谷山大厦基坑支护设计与施工.doc

谷山大厦基坑支护设计与施工谷山大厦 谭志强一、 工程概况及周边环境介绍“谷山大厦”位于襄阳市樊城区长虹路东侧，再尔广场北侧；由主楼和裙楼组成，主楼29层，裙楼4层，地下室2层。基础埋深为10.3m；地面整平标高为67.00m；设计0.000相当于高程67.70m。地下室基坑平面上呈长方形；基坑设计长为143.60m，宽为50.80，周长为382.45m，基坑面积为6976.5m2。基坑周边环境分述如下：1、基坑北侧基坑北侧西段为加油站场地及加油站一层办公楼，地下室外墙线距加油站场地最小距离为5.95m；基坑北侧中段为1-2层砖混结构房屋；基坑北侧东段为空场地，现为门球场地。2、基坑西侧基坑西侧为长虹路，是襄阳市城市主干道，地下室外墙线距长虹路围墙最小距离为8.77m。距围墙外墙线1.5人m行道下有天然气管道，埋深0.9-1.2 m3、基坑南侧基坑南侧为再尔广场，再尔广场为6层砖混结构，采用天然地基，基础埋深1.8m。地下室外墙线距再尔广场最小距离为21.95m。4、基坑东侧基坑东侧为二层砖混结构商业用房，采用天然地基，基础埋深1.5m。地下室外墙距商业用房最小距离为5.54m。二、 地质水文概况（一）工程地质条件根据武汉丰达地质工程有限公司襄阳分公司提供的襄阳市谷山大厦场地岩土工程勘察报告，场地在勘探深度范围内所分布为一套第四系全新统（Q4）冲洪积地层。上部为杂填土；中部为粉质粘土、含砾粉质粘土；底部为圆砾及卵石等。根据钻探揭露并结合原位测试成果，拟建物场地在勘察深度（37.9m）范围内共有四大力学层，其岩性特征简述如下：层 杂填土(Qml):杂色，松散，主要由粉质粘土及少量的碎石、砖块、混凝土等建筑垃圾组成，成分不均一，力学性质不稳定，其顶部含有30cm厚混凝土。全场地均有分布，层厚1.2-3.3m,平均厚度约2.46m。-1层 粉质粘土（Q4al+pl）：褐黄色，硬塑，局部为可塑状态，可见白色蒙脱石条带，无摇震反应，干强度高，韧性强，稍有光泽，全场地均有分布，层厚1.6-5.4m，层顶高程63.10-65.40m，平均厚度约3.64m。-2层 粉质粘土（Q4al+pl）：褐黄色，可塑，含黑色铁锰质结核及灰色斑点，可见白色蒙脱石条带，无摇震反应，干强度高，韧性强，稍有光泽，全场地均有分布，层厚2.8-6.3m，层顶高程59.19-62.22m，平均厚度约4.37m。-1层 含砾粉质粘土（Q4al+pl）:杂色，饱和，密实，局部为中密，主要由粉质粘土及圆砾组成。圆砾砾径为1-6cm，呈圆状、次圆状，局部地段为圆砾并夹少量卵石，胶结程度高，胶结物成分主要为硅质、钙质，全场地均有分布，层厚0.6-2.7m，层顶高程55.39-57.09m，平均厚度约1.39m。-2层 含砾粉质粘土（Q4al+pl）:杂色，饱和，中密，主要由粉质粘土及圆砾组成。圆砾砾径为1-4cm，呈次圆状，局部夹少量卵石，胶结程度高，胶结物主要为硅质、钙质，仅分布于K15、K16+C5、K17、K18+C6孔，层厚1.7-2.3m，层顶高程55.66-56.22m，平均厚度约2.0m。-1层 圆砾（Q4al+pl）:杂色，饱和，中密，主要由硅质岩、白云岩、大理岩及燧石组成，局部夹卵石。砾径一般为2-3cm，大者可达3-5cm，次圆状-圆状，中粗砂充填，仅分布于K6、K9+C4、K15、JK4、JK5孔，层厚2.5-7.1m，层顶高程53.95-55.61m，平均厚度约4.54m。-2层圆砾（Q4al+pl）: 杂色，饱和，稍密，主要由硅质岩、白云岩、大理岩及燧石组成，局部夹卵石。砾径一般为1-2cm，次圆状-圆状，中粗砂充填，仅K9+C4、K15两孔缺失，层厚2.2-11.6m，层顶高程50.23-55.91m，平均厚度约7.82m。-3层卵石（Q4al+pl）: 杂色，饱和，中密，主要由硅质岩、白云岩、大理岩及燧石组成，局部夹砾石。