桩锚结构在超大型深基坑工程中的应用.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除桩锚结构在超大型深基坑工程中的应用 摘要：建筑深基坑钻孔灌注桩+ 锚索支护结构是将受拉杆件的一端固定在开挖基坑的稳定地层中，另一端与围护桩相联的基坑支护体系，它是在岩石锚杆理论研究比较成熟的基础上发展起来的一种挡土结构，安全经济的特点使它广泛应用于边坡和基坑支护工程中。另外，在基坑内部施工时，开挖土方与桩锚支护体系互不干扰，能有效的缩短工期，尤其适用于复杂施工场地及对工期要求严格的基坑工程。 昆明市西山区螺蛳湾中央商务区（二级CBD）二期建设项目基坑采用多种围护形式相结合的施工方案，包括旋挖灌注支护桩、预应力锚杆、高压旋喷桩、水泥搅拌桩、混凝土结构支护。通过合理安排支护施工、降水、土方开挖等工序，并结合基坑监测，经济合理地完成了超大型基坑的支护和土方开挖，保证了基坑和周边建筑物的安全。前言 基坑工程是一个古老而具有时代特点的岩土工程课题，放坡开挖和简易木桩围护可以追溯到远古时代.事实上，人类土木工程的频繁活动促进了基坑工程的发展.特别是在20世纪，随着大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现，对基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多，迫使工程技术人员须从新的角度去审视基坑工程这一古老的课题，导致许多新的理论、新的经验或研究方法得以出现与成熟.基坑支护工程的内容一般包括以下几点： 1、岩土工程勘察与工程调查。 确定岩土参数与地下水参数；测定邻近建筑物、周围地下埋设物（管道、电缆、光缆等）、城市道路等工程设施的工作现状并对其随地层位移的限值作出分析。 2、支护结构设计。包括挡土墙围护结构（如连续墙、柱列式灌注桩挡墙）、支承体系（如内支撑、锚杆）以及土体加固等；支护结构的设计必须与基坑工程的施工方案紧密结合，需要考虑的主要依据有：当地经验，土体和地下水状况，四周环境安全所允许的地层变形限值，可提供的施工设施与施工场地，工期与造价等。 3、基坑开挖与支护的施工。包括土方工程、工程降水和工程的施工组织设计与实施。 4、地层位移预测与周边工程保护。地层位移既取决于土体和支护结构的性能与地下水的变化，也取决于施工工序和施工过程。如预测的变形超过允许值，应修改支护结构设计与施工方案，必要时对周边的重要工程设施采取专门的保护或加固措施。 5、施工现场量测与监控。根据监测的数据和信息，必要时进行反馈设计，用信息化来指导下一步的施工。深基坑支护技术的现状现代大城市的高层建筑基坑具有深、大的特点，挖深一般在1520m 之间，宽度与长度达100m.基坑邻近多有建筑物、道路和管线，施工场地拥挤，在环境安全上又有很高要求，所以过去对基坑支护结构的选型比较单一，基本上均采用柱列式灌注桩挡墙或连续墙作为围护结构，当用明挖法施工时照例采用多道支承。其他的支护型式如国内外广为应用的钢板桩挡墙或桩板挡墙由于刚度较弱、易透水以及打桩振动和挤土效应对城市环境的危害，已很少用于建筑深基坑这类很深的基坑中。但是近年来兴起的土钉支护尤其是复合土钉支护，在合适的地质条件下有望成为建筑深基坑的选型，而逆作法施工在国内已日趋成熟。我国深基坑工程特点(1)深基坑工程具有很强的区域性和实践性岩土工程区域性强，岩土工程中的深基坑工程，区域性更强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中，深基坑工程差异性很大，即使是同一城市不同区域也有差异。由于岩土性质千变万化，而其地质埋藏条件和水文地质条件极其复杂，往往造成勘察所得到的数据离散性很大，精确度低，难以代表土层的总体情况。因此，深基坑开挖要因地制宜，具体问题具体分析，不能简单地完全照搬经验。(2)深基坑工程具有很强的个性深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关，还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此，对深基坑工程安全等级进行分类、对支护结构允许变形规定统一的标准是非常困难的，应结合施工场地实际情况具体问题具体分析。(3)基坑工程具有很强的综合性深基坑工程涉及土力学中强度、变形和整体稳定、渗流等基本课题需要综合处理。有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾，有的土中渗流引起土体破坏是主要矛盾，有的基坑周围地面变形是主要矛盾。深基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。