靠近深基坑高聳構(gòu)筑物的加固與糾偏技術(shù)

張永剛

1 工程概況

杭州地鐵某車站為地下2層島式車站,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用咬合樁,車站采用明挖順作法施工。距車站基坑3.5 m為臨平城市標(biāo)志塑像,高28.8 m,重約600 t,靠城標(biāo)附近基坑寬 18.3 m,深約15.34 m。城標(biāo)采用群樁基礎(chǔ),樁基礎(chǔ)埋深比車站基坑底部高約30 cm,共設(shè)置34根沉管樁,樁徑為377 mm,有效樁長15 m,樁頂標(biāo)高為相對(duì)于原地面下2.9 m,樁體籠頂鋼筋錨入承臺(tái),承臺(tái)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

車站場區(qū)地形平坦,位于杭嘉湖平原與浙西山區(qū)交匯處的浙北平原地區(qū),錢塘江下游之江段,江杭運(yùn)河南端。場地位于杭州北部沖海積平原區(qū),第四紀(jì)覆蓋層厚度達(dá)40.0 m～45.0 m。城標(biāo)與車站相對(duì)位置及地層分布情況見圖1。

2 設(shè)計(jì)階段車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇

設(shè)計(jì)階段考慮到城標(biāo)保護(hù)的重要性,圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案使用鉆孔咬合樁,而沒有使用地下連續(xù)墻,兩種施工工藝對(duì)比見表1。

3 采取的保護(hù)措施

3.1 設(shè)計(jì)階段采取的保護(hù)措施

1)在城標(biāo)附近20 m長的基坑范圍,水平鋼管支撐間距均控制在2 m,減少基坑開挖對(duì)城標(biāo)的影響;2)基坑外城標(biāo)附近不允許降水,避免降水引起城標(biāo)的不均勻沉降。

表1 地下連續(xù)墻和鉆孔咬合樁施工對(duì)比表

3.2 施工階段采取的保護(hù)措施

1)減少振動(dòng)對(duì)城標(biāo)的影響,降低沖抓高度或采用旋挖鉆機(jī)成孔。2)城標(biāo)附近的咬合樁不設(shè)置施工縫,咬合樁連續(xù)施工通過城標(biāo)位置。3)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,對(duì)可能存在質(zhì)量缺陷的位置,提前采取堵漏措施。4)根據(jù)工程院院士劉建航提出的深基坑開挖“二十三條”的要求:基坑每塊土方的開挖在16 h內(nèi)完成,并在8 h內(nèi)完成支撐的安裝,有效控制基坑變形。5)制定詳細(xì)的監(jiān)測(cè)方案。做到信息化施工,以確保在施工過程中圍護(hù)體系和城標(biāo)的安全。城標(biāo)布設(shè)的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置見圖2(S1～S8)。

4 項(xiàng)目實(shí)施初期出現(xiàn)的問題及原因分析

雖然前期進(jìn)行了周密的布置,但隨著地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)咬合樁施工,城標(biāo)開始產(chǎn)生不均勻沉降,咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成時(shí),最大沉降S2點(diǎn)為5.8 cm,最小沉降S7點(diǎn)為1.6 cm,不均勻沉降達(dá)4.2 cm,城標(biāo)變形4.37‰,超過設(shè)計(jì)允許變形3‰。

對(duì)城標(biāo)產(chǎn)生不均勻沉降的原因進(jìn)行分析,歸納如下:1)咬合樁成樁過程中的沖抓產(chǎn)生的振動(dòng)是造成城標(biāo)沉降最主要的原因,成樁前期沖抓成孔為主,城標(biāo)沉降速率較大,后灌水反壓,加大護(hù)筒超前深度,均未明顯降低沉降速率,改為旋挖鉆機(jī)成孔為主,沉降速率明顯降低。2)咬合樁施工過程中插拔護(hù)筒,對(duì)周邊土體進(jìn)行擾動(dòng),造成城標(biāo)周邊水土流失。咬合樁護(hù)筒利用機(jī)械設(shè)備旋轉(zhuǎn)插拔,整個(gè)施工過程不斷擾動(dòng)土體,對(duì)周邊土體擾動(dòng)較大。3)城標(biāo)自重及機(jī)械負(fù)重影響。城標(biāo)總重量超過600 t,高聳建筑物對(duì)周邊不均勻荷載的影響反映較為敏感。咬合樁施工機(jī)械重40 t,緊鄰城標(biāo)施工也加劇了城標(biāo)的變形。

5 城標(biāo)加固與糾偏處理方案

5.1 加固方案及實(shí)施效果

1)整體加固方案。對(duì)城標(biāo)靠近基坑側(cè)采用旋噴樁加固,加固范圍為臨近基坑側(cè)及相鄰兩側(cè)進(jìn)行旋噴樁加固,形成U形槽,與咬合樁樁長同深,U形槽內(nèi)進(jìn)行雙液漿注漿加固,加固深度為基坑底3 m。旋噴樁U形加固體見圖2。

