胡汝蘭
(天津市市政工程設計研究院 ,天津300051)
根據某工程的地質報告,雨水泵站尺寸為L×B×H=39.90 m×23.50 m×10.20 m。該工程采用分三步開挖的施工方案。圍護方案采用鉆孔灌注樁作護壁結構,外加深層水泥攪拌樁作止水帷幕,設一道鋼筋混凝土冠梁支撐結構。支撐采用斜撐與直撐相結合的形式。圖1為基坑支護平面圖。
圖1 基坑支護平面圖(單位:mm)
基坑上口打單排雙頭水泥土攪拌樁止水帷幕,基坑采用灌注樁支護,并設置橫向水平鋼支撐?;拥闹稳坎捎忙?09鋼管。為了使跨度較大的支撐具有良好的穩定性,在坑內打設立柱樁,用鋼立柱和聯系梁將各道支撐結合成穩固的支撐體系。從上至下共設置2道鋼支撐與地下預埋鋼板焊接,使整個圍護體系形成一個穩定的支撐受力系統。圖2為工具柱與橫撐連接詳圖。
(1)該工程基坑內降水設計:采用大口井降水+排水溝集水井方式。
(2)在基坑內設置5口降水井,井深均為15 m,降水井開孔直徑φ700 mm,下φ500 mm的無砂混凝土濾水管,管壁周圍填筑3~8 mm級配良好的碎石。大口井降水將地下水位降至坑底以下1 m。
(3)在每一級開挖面的下坡腳與基坑底設集水溝和集水井。排水溝寬度為0.4 m,深0.4 m,排水溝側壁距離下坡腳不小于0.3 m,集水坑(600 mm×600 mm×1200 mm),集水坑間距不大于20 m。每個集水坑內設置1臺潛水泵,通過水龍帶排至基坑外的現有管道內。
(4)排水溝和集水坑的側壁可采用天然土質邊坡,基坑施工期間應加強對排水溝和集水坑的維護,保持水流暢通。為保證側壁的安全,可根據現場情況,必要時可采用竹片、擋土板或磚砌等進行臨時簡易加固。
(5)在二級開挖的基坑上口的邊緣外側1.50 m處,灌注樁外側打單排雙頭水泥土攪拌樁止水帷幕,攪拌樁直徑φ700mm,雙頭樁心距400mm。咬合300 mm,樁長13.35 m,采用4.25級普通硅酸鹽水泥,要求水泥摻入量大于等于15%。28 d水泥土無側限抗壓強度0.8~1.00 MPa。圖3為水泥攪拌柱咬合圖。
圖2 工具柱與橫撐連接詳圖(單位:mm)
圖3 水泥攪拌柱咬合圖(單位:mm)
(6)在基坑上口設置1 500 mm寬,100mm厚的混凝土護頂,并在距坑邊1 000 mm處,砌寬為120mm,高為240mm的止水墻以防止雨水進入基坑。施工前,要在地面設置排水溝,將地表水引走,并防止雨水進入基坑(見圖4)。
圖4 地面護頂排水溝示意圖(單位:mm)
(7)施工期間應隨時對地下水位進行監測。施工場地周邊應設置4口以上監測井,深度不小于13 m,以觀側地下水位。如遇水量加大,基坑周邊現狀道路、河道水位變化等情況,施工單位應做好預案。
基坑圍護結構設計:由于基坑較深且場地周圍有一定的放坡空間,采用坡率法與灌注樁結合的方法進行支護,并設置混凝土冠梁、腰梁及水平鋼支撐。選用灌注樁結合水平橫向鋼支撐體系。
鉆孔灌注樁采用C30混凝土,保護層厚度50 mm,直徑φ800 mm,間距1m,樁長12.20 m,嵌固深度為6.45 m,樁端進入粉質粘土層。在樁頂設置一道冠梁,截面尺寸1 000 mm×800 mm,這種結構具有剛度大、變形小,結構受力合理,承載能力大,桿件布置簡潔,施工空間開闊等優點。冠梁頂標高-1.350 m,采用C30級混凝土,保護層厚度40 mm,冠梁務必與灌注樁可靠連接。
為了解決冠梁、腰梁受壓失穩問題,冠梁、腰梁與灌注樁聯成一體,聯接方法:將φ800 mm灌注樁與冠梁、腰梁的連接鋼筋,應預先按各層冠梁、腰梁設置的標高焊接在灌注樁的鋼筋籠內,澆注冠梁、腰梁時應將灌注樁與冠梁、腰梁連接部鑿毛并伸直冠梁、腰梁的預埋鋼筋,再澆注冠梁、腰梁以提高灌注樁與冠梁、腰梁的整體剛度。
鋼支撐選用φ609×16厚壁鋼管作水平橫向支撐,折角(八字)處用斜支撐加固。
基坑開挖支護過程分7個步驟:
(1)放線定位。
(2)鉆孔灌注樁施工。
(3)打水泥土攪拌樁止水帷幕。
(4)以1:2坡率放坡開挖至-0.35 m標高處,并對坡面進行掛鋼筋網+噴漿護壁護坡。
(5)在-0.35 m標高層開挖出6 m寬工作平臺后,局部超挖施作冠梁(GL),待強度達到要求后,設置水平鋼支撐。在施工期間,橫撐上只允許施加不超過1 kN/m的施工荷載。