同时，深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交叉的学科，是多种复杂因素相互影响的系统工程，是理论上尚待发展的综合性学科。(4)深基坑工程具有较强的时空效应深基坑的深度和平面形状，对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在深基坑设计中，要注意深基坑工程的空间效应。软土土体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化，蠕变将使土体强度降低，使土坡稳定性减小，故基坑开挖时应注意其时空效应。(5)深基坑工程具有较强的环境效应深基坑工程的开挖，必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及市政地下管线产生影响，严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。施工过程中还会产生噪声和浮尘，土方及材料运输会干扰交通，对周围环境和居民生活都有较大影响。(6)深基坑工程具有较大工程量及较紧工期由于深基坑开挖深度一般较大，工程量比浅基坑增加很多。降雨以及开挖土体暴露时间长，都对结构稳定不利。因此，抓紧施工工期，不仅是施工管理上的要求，它对减小基坑变形、周围环境的变形及减少事故都具有特别的意义。(7)深基坑工程具有很高的质量要求由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域，有时其支护结构还是地下永久结构的一部分，而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构。所以，必须保证深基坑工程的质量，刁一能保证地下结构和上部结构的工程质量，创造一个良好的前提条件，进而保证整幢建筑物的工程质量。另一方面，由于深基坑工程中的挖方量大，土体中原有天然应力的释放也大，这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大，使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力，地下管线的某些部位出现应力集中等，故而深基坑工程的质量要求高。(8)深基坑工程具有较大的风险性深基坑工程是个临时工程，安全储备相对较小，因此风险性较大。由于深基坑工程技术复杂，涉及范围广，事故频繁，因此在施工过程中应进行监测，并应具备应急措施。深基坑工程造价较高，但一般为临时性工程，业主一般不愿投入较多资金，一旦出现事故，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。(9)深基坑工程具有较高的事故率深基坑工程施工周期长，从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，安全度的随机性较大，事故的发生往往具有突发性。据有关资料统计，深基坑工程事故的发生率一般约占基坑工程数量的20%左右，有的城市甚至占30%左右。(10)深基坑工程具有很高的不确定性土体内部物质成分、结构构造、强度特征、应力历史、物理力学性质以及环境、荷载条件等不同使得任一点土性可能都有较大的变异性，其所能提供的土抗力(基床)系数、抗剪强度指标存在很大的离散性;另外，采取土样受扰动而与现场土样不一致:仪器本身存在着一定的精度;统计样本数量少或统计方法本身存在不足，另外还有土性参数间的相关性等，这些因素都使得土性参数具有极大的不确定性。支护体系的组成基坑支护体系一般包括两部分：挡土体系和止水降水体系。基坑支护结构一般要承受土压力和水压力，起到挡土和挡水的作用。一般情况下支护结构和止水帷幕共同形成止水体系。但还有两种情况：一种是止水帷幕自成止水体系，另一种是支护本身也起止水帷幕的作用。常见支护结构类型关于支护结构有多种不同的分类方法，结合建筑基坑支护技术规程(JGJ120一99)，按支护结构工作机理和围护墙的型式可分为图1一1所示几种类型: 深层搅拌水泥土桩 水泥挡土墙 高压旋喷桩 粉体喷射注浆桩墙 钢板桩 板桩式 钢筋混凝土板桩 型钢横挡板 钻孔灌注桩 排桩和板墙式 桩排式 挖空灌注桩支护结构 现浇地下室连续墙 板墙式 预制装配式连续墙 土钉墙 边坡稳定式 喷锚网 逆作拱墙式 放坡图1一1 常见支护结构类型支护结构应具有挡土、防渗功能。上述支护结构中，有的类型除能挡土外，本身亦具备或基本具备挡水、防渗功能，如深层搅拌水泥土桩、高压旋喷桩、地下连续墙、组合式支护结构等。而有些类型的支护结构本身具备挡水、防渗功能，如排桩式支护结构，用于地下水位较高地区则需在其背后加作防水帷幕，最常用的防水帷幕是一定厚度的深层搅拌水泥土桩或高压旋喷桩挡墙。 