2)旋噴樁技術(shù)要求。旋噴樁施工采用二重管旋噴樁樁機(jī)。噴樁徑800 mm,咬合 250 mm,旋噴深度至基坑底3 m,為減少對(duì)城標(biāo)的影響,旋噴樁跳躍施工。旋噴樁采用32.5普通硅酸鹽水泥,水泥摻量不低于500 kg/m3,成樁土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu≥1.2 MPa。

3)施工技術(shù)要求。施工機(jī)械選用成孔注漿一體機(jī)成孔,該鉆機(jī)可以傾斜鉆孔注漿。注漿孔間距0.8 m,呈梅花形布置,注漿材料采用水泥—水玻璃雙液漿。水泥采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水玻璃采用原濃度為40 Be′的水玻璃漿液,模數(shù) M=2.5。

4)施工影響分析。根據(jù)旋噴樁施工時(shí)城標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,旋噴樁的施工對(duì)城標(biāo)初期影響較大,最大沉降達(dá)到0.6 cm/d的速率,不均勻沉降呈增大趨勢(shì)。施工2 d后因數(shù)據(jù)過大暫停施工,5 d后繼續(xù)施工,通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示對(duì)城標(biāo)的影響持續(xù)減少,4 d后每天只有2 mm,沉降見效的原因?yàn)槌跗谑┕さ男龂姌毒邆鋸?qiáng)度后能初步平衡后續(xù)旋噴樁施工影響。旋噴樁U形加固體施工共16 d,城標(biāo)最大沉降S2點(diǎn)達(dá)到 10.5 cm,最小沉降S7點(diǎn)為5.1 cm,不均勻沉降為5.4 cm。注漿加固對(duì)城標(biāo)變形的影響非常小,僅起到了填充土體的作用。

5.2 糾偏方案及實(shí)施效果

1)糾偏方案。在加固體基本完成后,使用4臺(tái)注漿鉆機(jī)傾斜鉆孔,孔底距城標(biāo)承臺(tái)底部1.5 m～2 m,水平距承臺(tái)邊緣約1/4承臺(tái)寬度,用4臺(tái)注漿機(jī)同步注漿,利用液壓原理使土體和漿液平均作用于承臺(tái)底部,產(chǎn)生抬升力,短期抬升城標(biāo)承臺(tái),最終達(dá)到糾偏目的。注漿抬升孔的布置詳見圖3。糾偏注漿漿液采用水泥—水玻璃雙液漿,凝固時(shí)間為20 s,注漿壓力一般控制在2 MPa以內(nèi),最終壓力達(dá)到3.5 MPa以后,鉆機(jī)提升30 cm～50 cm,繼續(xù)注漿穩(wěn)定到3.5 MPa壓力,城標(biāo)不再發(fā)生變化,停止注漿。注漿抬升總計(jì)實(shí)施10 h,利用全站儀全程監(jiān)控,根據(jù)抬升速率不斷調(diào)整注漿壓力,確保抬升速率在可控范圍之內(nèi)。

2)實(shí)施效果。根據(jù)既定方案順利達(dá)到預(yù)期的糾偏目的,最終不均勻沉降0.7 cm。糾偏過程不均勻沉降數(shù)據(jù)變化曲線見圖4。

5.3 整體效果分析

本地鐵車站工程主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成,城標(biāo)均勻沉降7 cm～8 cm,由于對(duì)城標(biāo)進(jìn)行了加固處理,后期在車站基坑開挖過程中城標(biāo)產(chǎn)生的不均勻沉降非常小,車站主體結(jié)構(gòu)完工后不均勻沉降1.3 cm。同時(shí)驗(yàn)證了基坑開挖過程中采取保護(hù)措施的合理性。

6 結(jié)論與建議

1)設(shè)計(jì)階段是高聳構(gòu)筑物保護(hù)的重點(diǎn)。設(shè)計(jì)階段應(yīng)設(shè)計(jì)比較詳細(xì)的保護(hù)加固方案,而不能單純依靠施工控制達(dá)到保護(hù)的目的。2)注漿糾偏方案的可行性。通過本工程實(shí)例,對(duì)于具備穩(wěn)固承臺(tái)結(jié)構(gòu)的高聳構(gòu)筑物,通過單側(cè)注漿可以成功修正不均勻沉降,達(dá)到糾偏目的。3)常規(guī)咬合樁施工工藝不利于基坑周邊構(gòu)筑物保護(hù)。咬合樁施工采用沖抓成孔,振動(dòng)較大,對(duì)臨近構(gòu)筑物產(chǎn)生的影響較大,上下旋轉(zhuǎn)護(hù)筒對(duì)周邊土體擾動(dòng)大。施工過程中應(yīng)采用旋挖鉆機(jī)成孔、灌水反壓、加大護(hù)筒超前深度等措施緩解沉降。4)監(jiān)測(cè)工作的重要性。本工程通過科學(xué)合理的監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)掌握結(jié)構(gòu)變形,為城標(biāo)的加固糾偏提供了科學(xué)的指導(dǎo)。

[1] 劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[2] 徐至軍.建(構(gòu))筑物加固改造[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[3] 吳國表.某深基坑開挖設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2008,34(7):149-150.