,有效控制基坑变形,在施工过程中,采取以下有效措施:a.施工过程中,现场专业人员跟班作业,对各分项逐个放样检验。严格控制挖土深度及范围,保证放坡,不超挖,不提前开挖,避免边坡暴露时间太长,开挖后及时修坡,以便进行下道工序施工。b.对土钉成孔深度,拉杆质量,砂浆配比,灌注砂浆饱和度,加强筋焊接质量进行监督检查,并有书面记录资料。c.钢筋网采用绑扎,各施工段段间搭接长度不小于20cm,在钢筋网外侧采用216钢筋加强,4.22米长0.20m宽的井字钢架固定在土钉上,焊接牢固。d.及时完成坡面的混凝土喷射工作。为保证能及时形成喷锚网支护,混凝土中掺速凝剂,使混凝土快速凝固。e.支护期间密切监视基坑壁的变形情况,并沿基坑均布设20个观察点,对于距离民房较近的部位加密监测点,定时观测,在整个施工过程中边坡变形未超出规范要求。f.在基坑开挖,逐步支护过程中,局部遇到自身强度低,流塑很大的淤泥,及时挂网喷射混凝土,保证边坡稳定。
4.3基坑降(排)水采用明排水方案:基坑外侧四周设置300×300地表截水沟,截水沟每隔50m设一个800×800×1000的集水井;基坑内侧四周边开挖边做临时排水沟和集水坑,集水坑距离开挖面坡脚4.0m,间距15m一只,放坡坡面上设置50pvc泄水孔。
5. 基坑围护应急预案
关键词:深基坑;围护结构;土钉墙;应急方案
1. 工程概况
拟建工程地上24层,(含裙房四层),地下室一层,框架剪力墙结构设计。建筑面积96000m2,其中地下室面积为10340m2。基础设计采用:主楼部位区域采用筏板基础,裙房商场部位采用防水板基础。筏板基础厚度为1.5米,防水板厚度为0.4米,基础设计强度为c30,地下室底板面标为-4.25,局部区域设计标高-5.45。
本工程居于闹市区,拟建工程北侧,西侧,南侧距离民房较近,距离在0-9.50米左右,且民房均为浅基础结构,工程基坑开挖深度将达5.85-7.05,超过国家规定的深基坑的5米,在基坑的开挖及后期基础施工中,均存在基坑不稳定造成边坡失稳引起塌方的危险,因此针对本工程岩土工程勘测及周边环境状况采用合理的基坑维护处理方案非常有必要。
本工程地质情况:根据建设单位提供的地址勘察报告,基坑开挖影响范围内的土层分布依次为,杂填土 厚度在0.5-3米。全场分布;粉土,该层分布不稳定,厚层0.7-2米;圆砾层,全场分部,厚度3.16-6.50米,为基坑开挖中主要需要维护;玄武岩,根据勘察报告,开挖基本不涉及此层。
水文情况:本场地地下水主要存在于圆砾层中,圆砾层空隙较大是地下水贮存和径流的良好空间和良好通道,是本场地地下水的主要含水层。地表水主要来自于降雨和周边部分居民的生活用水。
2. 基坑围护结构施工工艺分析
2.1支挡型.可以分为悬臂式和斜梁支撑式。斜梁支撑式可以适应较深基坑和复杂的地质,但是造价相对较高。
排桩支挡结构。可以采用稀疏排桩、连续排桩、双排桩,组合式排桩(与挡板组合,与水泥土拱组合)
地下连续墙。地下连续墙技术始于1950年,目前已经被广泛应用于深基坑的维护中。地下连续墙施工,对周围环境影响小,对地层条件适应性强对墙体长度可以任意调节。而且地下连续墙从兼做地下室结构 的外墙已经发展成高层建筑物的承重基础,增大了建筑物的整体承载能力,降低了成本,已经成为深基坑设计的优选支护方案。但地下连续墙接头形式较大的影响了地下连续墙的成槽质量,工字钢的接头是目前常见接头方式但成本较高,而且施工中需要有效解决混凝土的绕流。
2.2加固型。通过对基坑四周土体的加固,利用其自身重力挡墙原理,可满足主动土压力要求,其特点是造价低,施工方法简单。主要形式有:①水泥搅拌桩加固法,施工时无环境污染,造价低,防渗性能好;②高压旋喷桩加固法,当场地地质条件差、土质松散、地下障碍物多时采用此法;③注浆加固法。适用于土质松散,地下障碍物多的地质条件;④网状树根桩加固法;⑤插筋补强法;⑥土钉加固法,其特点是:经济、可靠、施工快捷、应用范围广、施工方法灵活、施工时对环境干扰少、对场地土层的适应性强。较为常见的是采用土钉墙支护。