在这些组合中，都是针对各段特有的地质条件、工程要求、场地条件而能充分发挥各种的功能特长，用支撑、拉锚、防渗、截水、加固、卸载等措施而形每一个具体的支护体系，共同达到整体最优效果。以下分别介绍几种常用的支护形式。深层搅拌水泥土挡墙 水泥土搅拌桩（或称深层搅拌桩）：是重力式围护墙，利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质水泥加固土。 水泥土墙宜用：于坑深6m；基坑侧壁安全等级为一、二级；地基土承载力150kPa的情况。水泥土墙的优缺点：优点：由于坑内无支撑，便于机械化快速挖土；环境影响小,止水性能好，比较经济。缺点：不宜用于深基坑；桩体强度较低;稳定性差、位移变形大。三轴高压搅拌桩机以及水泥土搅拌桩深层搅拌桩机的组成深层搅拌桩机机组：1主机；2机架；3灰浆拌制机；4集料斗；5灰浆泵；6贮水池；7冷却水泵；8道轨；9导向管；10电缆；11输浆管；12水管水泥土搅拌桩施工工艺搅拌桩成桩工艺可采用“一次喷浆、二次搅拌”或“二次喷浆、三次搅拌”工艺，主要依据水泥掺入比及土质情况而定。水泥掺量较小，土质较松时，可用前者，反之可用后者。当采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示步骤e）作业时也进行注浆，以后再重复d）与e）的过程。图 “一次喷浆、二次搅拌”施工流程 a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌；e)重复提升搅拌；f )成桩结高压喷射旋喷桩 高压喷射旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基达到加固。 特点：施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。适用：高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、粘性土、黄土、碎石土等地基。三管高压旋喷桩 土钉墙支护天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉(亦称砂浆锚杆)并与喷射砼面板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作, 形成复合土体，以抵抗墙后的土压力，利用复合土体的自稳达到支护目的，保持开挖面的稳定。也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。a）土钉剖面 b）土钉面层喷锚 c）土钉节点土钉墙特点：（1） 形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力。（2） 施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加预应力所以设备简单。 （3） 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。 （4） 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。 （5） 土钉墙成本费较其他支护结构显著降低。 （6） 施工噪音、振动小，不影响环境。 （7） 土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大。 土钉墙适用条件：地下水低于土坡开挖段或经过降水措施后使地下水位低于开挖层的情况。适用于具有一定密实度的中细砂土、砾石土、粘性土、粉性土、含有30%上粘土颗粒的砂土边坡。而对于变形较快的松散砂土、软塑、流塑黏性土及软土，需用土钉支护需慎重考虑，必须时预先加固土体，或者采取其他改良措施。常用于开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护。土钉墙施工地下连续墙地下连续墙是于基坑开挖之前，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁情况下开挖基槽，然后下钢筋笼浇注混凝土形成的地下土中的混凝土墙。它最早出现于意大利，当时主要用于防渗墙。上世纪70年代后期开始陆续用于深基坑工程支护结构的围护墙，现己在全国内广泛应用。如上海的金茂大厦、北京的京广大厦、广州白天鹅宾馆等著名高层建筑都使用该型支护结构作为基坑挡墙。 地下连续墙作为围护墙有以下优点:施工振动小、噪声低，可减少对周围环境的影响，能紧邻建筑物和地下管线施工；地下连续墙刚度大、整体性好、变形相对较小，可用于较深基坑；地下连续墙为连续整体结构，有较好的抗渗止水作用；如采用逆作法施工，地下连续墙可作为主体结构的地下室外墙，两墙合一，可降低成本。