广州金东区某大型商业广场基坑支护方案研究

广州金东区某大型商业广场基坑支护方案研究

1项目总结1.1基坑建设概况该项目是一个大型商业广场，地下两层，地上一层7层，地上下层2层，地上下层2层，地上下层1.6层，综合商店，下层7层，商店支持办公空间。建筑面积74.34米，总建筑面积83733米。基坑开挖面积约21226m2,基坑周长约545m,大开挖深度为9.7m,局部为10.7m。主体结构为框架-剪力墙结构,基础采用钻孔灌注桩。基坑东面为园东南路,西面为工业大道,南面为规划道路,北面为广佛路,重载车辆不断。西南面约15m为一排两层工业厂房,南面约8～15m为9层居民楼,距基坑边约2～6m的地下有电缆、供水、通信光缆等管线通过,周边环境非常复杂。1.2土层物理力学参数该工程建筑场地处于珠三角河流冲积平原地带,地势平坦,地貌形态单一。在基坑开挖范围内,钻孔揭露的土层自上而下依次为杂填土、粉质粘土、粉砂、含砾中粗砂、淤泥质土,基坑底主要土层为②-2粉砂层和②-3含砾中粗砂层。场地内土层分布不均匀,场地东面为杂填土、粉砂、淤泥质土;西面为杂填土、粉砂、含砾中粗砂,砂质干净、透水性好;北面为杂填土、粉砂、含砾中粗砂、淤泥质土;南面主要为杂填土、粉砂、含砾中粗砂、淤泥质土,但土层分布比较复杂、不连续。场地土层及其的主要物理力学参数详见表1。场地地下水为孔隙水,有微压,主要赋存于粉质粘土、粉砂、含砾中粗砂、淤泥质土、粗砾砂层的孔隙水中。补给主要靠大气降水渗透和地表水,并与地表水连通,水位变化幅度大,地下水埋深0.5～0.9m。2基础支撑体系的选择2.1土钉墙支护结构根据工程的土层特性和基坑周边环境状况,可以采用内支撑、复合土钉墙、排桩或地下连续墙这几种支护方案。由于地下连续墙造价较高,对于这种不太深的基坑,一般不予考虑。采用内支撑将会影响主体结构的施工,在施工现场限制、主体结构施工工期紧的情况下,不宜采用该方式。排桩支护有悬臂桩和桩锚支护两种,若采用悬臂桩支护,该工程地质情况显然不能满足设计要求,必须采用桩锚支护,桩锚支护的基坑水平位移比较小,但造价稍微偏高。如采用复合土钉墙支护,能合理利用土体的自承载能力,将土体作为支护结构不可分割的部分,土钉墙施工具有设备简单、对周围环境干扰小的特点,而且有利于根据现场监控的变形数据及时调整土钉的长度和间距,一旦发现险情,能立即采取相应措施,避免出现大的事故。经比较,对该工程采用复合土钉墙支护比桩锚支护造价要低30%左右。但采用复合土钉墙支护,基坑的水平位移和地面沉降会比较大,对在软弱复杂的土层中和基坑边有重要建筑物的情况要慎重考虑。在经过综合分析比较和业主磋商后,本着安全、节省的原则,最后在东、西、北面选用了复合土钉墙支护方案,土方开挖时逐层进行土钉挂网喷锚施工。土钉间距1.2m×1.2m,注浆采用普硅32.5R水泥,水灰比0.45,土钉注浆体强度达到70%后方可进行下一层开挖。在适当位置设置预应力锚杆,增强支护结构的刚度,以控制基坑的水平位移。锚杆间距2.4m,孔径150mm,施加预应力120kN,锚杆采用二次注浆工艺,注浆用普硅42.5R水泥,水灰比0.45。喷射混凝土面层强度C20,厚度100,面层网筋Φ6@200×200,上下层搭接300。考虑南面距多层住宅楼较近,管线多,故在南面和西面局部出土口位置选用了水平位移较小的桩锚支护方案,采用Φ1000@1200的钻孔灌注桩,桩长18m,桩间挡土和止水采用Φ600@1200的单管旋喷桩,桩顶设冠梁,另外桩中设置了两道预应力锚索,锚索采用5×7Φ5的钢铰线。支护平面见图1。支护设计采用理正深基坑支护结构设计软件F-SPW进行计算。2.2止水+钢管桩超前支护施工方案基坑土层的含水量丰富,且局部透水性较强,故止水效果的好坏直接影响着基坑开挖的成败。根据当地经验,在东、西、北面,配合复合土钉墙支护方案,采用双排搅拌桩和摆喷墙联合止水+钢管桩超前支护的止水方案。即先施工双排Φ600@450的搅拌桩至12m,然后施工三管摆喷墙,摆喷墙底进入不透水层大于50cm,摆喷墙顶施工至地面下11m,即摆喷墙与搅拌桩搭接1m,随后施工Φ114@1000的超前钢管桩,钢管桩长12m,见图2。搅拌桩水泥采用普硅32.5R水泥,水泥掺入量55kg/m,摆喷墙孔间距1.6m,摆角20°,墙夹角160°,水泥掺入量320kg/m。在南面采用桩锚+桩间单管旋喷桩止水的方案。2.3开挖土方,设置降水井基坑已经设置了封闭的止水帷幕,暂时考虑在基坑内设置排水沟以及大井集水的方式降水后开挖土方,并在基坑内约50m设置一个降水井,要求基坑开挖前10d水位要降到开挖面以下1m。