土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合,形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力;从而保持开挖面的稳定,这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的,一般称砂浆锚杆,也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。一般土钉墙可用作高层建筑深基坑支护、高速公路和铁路边坡支护以及临近建筑的边坡支护等。
3. 基坑支护方案的选择
基坑支护涉及到土力学中强度和稳定问题,基坑维护方案的设计应根据工程实际情况进行方案的筛选和优选,选择的出发点是安全、经济。
金灿•财富广场项目工程场地南北侧有较多民房分布,民房均为浅基础,对坑外土体位移敏感,施工中应加强该部土体位移、民房沉降的监测;基坑开挖深,坑底位于圆砾中,该层孔隙较大,渗透性好,基坑施工期间应采取降水措施,并设置好降、排水系统。由于上述特点,本着安全、经济、合理可行的原则,对本工程基坑采用土钉墙支护。
土钉墙应用于基坑开挖支护和挖方边坡稳定有以下特点:在深基坑工程中采用土钉墙支护结构的优点:显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力;施工设备简单; 随基坑开挖逐层分段开挖作业,不占或少占单独作业时间,施工效率高,占用周期短;施工不需单独占用场地,对现场狭小,放坡困难,有相邻建筑物时显示其优越性; 土钉墙成本费较其他支护结构显著降低; 施工噪音、振动小,不影响环境;土钉墙本身变形很小,对相邻建筑物影响不大。
4. 基坑围护方案的实施
4.1 施工工艺 :(1)。按照方案要求,土钉墙围护分两层进行,按以下流程施工:挖土→修坡→土钉孔定位→成孔→制安土钉→配制、灌注砂浆→绑扎钢筋网片→焊接加强筋及井字钢筋→配制混凝土→喷射混凝土→下层挖土。
施工中投入2台电动麻花钻、SYB50/50液压注浆泵及PC-V混凝土喷射机各1台。土钉墙采用C20喷射砼,面板厚度为100mm,分二层施工:喷射第一层混凝土厚度为30～40mm,然后成孔、安装土钉、绑扎钢筋网片、喷射混凝土第二层混凝土至设计厚度;土钉墙面层内有土钉处配Φ6.5@200×200钢筋网。
(2)钢管土钉为Φ48×3.0、Φ48×3.25焊接钢管,钢管前端封闭、在离开坑壁2.0m开始每隔0.5m旋转90度打一个不小于8mm的冒浆孔直至底部。
(3)土钉注浆材料采用纯水泥浆,水泥采用42.5普通硅酸盐水泥,水灰比为0.45～0.55。注浆终了压力不小于 0.4MPa且保持稳压1分钟,注浆须慢速进行,注浆前应进行洗孔。
(4)施工时应确保钢管土钉的制作质量和土钉的注浆质量,注浆量不得小于35kg水泥/米。
4.2主要技术及质量保证措施。为确保施工质量,保证边坡稳定,有效控制基坑变形,在施工过程中,采取以下有效措施:a.施工过程中,现场专业人员跟班作业,对各分项逐个放样检验。严格控制挖土深度及范围,保证放坡,不超挖,不提前开挖,避免边坡暴露时间太长,开挖后及时修坡,以便进行下道工序施工。b.对土钉成孔深度,拉杆质量,砂浆配比,灌注砂浆饱和度,加强筋焊接质量进行监督检查,并有书面记录资料。c.钢筋网采用绑扎,各施工段段间搭接长度不小于20cm,在钢筋网外侧采用216钢筋加强,4.22米长0.20m宽的井字钢架固定在土钉上,焊接牢固。d.及时完成坡面的混凝土喷射工作。为保证能及时形成喷锚网支护,混凝土中掺速凝剂,使混凝土快速凝固。e.支护期间密切监视基坑壁的变形情况,并沿基坑均布设20个观察点,对于距离民房较近的部位加密监测点,定时观测,在整个施工过程中边坡变形未超出规范要求。f.在基坑开挖,逐步支护过程中,局部遇到自身强度低,流塑很大的淤泥,及时挂网喷射混凝土,保证边坡稳定。
4.3基坑降(排)水采用明排水方案:基坑外侧四周设置300×300地表截水沟,截水沟每隔50m设一个800×800×1000的集水井;基坑内侧四周边开挖边做临时排水沟和集水坑,集水坑距离开挖面坡脚4.0m,间距15m一只,放坡坡面上设置50pvc泄水孔。