但若地下连续墙单独作为挡墙，则成本较高;施工时需泥浆护壁，废弃泥浆易污染周围环境；施工技术要求高，技术风险大。施工工艺：先建造钢筋砼地下连续墙，达到强度后在墙间用机械挖土。该支护法刚度大、强度高，可挡土、承重、截水、抗渗，可在狭窄场地施工，适于大面积、有地下水的深基坑施工。组合式挡墙单一类型挡墙往往有其不足，有时不能满足特定功能要求。如水泥土墙防水性好、造价低，但强度较低；若在水泥土桩中加入型钢，则能弥补其强度不足的缺点，且若能用后回收H型钢，其经济效益亦很显著。灌注桩具有强度高、不挤土、噪声小、环境影响小等优点，但止水性能差，若结合搅拌桩使用可收到挡土止水双重效果。近年来深基坑工程施工条件越来越复杂，单一类型挡墙往往因其某一方面的不足而被淘汰。组合式挡墙因其适应性相对较强、经济效益较好，在实践中得到广泛采用。钢板桩挡墙钢板桩挡墙主要有U型、H型和Z型等几种型式。钢板桩一般为工厂定型产品，质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而且简便;工期短;可重复使用，一般费用较低。缺点是钢板桩一般强度较低，基坑开挖后挠曲变形大；接口处防水效果差，在透水性好的土层不能完全挡水；打设时振动噪音大，且拔除时易扰动土体，对周边环境影响大。钢筋混凝土板桩挡墙预制钢筋混凝土板桩挡墙是一种传统的支护结构挡墙，截面带企口，有一定的挡水能力，用后不回收。它具有施工方便快捷、耐久性好、刚度大变形小、造价低等优点，可与主体结构结合使用。但接头防水及防渗性能差，不适合在硬质土层和城市密集区使用。钻孔灌注桩钻(挖)孔灌注桩(二者仅成孔工艺不同)挡墙是桩排式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。钢筋混凝土灌注桩是用混凝土现场搅珠的配有钢筋笼的圆柱形桩，支护桩直径常采用8001000mm，顶部浇筑钢筋混凝土冠梁，腰部配合锚索而形成桩排式挡墙，其桩体强度大、抗弯能力强、变形相对较小。桩间利用挂网喷锚、深层搅拌桩或者旋喷桩起到护土、防渗的作用。桩排式结构的支护高度可达20m以上，是最为常用的支护形式之一，适用于侧壁安全系数为一级的深基坑。同时，钻(挖)孔灌注桩施工还具有无噪声、无振动、无挤土的优点；由于钻(挖)孔灌注桩挡墙多为间隔式排列，止水效果差，适用于地下水位较深、土质较好地区；在地下水位高地区使用时需要另作挡水帷幕，因而造价相对要高些。深基坑的间隔式排桩支护上述各种型式的支护结构，各有其特点和适用范围，具体见表。支护结构形式安全等级深度/m使用条件其他性能放坡三30满足放坡条件土钉墙（喷锚网）二、三12粉土、砂土、粘土无地下水不适合软土地区深层水泥搅拌桩（水泥土墙）二、三7淤泥质黏土变形较大高压旋喷桩二、三47用于地下水渗流场防渗性好，抗弯强度一般钻孔灌注桩悬臂式单锚多锚一、二、三软土区5810820适应性强桩长和桩径变化范围大强度高，变形小与高压旋喷桩结合适用于地下水位较高的地区钢板桩二、三810中软性土，可与内支撑、拉锚相结合变形大、可回收地下连续墙一、二、三可达30适应性强、造价高刚度大、变形小内支撑一、二、三820适应性强、施工技术严格造价高、变形小重力挡土墙二、三6适用于低墙有石料的地方造价低施工方便支护结构形式与适用范围在深基坑开挖的研究和实践中，基坑支护理论的设计计算方法包括土压力的计算、支撑轴力的计算、挡土结构强度的计算等发展己经日趋完善。而与此对应的施工方法却不及理论发展迅速，如支护结构的选型，深基坑撑挖方案以及降水、监测方案的选择等，需要一套完整的方法来加以综合评价和优选。深基坑支护结构一般是临时支护，如果一味追求安全，就会造成不必要的浪费。因此，对深基坑开挖时，就应寻求一种安全、经济、可行的支护方案，减少费用，达到较高的经济效益。例如对一个采用土钉墙或悬臂桩支护都可行的深基坑工程而言，显然采用土钉墙支护方案比用悬臂桩支护方案要好，因为土钉墙更经济。即使对于同一工程，不同的设计人员也往往会出不同的护方；即使方案相同，设计也可能大相径庭。深基坑支护方案优选 方案初选是深基坑支护方案优选的第一步。它是指从大量备选方案中筛选出少量几个较好的方案，为进一步优选作准备。它包括以下几方面的内容:(1)搜集有关支护体系方案选择方面的基础性资料，这包括: 工程地质和水文资料:主要是做好基坑工程的岩土勘察。 场地周围环境及地下管线状况:包括调查基坑周围邻近建筑状况调查;基坑周围地下管线状况调查;基坑邻近地下构筑物及设状况调查;周围道路状况调查等。 地下结构资料，包括:主体结构地下室的平面布置和形状以及与建红线的相对位置；主体结构的桩位布置图；主体结构地下室的层数、各层楼板和底板的布置与标高，以及地面标高等。 本地区常用支护型式、常见支护结构的特性及适用条件、有关规范规定的条款以及类似工程的基坑支护资料等。(2)确定基坑安全等级，结合地区经验，初步选择深基坑支护结构型式和监测方案。