粒径一般为4-8cm，次圆状-圆状，中粗砂充填，仅K8、K9+C4、K15孔缺失，基坑孔未揭穿，层厚1.2-6.9m，层顶高程43.27-50.61m，平均厚度约2.86m。-4层卵石（Q4al+pl）: 杂色，饱和，密实，主要由硅质岩、白云岩、大理岩及燧石组成，局部夹砾石。粒径一般为3-8cm，次圆状-圆状，中粗砂充填，仅分布于K8、K9+C4、K15孔，层厚1.4-3.6m，层顶高程44.65-47.76m，平均厚度约2.47m。-5层卵石（Q4al+pl）: 杂色，饱和，密实，主要由硅质岩、白云岩、大理岩及燧石组成。粒径一般为5-8cm, 大者可达20cm，次圆状-圆状，中粗砂充填，局部含少量砾石，全场地均有分布，层面起伏不大，层顶高程40.39-44.82m，最大揭露厚度为14.7m。（二）水文地质条件场地上部层杂填土，结构松散，孔隙度变化大，含少量的上层滞水，水位和水量受大气降水及地表水的影响；中部为粉质粘土，可视为相对隔水层；其下部为圆砾及卵石层，透水性和含水性均较好，含丰富的孔隙水，具微承压性，与拟建物场地南侧汉江有紧密的水力联系。平常期地下水补给汉江，洪水期地下水受汉江的补给；本次勘察期间，测得地下上层滞水水位埋深1.5-2.0m（相当于绝对高程64.49-65.27m）。根据CSK1（K9+C4）孔抽水试验报告数据显示场地孔隙承压水静水位埋深为5.6m（相当于绝对高程61.24m）。据调查，拟建物场地地下承压水年平均水位变化幅度为2.8m，水位比较高的时间为7-11月。抽水试验水文地质参数建议值：渗透系数（K）34.70m/d，影响半径（R）388.0m，地下水涌水量（Q）62.16m3/h。三、 基坑特点与支护设计方案介绍（一）基坑特点（1）主楼基坑周边环境条件一般，基坑一旦失稳社会影响巨大本工程建设用地原为建材市场，现已拆除，建筑用地范围内已拆迁整平。地下室西侧为城市主干道，且人行道上管网密集；东侧和南侧有建筑物分布，均采用天然地基。基坑周边环境北侧条件一般。由于基坑位于闹市区，一旦基坑失稳社会影响巨大，经济损失严重。（2）基坑面积较大，开挖深度较深本基坑在襄阳市区内属规模较大的基坑。地下室设置两层，基坑最大开挖深度大于10m，目前在襄阳市区内属深度最大的基坑。（3）基坑土质条件较好，水文地质条件复杂基坑侧壁上部为杂填土，基坑中下部主要为可塑-硬塑状粉质粘土、含砾粉质粘土，根据勘察资料分析，基坑侧壁土质总体情况较好，有利于基坑边坡稳定。基坑下部砂砾石层中赋存承压水，由于基坑开挖深度较大，基坑开挖会产生突涌，应进行相应的降排水措施。根据以上基坑特点分析，基坑最大开挖深度大于10m，邻近建筑物距基坑最近处小于一倍基坑深度，基坑水文工程地质条件较复杂，根据基坑工程技术规程DB42/159-2004标准判定，本基坑工程重要性等级为一级。（二）基坑支护及地下水控制方案选择1、基坑支护结构形式选择襄阳市目前基坑支护的种类较多，如放坡开挖、喷锚网支护、悬臂式排桩、锚固式排桩、内支撑式排桩等，根据大量基坑工程的成功实践经验，考虑“安全、经济、施工方便”的原则 ，对基坑支护方案选择对比如下。F放坡放坡是一种最经济的支护方式，对于周边环境较为开阔，对基坑开挖深度较浅、变形要求不高区域可采用。坑底土质软弱时可分阶放坡，放坡占用场地空间较大，土方开挖量及回填也较大。本工程基坑深度大，采用分阶放坡占用空间大，基坑周边无足够放坡空间，西侧场地需留作施工料场和设置塔吊亦无足够放坡空间，因此单纯放坡不宜采用。F喷锚支护喷锚支护方案具有工期短，造价低等优点，目前在襄阳市得到广泛应用。适用于填土、粘性土及岩质边坡，支护深度不宜超过6m。对土质要求高，支护结构位移大，锚杆需伸入邻地，施工作业较短，不占用独立的工期，造价较低。由于本基坑深度大于10m，分阶放坡无足够空间，因此喷锚支护不宜单独采用。