5. 基坑围护应急预案
由于地下结构的特殊性,导致施工工程中出现无法预测的问题,因此做好基坑围护结构的安全与质量应急预案,可以在施工时遇到异常现象时,按计划采取紧急措施,确保施工的顺利完成。
5.1地下管线的应急预案
地下管线在城市中是很普遍的,在地下结构施工时也必然会遇到,所以,查清地下管线的位置和数量是地下结构施工的必要程序。在改移管线时最好让专业施工人员进行,如果在施工过程中地下管线出现沉降现象时,施工单位应立即停止施工,要查明原因阻止管线下沉。一般情况都是由于基坑开挖、施工降水导致地下管线下沉,这时要采取用注浆加固措施来防止地下管线下沉。对于横跨基坑的那些地下管线,一般采取在基坑两侧设置支墩,将地下管线吊在型钢上这种措施,来防止地下管线下沉。
5.2 基坑纵向边坡失稳滑坡应急预案
基坑纵向边坡失稳滑坡是可以预防的,其预防措施有:
(1)严格控制基坑开挖坡度。
(2)开挖前和开挖过程中均采用具有针对性的降水措施,保证基坑处于干开挖状态。
(3)暴雨来临之前所有边坡应铺设塑料膜防止暴雨冲刷,同时在坡脚设置大功率水泵抽水,防止坡脚浸水。
(4)如果遇到特殊情况,需要基坑停工较长时间,应在平台、基坑边和坡脚设置排水明沟和积水坑,并派专人抽水值班。
(5)在进度允许的条件下尽量采用少开工作面的形式,避免暴露太多的基坑工作面。
(6)坡顶严禁堆积荷载,坡顶不允许设置便道。
(7)杜绝任何流入基坑边坡内的水源。
5.3围护结构地面沉降位移应急预案
围护结构地面沉降位移主要是由于降水引起周围地面沉降。理论上降水曲线包在基坑内,不会大幅影响周围环境,如果发生降水引起周围地面沉降只有二种可能:围护结构存在大的孔洞或降水深度过大,发现这一情况应立即停止基坑内降水,并组织修坡,加大基坑纵坡比防止纵坡失稳;随后查找原因,如果是第一种情况应暂停施工,采取技术措施修补缺陷,避免更加严重的后果;如果是第二种情况,则应限制抽水深度。对周围建构物可采取回灌或跟踪注浆方法保证其安全。
5.4坑底变形应急预案
开挖时应分层、分段开挖,开挖土方应采用中心岛式开挖,每层开挖深度不得超过土钉以下0.3m,分段开挖长度一般不得超过20m,开挖时应严格按间隔开挖的方式进行。
5.5支撑失稳应急预案
钢结构、钢筋混凝土结构和组合结构是组成基坑支撑体系的3种形式。这3中不同的支撑单独使用或者组合使用在实际情况中都可以。
5.5.1 防治措施
(1) 支撑系统的设计计算应按《建筑基坑支护技术规程》支撑体系计算规定设计。
(2) 对工程的具体情况,如土质情况,施工单位等,设计时在安全系数方面可予适当考虑,对建设单位要求节约应通盘研究考虑。
(3) 选择适合基坑要求的支撑类型,面积不大或长条形基坑可选择厚壁钢管支撑或型钢支撑;块状大面积基坑可选择钢筋混凝土支撑;面积较大且不规则基坑,可选择组合结构支撑体系,不规则部位采用钢筋混凝土结构支撑,矩形或条形部份采用厚壁钢管支撑或型钢支撑。
6.总结
该工程基坑维护方案定型后,经过了专家论证,获得一致通过。在施工过程中,严格按施工方案进行施工,同时做好对基坑周边变形的检测工作,于2009年11月施工支护完毕。工程目前已经完成基础施工进入主体施工阶段,基坑周边未发现明显的裂缝。基坑变形监测数据表明基坑未产生明显的变形,周边居民正常生活未受到影响。该工程基坑围护经历了雨雪等恶劣天气及时间的考验,效果良好。通过以上实例可以看出,选择合理的围护方案,可在确保基坑稳定的前提下,加快施工进度,也可以降低工程造价。
参考文献:
[1]丁思刚.基坑围护结构施工及其应急预案[J].安徽建筑,2006,(02).
[2] 宋桂芝. 基坑开挖及围护方案[J].科技资讯, 2007, (22) .
[3] 刘政治. SMW工法在基坑围护结构中的应用探讨[J].探矿工程(岩土钻掘工程), 2008, (10) .
[4] 李建强,张敬起. 深基坑围护结构及地下水降水施工[J].天津建设科技, 2007, (S1) .