(3)确定基坑变形控制等级，据此确定支撑型式、开挖方式以及地下水理方案等。基坑安全等级的确定基坑安全等级的划分是对支护设计、施工的重要性认识及计算参数的选择，是一个难度很大的问题。根据基坑安全等级并结合地区经验规范，可以初步选定备选方案，并为基坑监测项目选用提供依据。建筑基坑支护技术规程冲(JGJ120一99)规定，基坑安全等级分为三级，不同等级采用相应的重要性系数，基坑安全等级分级如表。安全等级破坏后果一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般1.00三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.90基坑安全等级建筑基坑工程技术规范(YB9258一97)规定，根据结构破坏可能产生后果的严重程度(包括对主体工程和环境的危害程度、危及人的生命安全、造成的经济损失和社会影响等)，把基坑划分为三个不同的安全等级。另外，还根据工程性质、水文地质条件、基坑开挖深度和规模，把基坑划分为复杂、中等和简单三种等级；在软土地区，以一层、二层万、三层地下室的一般具有的深度划分为三种等级，详见下表:安全等级破坏后果一很严重二严重三不严重深度（m）复杂程度H6简单6H12中等12H复杂 安全等级 基坑复杂程度 高层建筑岩土工程勘察规程(JGJ72一2004)规定:基坑安全等级应根据周边环境、破坏后果和严重程度、基坑深度、工程地质和地下水位条件，划分为一、二、三级。基坑安全等级环境、破坏后果、基坑深度、工程地质和地下水条件一周边环境很复杂；破坏后果很严重；基坑深度12mH；工程地质条件复杂；地下水位很高、条件复杂，对施工影响严重。二周边环境较复杂；破坏后果严重；基坑深度6mH12m；工程程地质条件较复杂；地下水位较高、条件较复杂，对施工影响较严重三周边环境简单；破坏后果不严重:基坑深度H6m；工程地质条件较简单；地下水位低、条件简单，对施工影响轻微注:从一级开始，有二项(含二项)以上，最先符合该等级标准者，即可定为为该等级。基坑工程安全等级划分表基坑变形控制等级的确定 确定基坑变形控制等级和制定相应的变形控制标准，进而为确定合理的围护结构型体、合理的控制因基坑降水和开挖施工引起的环境变化(这里指周围环境、设施因降水或开挖施工所产生的变形)以及重点监测项目目标的制定等提供依据，从而避免人力、物力的浪费，减少工程事故隐患。从基坑自身规模、工程地质水文条件以及周围环境条件三方面，对变形情况作出综合评判，从而根据控制要求将其分为五个等级，一级为要求最严格，五级为要求最不严格。 基坑变形控制等级的影响因素主要有三方面:基坑自身规模条件、工程水文地质条件以及基坑周边环境条件。基坑自身条件基坑自身规模可由其开挖深度和开挖面积(体积)表征，它与基坑变形有直接的关系，基坑自身规模条件将影响基坑自身的稳定性。一般地，开挖深度越大，基坑面积越大，则基坑条件越差，其自身稳定性就越差，相应的对变形的控制要求就越高，因而变形控制等级就越高。工程地质水文条件工程地质水文条件包括工程地质条件及地下水位条件。工程地质水文条件也极大影响基坑的稳定性，因而与变形有着直接的联系。工程地质条越差，地下水位越高，基坑就越趋于不稳定，相应地变形控制等级就越高。基坑自身条件和工程地质水文条件与基坑稳定性以及变形控制等级之间的关系可参见表。基坑稳定性基坑自身规模地质水文条件变形控制等级好小好五较好中中四一般大一般三较差超大差二差特大极差一基坑周边环境状况条件基坑周边环境状况包括邻近建筑物、邻近地下管线、邻近道路状况条件，具体还可细分。邻近建筑物条件包括邻近建筑物位置、安全等级、允许变形以及目前使用状况(即建筑物的完好程度)；邻近地下管线条件包括管线位置、类型、重要程度、允许变形以及使用情况等;邻近道路条件包括道路位置、等级、交通状况以及道路现状等。对周边环境条件而言，可建立这样的模糊对应关系:周边环境条件越差，控制要求越严格，基坑变形控制等级就越高。如以邻近建筑物情况对变形控制等级的影响为例，若建筑物距基坑侧壁越近，安全等级越高，允许变形越小，维修状况越差，则基坑变形控制要求越严格，相应地变形控制等级就越高。其它情况与此类同。方案初选方案初选主要是根据己确定的基坑安全等级和变形控制等级，对基坑支护结构型式、基坑监测项目、支撑和挖土方式、水处理方案以及变形预警值作出初步的选择和确定，其主要内容见图。 支护结构型式 基坑安全等级 基坑监测项目 方案初选 支撑及挖土方式 水处理方案 变形控制等级 检测项目变形预警值 其他事项工程实例工程概况 拟建西山区螺蛳湾中央商务区（二级CBD）建设项目为螺蛳湾片区的改建工程，项目占地面积174亩，本次勘察范围为A3、A5地块。拟建建筑物：高层商务办公楼3栋（地上37层49层、高度150m200m、地下二层），商业裙楼（810层，高度41.9051.00m、地下四层）。