F悬臂式排桩对土质条件要求低，支护位移小，有污染，需占用施工时间及养护期，施工时间长，造价较高。悬臂高度不宜超过6m，对深度大于6m的基坑可结合冠梁顶以上放坡卸载使用，桩端嵌入密实的卵石刚度较大的悬臂高度可以超过6m。由于本基坑深度大，单独采用悬臂式排桩桩长大，配筋量大，工程明显不经济，同时桩顶位移也较大，因此本基坑不宜采用。F锚固式排桩对土质要求低，支护位移小，有污染，需占用施工时间及养护期，施工时间长，造价高。可用于不同深度的基坑，支护体系不占用坑内空间，但锚杆需伸入邻地，有障碍时不能设置。支护桩整体刚度较大，控制变形能力较好，基坑开挖对周边环境影响较小，施工工艺较成熟。F内支撑式排桩本支护方案在襄阳采用较少，其特点是对土质要求低，可用于不同深度的基坑和不同土质条件，变形控制要求严格时宜采用。缺点是支护体系需占用基坑范围内的空间，土方开挖不方便，需占用施工时间及养护期，施工时间长，支护费用较高，其布置应考虑后续施工的方便。综上所述，设计最终选定方案为：基坑上部采用喷锚（放坡）支护，下部采用桩锚的组合支护体系。以上方案的选定充分地体现了经济安全、因地制宜的思想。基坑上部土质条件较好，周边有一定的放坡空间，采用喷锚支护可充分利用上部土层的自稳性；下部采用桩锚支护体系可有效地控制基坑变形，同时桩顶适度放坡可大大削减土压力，更重要的是将桩顶以上土体通过“加筋土”方式转化为超载作用于桩顶，使荷载重心明显降低，降低桩身弯距，减小桩身截面和配筋。2、地下水控制方案选择1）上层滞水控制上层滞水水量一般不大，受大气降水及生活用水补给，可采用明排方式解决，基坑底四角设置集水井，将基坑内的水排出坑外。对出水量较大的地方应查明来源，能堵截其来源是根本，如无法堵截则在坡面采用泄水孔疏导。2）砂卵石层中承压水控制基坑电梯井最大开挖深度为13.00m，高程为54.00m。砾石层渗透性能为强透水性，最高水位64.0m，具承压性。基坑底板位于含水层，基坑开挖后会产生突涌。因此基坑应进行降水措施，基坑降水应在基坑开挖前完成降水井的布设，并提前降水使地下水位于开挖面以下0.51.0m。四、 基坑支护施工总结“谷山大厦”基坑从2012年12月开始支护施工到2013年5月10日完成两层地下室结构施工共用时120多天（除去春节放假一个月）。我从基坑支护设计开始、到支护方案通过湖北省深基坑工程咨询审查专家委员会审查、最后到方案在现场施工监督落实，均全程参与；有如下体会：1、一次做成功最省钱。这几年随着襄阳经济的日益发展、深基坑工程不断增多；许多开发商、建设单位对基坑支护不够重视，认为基坑支护不过是临时性工程。有的不做专业设计自行凑合；有的随意更改方案、压缩支护工程费用；再加上施工过程中有意无意的偷工减料导致基坑工程险情时有发生。现在的基坑工程出现事故，损失都是以百万计，有的达到千万。基坑工程虽是临时性工程，但是主体工程的必要保证。所以我说“基坑工程一次做成功最省钱”。离开了这个指导思想、只一味的省钱，基坑工程就容易出毛病。谷山大厦主管项目的范总是工程施工界的专家，他对基坑安全很重视，多次对方案进行比对讨论。他的支持是谷山大厦基坑工程成功的重要基础。2、支护方案应因地制宜。基坑工程是计算与经验相结合的科学。基坑支护方案设计时应强调从工程实际的工程地质条件、水文地质条件、周边环境、主体工程对基坑的要求出发。这些约束条件是方案选择的依据。俗话讲药要对症，药到病除。基坑工程也是这个理。基坑支护方案的选择一定要因地制宜。谷山大厦基坑没做止水帷幕，不意味着其他工程也可以不做。不同工程的经验可以借鉴，但不能照搬。3、土方开挖原设计采用坑内放坡分层分段，因为土方运输车辆爬坡能力有限，及支护施工的需要改为反铲挖掘机两级接力、分层分段挖土。这样减少了反复垫砖渣路的时间和费用；不用爬坡，单车装土方量也大为增加。