基坑顶部和底部通长设300×300的砖砌排水沟截上部地表水,排入市政排水渠。基坑内部根据开挖情况采用临时排水沟,施工污水均经两重沉淀净化后方可排放。3由于技术的不同，设计复杂化，基本建筑的困难和不同的施工条件3.1工程管理方面(1)该工程周边长、支护面积大、土方量大、工期紧、周边环境复杂,采用了多型式组合的复杂支护结构方案,施工风险比较大,施工中如何控制地面沉降和基坑顶部的水平位移是工程的难点。(2)该工程土层含水量丰富,且局部透水性较强,止水帷幕施工和开挖时出现漏水现象的应急处理是工程的关键。(3)场地内层②-2粉砂和②-3含砾中粗砂随着深度的加深,水压不断增大,流水、流砂现场严重,施工非常困难。(4)东、北面的②-4淤泥质土层因土体难以泄水,作业面土层受扰后施工困难。3.2场地现状及问题(1)在施工双排搅拌桩和摆喷墙联合止水帷幕时,接到基坑施工单位报告,搅拌桩施工至层②-3含砾中粗砂层时容易造成钻杆倾斜从而造成斜桩现象,在开始施工至报告时止约施工了2600m搅拌桩,已先后出现6次钻杆断裂,1次转盘损坏和1次传动链条断裂现象,而且接头桩在相隔8～9h后施工出现桩机转盘超负荷工作现象,并且在高压摆喷引孔施工中抽取上的水泥土芯强度很高,用手无法折断。经分析,该场地中粗砂层厚度较大、粒径较大、标贯击数较高、含泥量很少,是造成钻杆倾斜而断杆的主要原因。该场地以砂性土为主,且砂层透水性较好,地下水非常丰富,使得水泥土强度增长较快,这些都会造成止水帷幕的渗漏隐患。为此变更了止水帷幕方案,将以前施工的搅拌桩全部作废,重新采用高压摆喷墙+钢管桩超前支护做为止水帷幕,见图3。由于摆喷墙与支护间夹有砂土,施工中易脱落,造成喷混凝土工作量既大又难,导致摆喷墙与喷混凝土面间局部出现漏空现象,这也是导致后来开挖时止水帷幕局部渗漏失效的重要原因。对此,可先预留注浆管或于喷锚面开孔预埋注浆管,向内进行注浆填充封堵,以加强喷锚体的整体性和止水效果。(2)由于场地内部分地区锚杆施工因流砂难以成孔,故改为钢花管施工,钢花管变更前,在现场不同部位做了抗拔和破坏性试验,并首次采用了大直径钢花管(常用的钢花管多为Φ48管,该项目根据受力情况采用了Φ60和Φ76的钢花管)。在每节钢花管尾部2m处缠绑土工布或棉纱,末节钢花管尾部焊倒钩,使棉纱和摆喷墙能紧密封堵,尽量避免出现渗水点,有效减少了施工中因砂土液化而产生的水土流失。4对底板变形的监测和施工救援4.1基坑顶面水平位移监测具体的监测内容有:1)摆喷墙桩身水平位移;2)地下水;3)支护桩内力;4)锚杆拉力;5)周围建筑物、地下管线变形;6)支护结构顶面水平位移。其中前4项是监测的难点和重点,由第三方监测单位承担,其他项由基坑施工单位自己完成。监测结果见表2,3。监测表明,对软弱土层区段的基坑侧壁补加预应力锚杆能起到一定的加固作用,结合腰梁和钢管桩的超前支护作用,对桩身的变形有很好的变形协调和约束能力,但也存在锚杆蠕变变形大、预应力损失严重的问题。南面采取的桩锚支护能有效控制基坑的位移,使周边道路、管线和建筑物得到有效的保护。4.2基坑测试分析(1)2007年3月21日,监测信息显示基坑东北角位移过大,现场发现周边地表出现裂缝,并有漏水、流砂的现象。经过综合分析后,对此进行了竖向管压力注浆处理,使已出现的渗漏问题基本得到解决。但随着开挖深度的增加,基坑东面变形又出现了超量增长,监测方又发出了预警报告。考虑基坑东面管线密集,一旦倒塌影响极大,对此,施工单位立即搭设作业平台,在东面基坑顶部下面1.2m的位置加设了一排锚索和钢腰梁,经过加固后再继续进行开挖。最终避免了基坑支护结构破坏、倒塌等一系列的恶性事故的发生,为后续施工提供了安全保障。(2)2007年5月12日,现场发现基坑的西北角和西南角出现大量漏水、漏砂,情况较严重。施工方立即进行了坑内反压填土、钢管导流排水,沿坑壁打入木方或钢管挂阻沙包,压制喷涌洞口,平衡动水压力。然后再对基坑周边土壁进行了竖向压力注浆与封堵裂缝和洞口处理。为达到止水目的,在渗漏严重的1号段位置还采取了单管旋喷再造止水墙的处理方案,对6号段采取外充堵,大量注水泥浆,内部支护面钢管棉纱封堵喷混凝土后,再反注双浆液的处理方案。在随后两周加强了对基坑的监测,监测结果表明,该应急处理加固措施得当,效果理想。5复合土钉墙设计方案采用“复合土钉墙+摆喷墙止水+钢管桩超前支护”的支护结构,丰富和发展了狭窄场地条件下的深基坑支护技术,方便了土方开挖和地下室施工,并且能够根据施工过程中