主楼及裙楼建筑物均为框架剪力墙结构，对差异沉降敏感。现基坑边界范围长约309m，宽约216m，共分为南、北两个不同的开挖深度。其中：北段商业裙楼部位整平标高为1891.50m，基坑开挖深度为-19.40m，基坑底部标高为1871.20m，高层商务办公楼部位基坑开挖深度为-22.60m，基坑底部标高为1868.00m；南段商业裙楼部位整平标高为1891.20m，基坑开挖深度为-19.10m，基坑底部标高为1871.20m，高层商务办公楼部位基坑开挖深度为-22.30m，基坑底部标高为1868.00m。场地地质条件地质概况 根据勘察结果，场地在勘察深度范围内的地层结构由杂填土层，粉质粘土1、2、2层，粘土2、1层，粉土3、3、1、层，粉砂4层，圆砾1、层组成。粉质粘土2层为高压缩性土，属场地的软弱下卧层，强度低。各土层物理力学计算指标如表所示。各土层物理力学计算指标参数表指标 名称岩土名称及代号天然重力密度(kN/m3)承载力特征值fak(KPa)压缩摸量Es1-2(MPa)直剪快剪浸水固结快剪三轴剪切（UU）粘聚力标准值c(KPa)内摩擦角标准值（）粘聚力标准值c(KPa)内摩擦角标准值（）粘聚力标准值c(KPa)内摩擦角标准值（）杂 填 土18.5/粉质粘土119.0120.06.540.08.045.010.023.02.7粉质粘土218.090.04.020.0 4.5 25.06.015.02.3粉 土319.2130.07.030.09.030.015.0/圆 砾121.5200.010.010.015.010.018.0/粉质粘土219.0140.05.035.0 6.0 45.08.027.03.5粉 土319.5150.07.028.0 10.0 40.012.030.08.0粉 砂420.0160.08.020.015.020.018.0/圆 砾22.0220.012.015.020.015.022.0/粉 土119.5170.08.0/45.015.0/粉质粘土219.0160.04.5/45.012.0/粉 土19.7180.09.030.0 14.0 60.016.0/粘 土118.8180.09.0/ / 70.012.050.07.0粘 土19.0200.010.0/ / 80.015.0130.09.0水文条件场地地下水以孔隙潜水为主，微具承压性，主要赋存于粉土、粉砂及圆砾层内，经抽水试验结果表明，含水性较丰富。在上部人工填土中存在少量上层滞水。其它地层为相对不透水层。地下水具统一地下水位，流向基本上为由北向南方向、由西向东方向。主要由大气降水补给、生活污水入渗补给，并与盘龙江形成互补现象，雨季盘龙江水位升高，地下水部份受盘龙江补给；枯季，地下水向盘龙江径流排泄而补给盘龙江。地下水位随雨、枯季有一定升降变化，变化幅度高达0.502.00m。 根据水质分析结果表明，地下水土对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。基坑环境条件方位建筑物描述与地下室外墙线最小距离备注基坑东侧1821层天城大厦，沉管灌注桩基础，且紧邻基坑有一个消防水池（水池深为4.8米，宽5.5米，长11.8米，容积约为500m3）。煤气加压站：一层建筑物。距离消防水池最近约为7.58m，距离天城大厦最近约为17.3m，距离煤气加压站最近距离为13m。设计重点考虑基坑南侧空地（拆迁用地，为二期建设用地）基坑西侧西南角有一栋7层建筑，浅基础最小距离约12.9m基坑北侧无基坑周边建筑物情况方位道路描述与地下室外墙线最小距离备注基坑东侧南坝路约6.5m基坑南侧无市政道路基坑西侧施工便道约17.3m将要修筑基坑北侧环城南路约6.5m基坑周边道路情况方位管线描述与地下室外墙线最小距离备注基坑东侧污水管线：埋深1.37m；供电：埋深0.56m；路灯线：埋深0.4m；污水管线：约10.6m；供电：约11.8mm；路灯：约17.6m；基坑南侧无施工厂区内的煤气管线已拆除基坑西侧无基坑北侧煤气管线：埋深1m；交通信号管线：埋深0.8m；中国电信：埋深0.63m；路灯：埋深0.4m；煤气管线：约24m；交通信号管线：约11.5m中国电信：约9.6m；路灯：约12.4m；基坑开挖对煤气管线、输水管线基本无影响基坑周边管线情况基坑设计深度及设计安全等级 基坑设计深度根据上部结构设计单位提供的基坑开外图确定，本基坑开挖深度属于深基坑，根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99），本基坑定义为一级基坑，基坑侧壁的重要性系数取1.1。