土方运输出口原设计在西南角，但该处位于工地门口较近、场地狭小无转弯半径；且开挖后深度较大并与A幢塔楼结构施工作业面冲突，不合适放弃。选择从地下室汽车坡道出土要穿越整个基坑最长边，可能导致荷载加大、该地段支护桩要重新加大加高；这个也不合适。后确定在两栋塔楼的中间的裙房处，选择临近西边的一跨做出土停车平台及道路。该处先行开槽支护施工后回填压实，作为整个基坑施工期间的土方运输出口。这样运土车辆不用穿越整个基坑长边，减少了支护桩调整费用、提高了安全系数，增加了主体施工作业场地、作业面。整个施工方案调整为中心岛式开挖；年前重点完成支护施工（年前分段分层开槽做喷锚支护、冠梁、锚杆、围囹；开槽土方外运），年后大量出土方、及时跟进底板地下室施工。这样安排施工是根据基坑方案的特点及施工所处的时段决定的。因为2013年2月份为春节，施工可能中断近一个月。如果不分主次、眉毛胡子一把抓，作业面容易冲突；水泥混凝土龄期达不到、强度增长是个问题；结构施工跟上吧，和基坑内支护班组、土方班组交在一起一团糟；不跟上吧，基坑容易长时间暴露。调整后根据时间节点分主次、流水有序；即使春节休息一个月，也只是暴露开槽支护的一部分；就是有点险情，也可以用基坑中心的留土及时回填反压。4、锚杆孔原设计洛阳铲成孔，效率低、劳动强度大；施工方案改为压水钻机成孔，适合本工程地质，速度快。5、降水井井管原设计全部为6mm厚钢管，后改为穿越底板处采用3m长6mm厚钢管、其他部位改为水泥管；既降低了造价又满足了底板防水、封井需要。第一口降水井成功后试抽，水中带砂较多，后调整为滤水管外包一层竹帘、两层60-80目尼龙滤网、一层钢滤网较好。6、结构施工及时跟进。基坑支护的目的是为了保证地下室结构施工。结构施工的快速跟进也是保证基坑工程成功的重要因素。基坑暴露时间越长，不确定因素越多，基坑失稳的危险越大。谷山大厦根据工程图纸后浇带的位置把地下室分为四个工作段。每个工作段每个工序的工期细化到哪一天哪一点交工作面。谷山大厦两层地下室工程共用时40天，完成10010平方米；抢在襄阳地区雨季之前完工。五、 基坑工程常见病害及不良地质地段处理对策针对基坑工程可能出现的一些险情，我们对常见病害和不良地质地段支护、加固经验预先做了一些收集，形成预案，以备不时之需。有一些在谷山大厦基坑工程用上了。与武汉、上海这些大城市相比，襄阳的深基坑出现较晚；高度专业化的基坑工程设备、材料、施工队伍比较缺乏。我们需要在总结分析这些地区的工程案例基础上，形成自己的思路和经验，学会用简洁的方法处理复杂的问题。（一） 坑壁流砂流砂是土体的一种现象，通常细颗粒、颗粒均匀、松散、饱和的非粘性土容易发生这个现象。流砂发生的原因是由于土体中的水存在压力差，水对土体产生渗流力。如果单位颗粒土体受到的孔隙水压力大于或等于其自身重力，则土体发生悬浮、移动。防治流砂的途径有：一是减小或平衡动水压力；二是设法使动水压力向下；三是截断地下水流。在土体开挖过程中，遇有流砂现象时，应及时查明流砂出现的具体位置及相应的地质条件、流砂出口的形状及范围、流砂量的大小。一般可以采取如下步骤处理：（1）填堵封口：当开挖土体、墙上出现流砂时,应停止挖土。流砂从孔洞或裂隙中涌出时,先用棉絮、麻袋、稻草束堵塞孔洞或裂隙。然后再在填塞物中注入水泥浆水玻璃浆液。（2）打孔注浆封堵流砂：如上述方法不能堵住流砂,应用土回填堵住流砂口,然后在流砂口附近采用风钻从支挡结构内向外打斜孔,孔径宜为4. 0cm,孔深根据孔的斜度及流砂部位确定。在孔中注入水泥水玻璃浆液,浆液通过双液注浆泵压入墙后的土体内。（3）在地表沿支挡结构外侧垂直钻孔注浆：如上述方法仍不能堵住流砂,应选地表避开地下管线的部位,在地连墙外侧打垂直钻孔进行注浆封堵流砂。采用轻型钻机打孔,孔深根据流砂的部位确定,浆液采用水泥浆水玻璃浆液,用双液注浆泵将浆液注入流砂地段的土体中。