项目降水、基坑支护工程设计与施工实践

项目降水、基坑支护工程设计与施工实践 摘 要：通过项目降水、基坑支护工程的设计与施工，介绍了较复杂工程环境条件下基坑支护工程设计与施工实践。 关键词：深基坑；支护；降水 中图分类号：TV551 文献标识码： A 一、前言 在郑东新区建设过程中，基坑降水与支护工程因区域地下水丰富、基坑开挖深和周边条件复杂等因素，成为项目实施重点环节之一。降水、基坑支护工程设计与施工的合理性决定了深基坑的安全使用状态和对已有建（构）筑物的保护程度，是整个工程项目安全、有序进行的前提与根本保障。本文通过项目降水、基坑支护工程设计与施工，介绍了在较复杂工程环境条件下降水、基坑支护工程所采用的设计及施工方法。 二、工程概况及地质条件 1、工程概况 本工程地上36层，高120米；地下均为3层，实际槽深高层主楼核心部位17m，集水坑槽深20m，周边部位实际槽深为15.5m、16m及16.5m三种。采用全现浇混凝土框架剪力墙结构体系，基础形式高层主楼部位采用桩筏基础，裙房部位采用桩承台基础。 本工程0相当于绝对标高89.90m，现状地面标高约89.20m左右。工程周边环境不存在地上建筑物，南侧及东侧为交通干道及路下市政设施，西侧及北侧为待建空地，地下室外墙距红线5m，北侧红线外一定范围为施工用场地。根据以上实际条件结合地质资料，基坑必须采用有效的降水及支护措施。 2、工程地质条件及水文地质条件 （1）工程地质条件 拟建场地地形平坦，地貌单元属黄河冲积平原。勘探深度内地层按其成因类型、岩性及工程地质特性将其划分为18个工程地质单元层， 根据地勘报告资料，将基坑支护影响深度内的地层条件汇总如下： （2）水文地质条件 拟建场区在地表下有2层地下水，各层地下水分布情况及静止水位深度如下： 1）潜水 潜水含水层岩性主要为上部粉土，其补给来源主要为大气降水，本次勘察期间测得自然地面潜水水位埋深为3.0m，水位年变幅1.01.5m结合邻近场地资料，近35最高地下水位埋深按1.5m。潜水水位变化主要受大气降水、人工开采的影响。 2）微承压水 微承压水埋藏在1636m范围内的细砂层中，富水性好，透水性强，具有承压性。本次勘察其间的初见砂层位置16.021.5m稳定水位为6.5m，水位数变幅1.01.5m近35年最高水位埋深按5.0m计算。其补给来源主要有上部越流补给和侧向径流补给，排泄主要是人工开采。 潜水与微承压水被第和第粉质粘土相对隔水层分开。 三、降水、基坑支护工程设计 1、基坑降水工程设计 （1）基坑降水目的、原则及要求 1）确保挖至槽底时基槽无水，不影响土方、护坡与基础桩的施工。 2）遵循安全施工、文明环保的原则，确保地基及周边管线、建筑物沉降、变形在允许数值之内、同时保证基坑不发生隆起及管涌等不良地质现象。 3）处理好残留滞水，确保基坑边坡安全。 4）遵循经济节约、施工可行的原则，设计方案尽量降低造价；遵循科学施工的原则，正确组织施工，确保施工质量优良。 5）将地下水降至基坑最低处标高以下1m；基坑大面积开挖深度15.516.5m，因此要求将场区内的地下水位降至17.5m以下（集水坑部位局部加深至20m）。即将第一层水排降干净、第二层微承压水水头场区内控制在17.5m以下。 （2）降水设计 综合以上条件，本工程降水具有基坑涌水量大、水位降深高、降水持续时间长的特点，降水必须采用管井降水方法，为充分保障管井的使用效果，成井工艺确定采用反循环钻机清水护壁成孔的施工工艺，解决正循环钻机泥浆护壁形成的泥皮阻滞地下水渗透的问题。