基坑支护设计方案建筑高度拟开工的二期工程共三栋主楼，一栋裙楼三栋主楼分别为150m/170m/199.9m,一栋裙楼51.5m/地下部分-19.4m22.25m总建筑面积共四期约268万平方米，拟开工的二期约60万平米建筑性质公共建筑/居住建筑建筑层数37/-4、42/-4、47/-4、10/-4基坑面积约61000平米二期地块基坑支护形式支护桩形式旋挖桩支护桩直径1.5m/1.6m止水桩形式外侧上部三轴搅拌桩/外侧下部高压旋喷止水桩/内侧桩间高压旋喷止水桩止水桩直径三轴搅拌D850mm，外侧下部高压旋喷止水桩D900mm，内侧桩间高压旋喷止水桩D1000mm锚固支护预应力锚索、喷锚锚索共7排，间距2.1m*2.2m长度28m35m预应力锚杆、喷锚坡顶水平段23排，间距1.5m，长度7m9m局部坡顶竖直段间距0.5m，长度6m9m5-5剖面放坡段间距1.2m*1.2m，长度12m其它支护冠梁冠梁尺寸0.8m*0.8m腰梁腰梁共7排，尺寸0.6m*0.5m基坑设计重点 1、止水帷幕:采用双保险模式进行止水，桩间采用高压旋喷，支护桩外侧采用三轴搅拌桩+高压旋喷。止水桩必须进行隔水层不小于2m。 2、3-3剖面阳角设计：基坑设计应尽量避免阴、阳角的出现，由于场地受限，3-3剖面处存在阳角，阳角处的锚索应避免“打架”，阳角两侧锚索应调整成孔角度或锚索水平位置。 3、预应力锚索设计：预应力锚索在昆明应用相当普遍，锚索长度达到38m，如锚索抗拔力达不到设计要求，则有可能要采用扩大头锚索增加锚索的抗拔力。 4、超长土钉设计：土钉设计一般最大长度为12m，但为考虑业主造价，将土钉设计至18m，制安工艺由原常规的击入式改为钻孔。结合现场地表回填土较厚、图纸松散的情况，水泥注浆量较一般提高20%。基坑支护施工部署1、整个基坑阶段施工部署 整个地下工程施工顺序：基坑支护大面积土方挖运至1874.1标高桩基础施工大面积开挖至1872.1电梯井、承台、地梁支护及土方开挖地下室结构施工主体结构施工。2、基坑支护施工部署 基坑支护施工顺序：测量放线首层土方开挖支护操作面场地平整放坡坡面锚杆挂网喷锚施工三轴搅拌桩施工旋挖钻孔灌注桩施工高压旋喷桩施工基坑冠梁施工基坑土方分层开挖施工基坑锚索施工锚索注浆施工（养护）腰梁施工锚索张拉、挂网喷锚施工重复（基坑土方分层开挖至锚索张拉、挂网喷锚施工）工序至基底。旋挖、冲孔桩施工由于目前发现场地内部分旋挖桩下部存在老基础，本工程支护桩分两种工艺进行施工，地下无障碍物的采用旋挖直接成孔至桩底设计标高；地下存在旧基础的，采用冲孔+旋挖进行接力施工，上部旧基础采用冲孔桩施工，旧基础处理完成后采用旋挖成孔至桩底设计标高。护桩道路设置 支护桩作业场地平整主要考虑：旋挖机行走路线、履带吊车、汽车吊车、混凝土罐车行走路线的平整。考虑到各设备的载重及自重，现自然地面基本能满足旋挖施工过程中各机械设备的行走。 如基坑开挖至1887.6m标高处再施工支护桩，支护桩施工作业面考虑在桩内侧10m范围内进行铺填砖渣，砖渣铺填厚度80100cm。旋挖机身操作平台在砖渣上，如果地质较差，再考虑铺设12cm厚钢板。泥浆循环后台 现场设泥浆池（含回浆用沉淀池及泥浆储备池）一般为钻孔容积的1. 52. 0倍，要有较好的防渗能力。在沉淀池的旁边设置渣土区，沉渣采用反铲清理后放在渣土区，保证泥浆的巡回空间和存储空间。冲孔桩与旋挖桩的施工工艺施工过程步骤1、定位和埋设护筒 依据设计图纸的桩位进行测量放线，使用全站仪测定桩位。在桩位点打300mm深的木桩或钢筋，桩上标定桩位中心。 采用钢护筒，护筒直径大于钻头直径，护筒顶标高应高于施工面200300mm，并确保筒壁与水平面垂直，隔离地面水，稳定孔口土壤和保护孔壁不塌，以保证其垂直度并防止泥浆流失，以利钻孔工作进行。护筒周围用粘土分层夯实。2、清孔 支护桩程成孔后需要进行清孔，一般采用一次清孔，第一次清孔，采用钻机放慢钻速利用双底捞渣钻头将悬浮沉渣全部带出的方式进行；如钢筋笼安装后，孔底沉渣较厚（大于50cm），就进行第二次清孔，第二次清孔采用空压机进行气举反循环工艺。3、钢筋笼制作与吊装 按照图纸要求制作钢筋笼，并吊装。 钢筋笼制作采用分节进行，需要考虑设计桩长与吊车最大起吊高度。在吊车起吊高度范围内的钢筋笼可以制作成一节，桩间采用套筒连接，超出起吊范围的钢筋笼需要分节进行吊装，在旋挖桩洞孔进行焊接连接。4、混凝土浇筑 旋挖施工水下混凝土灌注需采用汽车吊配合，在灌注过程中汽车吊要不断进行提升、下降，尽量避免桩身出现蜂窝、沟槽；切忌将提升高度过大，将导管拔出混凝土面，造成断桩。锚杆、护坡施工施工工艺挖土击入锚杆修坡布设固定钢筋网片焊接加强筋喷射C20细石砼注浆养护。水平锚杆采用冲机器直接冲击进入土层中，如土层较硬，可采用小水钻钻孔后再制放锚杆，再进行洗孔、注浆；竖向锚杆先采用钻机成孔至设计深度，再放入锚杆，再进行洗孔、注浆；注浆采用采用纯水泥浆，水灰比为0.450.55，水泥采用PC32.5复合硅酸盐水泥；施工参数及关键工序1） 施工参数（1） 锚杆水平间距为1.5m； （2） 锚杆压浆浆液水灰比：0.40.5；（3） 锚杆每米注浆量为2050kg/m；（4） 锚杆位置偏差：100mm；长度偏差50mm，锚杆倾角偏差5%；（5） 钢筋网片尺寸及规格：6.5200200；各网片间焊接或弯勾搭接； （6） 喷射砼强度C20配合比采用试验室试配配合比；（7） 喷射砼厚度80100mm。