（二） 坑壁渗水基坑侧壁渗水时，要及时准确查找分析原因，采取针对性措施，不能一味盲目封堵。要看水量大小、是否带砂、出水部位等状况采取疏堵结合、区别对待。坑壁渗水的原因主要有以下方面：(1)垂直止水帷幕存在缺陷（基坑有止水帷幕时）；（2）浅部下水系统有渗漏；（3）基坑边缘承压水未降到必要的高程，引起渗漏；（4）工程场地地下承压水与附近江河湖有水力相通，存在水力联系引起渗漏；（5）基坑周边排水管道存在破损或者工程自用沉砂池、排水池防水存在缺陷，引起降水井抽出的水回灌基坑。谷山大厦基坑就出现这种情况。1#沉砂池在试抽水没几天，在靠近基坑的边沿出现渗漏，停井后消失。后采取重作沉砂池防水。抽水一段时间后，2013年2月16日又在西北角上部护坡出现渗漏，插管导流，水越来越大。起初怀疑为周边场地不明渗水，后采用示踪法（在沉砂池出水口投入纸屑或碎泡沫）发现为降水井抽出的水回灌。因找不到入水口，就在顺出水口上游2m处下挖找到废弃下水管，及破口在迎水面填塞旧衣服减弱水势，再填入基坑内挖出的粘土夯实闭气。直到地下室完工未见渗漏。经分析，废弃管道原处于阻塞状态，随降水井不断启用，水量大不断冲刷，管道通开险情出现。坑壁渗水一般表现为：1、 点状渗水：谷山大厦基坑由于未做止水帷幕，上部放坡喷锚施工时、局部坡面出现点状水印。随即安排施工队凿开水印部位，插入反滤导水管，汇入集水坑明排。2、 面状渗水（坑壁出汗）：基坑坑壁出水面积大、单点出水量不大、一般不带砂（或砂很少），像人的面部出汗一样。多出现在桩间土部位。这种情况的出现，由于有渗流动水，容易导致桩间土护面混凝土很难喷锚施工；也容易导致桩间土垮塌。可以采用在钢筋网与土壁间衬块状海绵、彩条布；分块插导流管。喷射混凝土时宜掺加速凝剂、从上到下喷射施工。（三） 锚杆孔涌水锚杆孔涌水会导致注浆困难甚至无法注浆。谷山大厦基坑在西北角、东南角-7.9米锚杆孔位出现两处涌水、水量接近15号水龙头大小。经观察为清水，并且两处锚杆孔位于基坑阴角处。决定对该处孔废弃，插管引流至明集水坑排出。锚杆孔涌水一般可采取如下方法：1、锚杆孔移位重打；2、在其下部钻导流孔后注浆；3、采用海带、稻草束等填塞减弱水势后加速凝剂注浆；4、采用插入导流管，填塞稻草束、旧衣服隔离减弱水势后注浆；5、水压平衡法注浆:插入导流管封死锚杆孔口、然后提高导流管至一定高度，使孔内形成静水面后注浆。（四） 坑底突涌（管涌）突涌是承压水头大，降水不力，防护层破坏，需要应急处理；管涌是隔水帷幕失效或渗漏引起的渗透破坏；在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失。管涌主要发生在内部结构不稳定，级配不连续的砂砾石层中 。突涌和管涌既有区别又有相似之处。突涌和管涌多是涌水带砂。特别是在基坑集水坑、电梯坑等局部加深部位基坑开挖削薄隔水层后最易发生。突涌（管涌）处理措施：查清水源及原因，采取截断、降水，对滞水采用排泄、疏导等措施。处理原则是防止涌水带砂，而留有渗水出路。这样既可使砂层不被破坏，又可以降低附近渗水压力，使得险情得以控制和稳定。可以采用：1、反滤围井 ；在管涌口用麻袋、编织袋装土填筑围井，井内同步铺填反滤料。当涌口较小时，也可用短节PVC管、无底水桶或油桶做围井。反滤围井一般用以处理单个管涌或管涌数目虽多但比较集中的情况。2、反滤压盖 当出现大面积管涌或管涌群时可采用透水性好的砂石、稻草麦秸等材料压盖管涌出口。（五） 淤泥地质地段对于淤泥地段，由于抗剪强度低、承载力弱，常容易出险情。这时可以采用密排木桩加固和支撑。密排木桩之前，先用挖掘机挖除地表土卸载，以减少土体对木桩的侧压力。一般挖除范围3-4m，深度1.5-2m（也可根据现场实际情况调整）。木桩要用松木，不要用杉木。木桩小头尾径 120，长度根据现场地质质料计算确定。小端可削成30cm长的尖头，利于打入持力层。然后用挖掘机对木桩逐根挤压入土，且进