同时考虑上层含水层渗透系数较小的水文地质条件和冬季使用的基坑要求，疏排干净上部潜水和控制第二层微承压水成为本工程降水的关键。降水设计计算按双层含水层考虑：上部采用基坑远离边界均质含水层潜水完整井计算模式，下部采用基坑远离边界均质含水层承压水非完整井计算模式，计算公式依据规程并参考规程应用手册，经计算基坑总涌水量约1000（m3/d）。 为减少降水对底板整体性影响、利于结构工程施工和支护体系安全，降水井布置在基础以外距离基坑开挖上口线1.5m处，降水井井深25.0m，井径600mm，井间距为8.0m，水泵规格为815m3/h，成井从自然地坪开始，内部电梯井最深处根据降水效果，后期采取针对性措施。 降水井构造：成孔孔直径600mm，滤水管外径400mm，内径300mm，外裹100目尼龙网一层，用24mm干净石屑填至地表，井管口高出地面0.2m，用砖砌成井台并加井盖，抽出的地下水采用塑料管经集水系统导入周边布设的沉淀池沉淀后排入市政管网。考虑处理上层滞水及雨水的情况，在槽底坡脚处设置槽底排水沟，排水沟边沿距边坡坡脚不应小于200mm，排水沟断面为300250mm，水泥砂浆抹面。在基槽底间隔一定距离（50m左右）设置集水井抽水，集水井底面应比排水沟底面低0.5m左右。基坑侧壁在上层滞水和潜水含水层位置会出现少量残留滞水的渗水现象，可采用导排措施予以解决，即在喷射混凝土护坡面层内埋塑料花管将渗水导出坡面，并导入槽底排水沟、集水井，用水泵抽排至地表排水管网中。 （3） 降水引起周边沉降量计算 根据目前实际降水条件，采用大力神降水沉降设计计算软件，计算结果最大沉降为15mm，满足周边环境条件要求。 （4）降水井施工工艺 降水井施工采用反循环钻机清水护壁成孔的工艺。 2、基坑支护工程设计 2、基坑支护工程施工 （1）护坡桩工程施工 本工程护坡桩采用长螺旋钻机成孔压灌混凝土后反插钢筋笼成桩的施工工艺。这种施工工艺较传统泥浆护壁的正、反循环成孔法和冲击成孔法及旋挖成孔法，长螺旋成孔管内泵压混凝土后插钢筋笼成桩工艺，既解决了水下钻进塌孔问题，又避免了泥浆污染，工期短、施工便利，易于实现环保和文明施工。同时由于单机组利用场地小，混凝土罐车通过地泵输送混凝土成桩，场地利于调配，有效的解决了施工场地不足的实际困难。 本工法钻进至设计孔深后提钻压灌混凝土成桩一气呵成，桩身质量易于保证，通过低应变检测，所检桩体均为I类桩。 （2）土钉墙工程施工 土钉施工随土方开挖而进行，采用人工洛阳铲成孔、孔内插筋后微压灌水泥浆，挂网后喷砼。由于基坑西侧为施工通道，北侧为主要材料场地，为防止频繁动荷载对基坑的影响，必须采用合理的技术手段确保道路的安全使用。本工程设计及施工通过增加钢铰线预应力的方式解决了这一问题。 （3）锚杆工程施工 锚杆成孔设计采用锚杆钻机螺旋钻进工艺，注浆采用泵送水泥浆微压注浆工艺。锚杆张拉用液压油泵和张拉千斤顶张拉至设计预应力后再锁定的施工工艺。 由于本场区上层滞水广泛分布，根据实际钻进返土夹泥的实际情况，综合分析锚杆锁定力将有所下降，由于工期紧，施工时间不允许试验确定参数后重新调整设计，为此锚杆注浆调整为二次劈裂注浆，具体工艺调整如下： A.工艺流程 放线定孔位钻机就位校正孔位、调整角度钻进成孔一次注浆安放锚索分次补浆二次劈裂注浆承压垫座制作、钢梁施工安装锚头锚具张拉锁定 B. 劈裂注浆工艺 注浆分两次三个阶段进行，第一次注浆压力0.20.5MPa，浆液为42.5级水泥浆，水灰比0.450.5。