[5] 汤云海, 宦冬樱. 某工程基坑支护位移沉降原因分析及其处理[J]. 山西建筑, 2010
5.1地下管线的应急预案
地下管线在城市中是很普遍的,在地下结构施工时也必然会遇到,所以,查清地下管线的位置和数量是地下结构施工的必要程序。在改移管线时最好让专业施工人员进行,如果在施工过程中地下管线出现沉降现象时,施工单位应立即停止施工,要查明原因阻止管线下沉。一般情况都是由于基坑开挖、施工降水导致地下管线下沉,这时要采取用注浆加固措施来防止地下管线下沉。对于横跨基坑的那些地下管线,一般采取在基坑两侧设置支墩,将地下管线吊在型钢上这种措施,来防止地下管线下沉。
5.2 基坑纵向边坡失稳滑坡应急预案
基坑纵向边坡失稳滑坡是可以预防的,其预防措施有:
(1)严格控制基坑开挖坡度。
(2)开挖前和开挖过程中均采用具有针对性的降水措施,保证基坑处于干开挖状态。
(3)暴雨来临之前所有边坡应铺设塑料膜防止暴雨冲刷,同时在坡脚设置大功率水泵抽水,防止坡脚浸水。
(4)如果遇到特殊情况,需要基坑停工较长时间,应在平台、基坑边和坡脚设置排水明沟和积水坑,并派专人抽水值班。
(5)在进度允许的条件下尽量采用少开工作面的形式,避免暴露太多的基坑工作面。
(6)坡顶严禁堆积荷载,坡顶不允许设置便道。
(7)杜绝任何流入基坑边坡内的水源。
5.3围护结构地面沉降位移应急预案
围护结构地面沉降位移主要是由于降水引起周围地面沉降。理论上降水曲线包在基坑内,不会大幅影响周围环境,如果发生降水引起周围地面沉降只有二种可能:围护结构存在大的孔洞或降水深度过大,发现这一情况应立即停止基坑内降水,并组织修坡,加大基坑纵坡比防止纵坡失稳;随后查找原因,如果是第一种情况应暂停施工,采取技术措施修补缺陷,避免更加严重的后果;如果是第二种情况,则应限制抽水深度。对周围建构物可采取回灌或跟踪注浆方法保证其安全。
5.4坑底变形应急预案
开挖时应分层、分段开挖,开挖土方应采用中心岛式开挖,每层开挖深度不得超过土钉以下0.3m,分段开挖长度一般不得超过20m,开挖时应严格按间隔开挖的方式进行。
5.5支撑失稳应急预案
钢结构、钢筋混凝土结构和组合结构是组成基坑支撑体系的3种形式。这3中不同的支撑单独使用或者组合使用在实际情况中都可以。
5.5.1 防治措施
(1) 支撑系统的设计计算应按《建筑基坑支护技术规程》支撑体系计算规定设计。
(2) 对工程的具体情况,如土质情况,施工单位等,设计时在安全系数方面可予适当考虑,对建设单位要求节约应通盘研究考虑。
(3) 选择适合基坑要求的支撑类型,面积不大或长条形基坑可选择厚壁钢管支撑或型钢支撑;块状大面积基坑可选择钢筋混凝土支撑;面积较大且不规则基坑,可选择组合结构支撑体系,不规则部位采用钢筋混凝土结构支撑,矩形或条形部份采用厚壁钢管支撑或型钢支撑。
6.总结
该工程基坑维护方案定型后,经过了专家论证,获得一致通过。在施工过程中,严格按施工方案进行施工,同时做好对基坑周边变形的检测工作,于2009年11月施工支护完毕。工程目前已经完成基础施工进入主体施工阶段,基坑周边未发现明显的裂缝。基坑变形监测数据表明基坑未产生明显的变形,周边居民正常生活未受到影响。该工程基坑围护经历了雨雪等恶劣天气及时间的考验,效果良好。通过以上实例可以看出,选择合理的围护方案,可在确保基坑稳定的前提下,加快施工进度,也可以降低工程造价。
参考文献:
[1]丁思刚.基坑围护结构施工及其应急预案[J].安徽建筑,2006,(02).
[2] 宋桂芝. 基坑开挖及围护方案[J].科技资讯, 2007, (22) .
[3] 刘政治. SMW工法在基坑围护结构中的应用探讨[J].探矿工程(岩土钻掘工程), 2008, (10) .
[4] 李建强,张敬起. 深基坑围护结构及地下水降水施工[J].天津建设科技, 2007, (S1) .
[5] 汤云海, 宦冬樱. 某工程基坑支护位移沉降原因分析及其处理[J]. 山西建筑, 2010