(6)進一步向下開挖至第二層腰梁層,施作腰梁(YL),待強度達到要求后,設置水平鋼管管支撐。
(7)繼續向下開挖,直至坑底。
基坑開挖時應遵循與設計工況一致,遵循“開槽支撐、先撐后挖、嚴禁超挖”的原則,其挖土方法和支撐順序應與設計工況相一致。在每一級開挖中,施工單位應根據施工組織的需要,預留施工通道,滿足車輛的運輸條件。土方開挖采用機械大開挖,最大開挖深度9.55 m,基底預留200~300 mm人工清底。
基坑開挖安全技術措施:
(1)開挖深度嚴格按照基坑結構施工圖進行,不得超挖。
(2)對面積較大的基坑,土方宜采用分區、對稱開挖的施工方法,應充分重視控制基坑變形,盡量加快支撐施工進程,減少基坑在無支撐情況下的暴露時間。
(3)嚴格控制土方開挖相鄰區的土體高差(高差不大于1.0 m),放坡在粘性土層中可根據現場情況采用1:1~1:1.5(垂直:水平),基坑開挖較深時,應防止挖土過快、邊坡過陡,造成卸載過快而引起土體失穩、基底涌土、樁身傾斜等嚴重后果。
(4)加強地面排水設施管理,并在基坑四周設置擋水墻,避免地面的水流入基坑,影響基坑穩定。
(5)基坑開挖后,如發現坑底土質與勘查報告不符合,應及時向業主、監理和設計單位共同研究解決。
(6)開挖過程中,如果出現圍護結構的滲水、滲泥現象,應及時注漿補漏。
(7)機械挖土至坑底標高以上20 cm左右的土方應采用人工修土,以保證原狀土的完好,基坑開挖至設計標高后,應清除浮土,經驗槽合格后,方可進行下一工序的施工。
(1)水平位移:沿基坑四周支護頂設若干水平位移監測點,觀測支護結構在土方開挖及泵站施工期間的側向變形,監測點數及位置按照《建筑基坑工程監測技術規范》相關規定確定。
(2)沉降:沿基坑周邊布置若干沉降觀測點,觀測土方開挖及泵站施工對周圍土體及現狀道路的影響,監測點數及位置按照《建筑基坑工程監測技術規范》相關規定確定。
(3)地下水位測量通過孔內設置水位管,采用水位計測量,精度不宜低于10 mm。
(4)鋼支撐監測截面設置在支撐距離端頭或兩支點間1/3部位,并避開節點。
(5)其它檢測項目按照《建筑基坑工程監測技術規范》相關規定確定。
(6)觀測頻率:
水平位移觀測及沉降觀測:開挖深度小于或等于設計深度時或者底板施工過程中,每天觀測1次,底板澆搗完畢后,每周觀測2~3次,施工到室外回填完畢,周邊沉降穩定,再觀測1次結束。
觀測頻率可根據觀測結果進行適當的調整,即觀測較為穩定時,可減少觀測次數,觀測結果變化較大或遇暴雨異常情況時,應加密觀測次數,并采取相應應急措施。
(7)鋼板樁及鋼支撐質量控制與檢驗:
支撐安裝的容許偏差應滿足:
a.支撐中心標高及同層支撐頂面的標高差應小于30 mm。
b.支撐兩端的標高差:不大于20 mm及支撐長度的1/600。
c.支撐繞曲度:不大于支撐長度的1/1000。
d.支撐水平軸線偏差:不大于100 mm。
e.支撐體系構件的拼接采用焊接,要確保焊接質量。
f.鋼板樁應在現場開挖至標高-0.350 m時開始施工,同時鋼板樁應滿足以下條件:垂直度小于1%,彎曲度小于2%L,樁長不小于設計長度。
g.預壓頂力偏差:±50 kN。
(8)灌注樁應按照相關規范要求進行檢測:
a.樁位偏差,軸線和垂直軸線方向均不宜超過50 mm。垂直度偏差不宜大于0.5%。
b.樁底沉渣不宜超過200 mm。
c.宜采取隔樁施工,并應在灌注混凝土24 h后進行鄰樁成孔施工。
d.應采用低應變動側法對樁身質量和完整性進行檢測,檢測數量不應少于總樁數的10%,且不得少于5根。
(1)對于較深的基坑,支撐位置的確定,力學模型的設計、計算方法的選定非常重要。
(2)在水位較高地區,采用止水帷幕坑內降水,坑外不降水的方法是保證周圍建筑及地下管網安全的有效方法。
(3)深基坑支護及開挖過程中,進行圍護監測是十分必要的。
[1]GB50497-2009,建筑基坑工程監測技術規范[S].
[2]YB9258-97,建筑基坑工程技術規范[S].
[3]JGJ120-99建筑基坑支護技術規程[S].
[4]JGJ94-2008,建筑樁基技術規范[S].
[5]GB50330-2002,建筑邊坡工程技術規范[S].
[6]JGJ/T111-98,建筑與市政降水工程技術規程[S].