2） 喷锚在施工过程中应注意以下关键工序：（1） 锚杆击入长度；（2） 锚杆压浆浆液水灰比及每米注浆量；（3） 各网片间焊接或弯勾搭接；（4） 喷射砼厚度。高压旋喷止水桩施工三管高压旋喷桩施工工艺流程图三管旋喷止水桩施工工艺1、引孔 桩位测量完成后，先进行引孔施工，引孔采用地质钻机，土层采用合金钻头，遇见硬质砼块需采用金刚石钻头。 地质钻机就位后，对钻机进行调平、对中误差要小于10mm，钻孔时采用泥浆护壁，泥浆的主要性能指标控制为：标准浆液比重1.51.6，粘度2530s，含砂率小于5%。 引孔完成后，高喷台车就位。2、高压旋喷施工 1、高喷设备就位后，接通高压水泵、空压机和注浆泵(泥浆泵)，调试水泵、空压机、泥浆泵，使设备运转正常。 2、调试完成后，将旋喷管插至孔底，插管时边喷水边下沉，防止堵塞喷嘴，喷水压力要小于1MPa，防止孔壁坍塌。喷浆时先送高压水，再送浆液，压缩空气晚送30s左右。 3、喷射时，要先达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐渐提升旋喷管，以防扭断旋喷管。 4、为保证桩底端的质量，喷嘴在设计深度要原地旋转1分钟左右，待孔口返浆后，再按方案设计的技术参数进行正常旋钻提升。 5、经试桩得到其施工参数值：水压：35Mpa；喷嘴流量40L/min；钻杆升速：圆砾土1015cm/min；钻杆转速：圆砾土1520r/min；水灰比：1.01.2； 水泥：PS32.5水泥，D1000旋喷桩水泥每米用量为550kg，D900旋喷桩水泥每米用量为500kg。三轴搅拌止水桩施工三轴搅拌桩施工工艺流程图三轴搅拌桩施工工艺1、障碍物清理 因该桩要求连续施工，故在施工前应对围护施工区域地下障碍物进行探测清理，并开挖导槽，根据基坑围护边线用0.4m挖机开挖槽沟，沟槽尺寸为宽1200深1500mm,。2、三轴搅拌桩施工 三轴水泥搅拌桩在设备定位后开始钻孔施工，在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度，850钻进搅拌速度一般在1mmin，提升搅拌速度一般在2.0mmin，在桩底部分重复搅拌1分钟注浆。按甲方要求，施工止水帷幕三轴搅拌桩采用全断面套打的方式。地基加固三轴搅拌桩采用搭接打的方式，塔接250mm三轴搅拌施工顺序 3、清洗、移位 将集料斗中加入适量清水，开启灰浆泵，清洗压浆管道及其它所用机具，然后移位再进行下一根桩的施工。预应力锚索施工预应力锚索施工工艺流程 三轴搅拌桩施工工艺 1、成孔 根据地质情况，本工程选择钻机成孔，成孔时将钻杆逐段接长至设计深度，并用水冲射清出孔内虚土，成孔时应注意控制钻进速度，钻进应平直稳定。成孔深度应超过锚杆杆体长度500mm。 2、洗孔 钻孔至设计要求的深度后，继续向孔内注水，洗孔时应不停置换孔内泥浆，以充分清除孔内沉碴。直至孔口流出清水为止，方可停止洗孔，洗孔完毕后应立即安装锚杆杆体。 3、锚索制作与安装 本工程选用1860Mpa级钢绞线。分为4索、5索、6索3种型号。原材料经检验合格后方准使用，安装就位前，要认真清除钢绞线表面的污物。绑扎时，对中托架间距应符合设计要求。一、二次注浆管应与杆体绑扎在一起，自由段要抹一层黄油，并套塑料波纹软管，并扎牢，自由段应保证与浆体分隔。二次注浆管扎孔间距800mm,管端与出浆孔应胶封，安装时杆体应达到孔底，注浆管孔底距为100mm。在将锚索体推送至预定深度后，检查排气管和注浆管是否畅通，否则应拔出锚索体，排除故障后重新安装。a）多层锚杆剖面图 b）锚杆与支护连结构造图 c）二次灌浆管的布置土层锚杆构造1支护结构；2锚头垫座；3锚头；4-钻孔；5锚拉杆；6锚固体；7一次灌浆管；8二次灌浆管；9定位器 4、注浆 锚索防止完毕分次注浆，第一次注浆采用常压注浆,压力约0.8Mpa，待孔口溢浆，即可停止。因地质原因注入的浆液向周围土层渗透，应在孔口进行补浆。 第二次高压注次浆则应在一次注浆初凝后，二次注浆压力22.5Mpa。注浆过程，应做到封堵严密，确保形成高压浆体。注浆选用专用拌浆桶，按设计压力进行操作， 浆体应按设计配制，严格计量配料。浆体应搅拌均匀，并过筛，随拌随用。当天钻的锚孔，应在当天灌浆完毕。 5、预应力锚杆张拉、锁定 准备工作锚具安装预应力张拉锁定。冠梁、腰梁施工冠梁模板施工流程如下：放线排砖砌砖另一侧木模架杆。支撑体系设计：将支护桩顶凿至设计标高，即可作为冠梁底模，梁侧模一边利用砖胎模作为侧模，另一边支木模板加