第一阶段利用一次注浆管，距孔底0.2m处开始，注浆泵将配制好的浆液通过胶管压入一次注浆管中，浆液从注浆管底端喷出，随着浆液的灌入，应逐步上拔注浆管，注意上拔注浆管底端必须始终埋入浆液液面下2m左右，以保证锚固体的浆液连续且密实。注浆直到孔口溢出浆液为止，此时可拔出第一次注浆管。在锚杆放入孔内后开始第二阶段一次补浆。 二次注浆压力为0.52.0MPa，浆液亦为42.5级水泥浆，水灰比0.450.5，注浆在一次注浆结束后4-10小时左右，锚固体强度达到初凝后终凝前进行。二次注浆利用二次注浆花管进行高压劈裂注浆，在达到注浆浆液溢出后或注入一定量水泥浆液，注浆作业结束，二次注浆管留于孔内。 五、降水、基坑支护工程质量检查及验收 本工程降水、基坑支护质量各分项工程检验合格，控制资料齐全，安全和功能性检验（检测）报告齐全，经相关单位组织验收通过。施工结果： 1、降水满足施工需要； 2、经检测：土钉拉力、锚杆拉力、护坡桩质量均满足设计要求； 3、经监测：坡体最大位移量为28mm，地面最大沉降量23mm。 六、工程设计及施工过程中的几点经验 1、基坑降水工程 通过本工程实践，降水井采用反循环钻机清水护壁成井、采取必要的放淤措施，保证了降水井长期稳定运行；采用周边封闭降水模式即避免了降水工程与结构交错的再处理隐患，同时坡体周边滞水得到了根本控制，为基坑跨季节使用降低了风险。 2、基坑支护设计 （1）护坡桩配筋设计 根据本工程综合条件，支护方案设计时依据相关规范及标准确定的范围，对弯矩折减系数按0.6取值，经计算桩配主筋1325均布（个别剖面1525）满足要求。本地区对弯矩折减系数多按上限取值，桩配主筋量较大。因此通过对本地区设计过程弯矩折减系数应如何取值的探讨，将会为后续支护工程的安全性与经济性具有一定参考价值。 （2）腰梁设计 由于基槽较深，锚杆拉力设计值相对较大，因此对腰梁所需的截面抗弯模量要求较高。本地区部分基坑腰梁采用钢筋混凝土梁，其整体性和抗弯模量均较好，值得借鉴。但由于受工期和成本制约，多数基坑采用钢腰梁，部分基坑钢腰梁采用双排20b槽钢，与锚杆拉力设计值不匹配，在锚杆按规范要求张拉锁定时，由于腰梁的变形扭曲，使锚杆无法按设计需要锁定，给基坑安全带来隐患。根据经验我们对钢腰梁的选择一般参考如下数据：锚杆拉力设计值350kN，采用双排28b工字钢。本工程采用采用双排28b工字钢，保障了锚杆作用的全面发挥。 3、基坑支护施工 （1）护坡桩施工 本工程护坡桩施工采用了长螺旋钻机成孔压灌混凝土后反插钢筋笼成桩的施工工艺，由于此本工程部分土层具轻微液化性质，为此施工中采取先行降低地下水位、桩施工按四序循环的隔桩跳打措施，保障了施工的顺利实施。 通过本工程的应用实践，充分发挥了本工法施工便利、工期短、无泥浆污染、易于实现环保和文明施工的特点，证明了本工法在本地区的可行性。 （2）锚杆二次劈裂注浆施工 本地区岩土强度条件较差，而深基坑锚杆要求设计拉力较大，因此计算的锚杆长度偏长，采用二次劈裂注浆施工，有效地解决了这一问题。由于受施工工期限制，对二次劈裂注浆提高抗拔力的幅度未能明确，有待通过进一步工作研究和试验。 七、结语 本工程降水、基坑支护工程的设计采取了谨慎的态度，合理确定了基坑侧壁重要性系数、荷载取值、支护体系刚度、基坑弯矩调整系数等重要参数，为基坑支护工程提供了先决的技术保障；同时合理选择了施工工艺、有序安排各施工工序、及时有效地解决了基坑支护施工过程的实际问题，达到了预期降水、支护目的。 参考文献： 1 刘昌辉、时红莲，基础工程学，中国地质大学