預(yù)應(yīng)力樁錨及帷幕組合結(jié)構(gòu)在砂卵石深基坑工程中的應(yīng)用＊

強(qiáng)嶸，曾建龍，閆韶華

(1．武漢大學(xué)，湖北武漢430070;2．中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南長(zhǎng)沙410119)

預(yù)應(yīng)力樁錨及帷幕組合結(jié)構(gòu)在砂卵石深基坑工程中的應(yīng)用＊

強(qiáng)嶸1，曾建龍2，閆韶華2

(1．武漢大學(xué)，湖北武漢430070;2．中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南長(zhǎng)沙410119)

某城市基坑周邊為相鄰既有建筑物，既有建筑均為獨(dú)立淺基礎(chǔ)及部分樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深對(duì)地基的變形反應(yīng)敏感?；硬捎妙A(yù)應(yīng)力錨桿與排樁組合方案，其組合可以降低防護(hù)樁的錨固深度，并有效控制基坑邊壁的側(cè)向變形及提高整體穩(wěn)定性。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明取得較好的支護(hù)效果，可供同類工程參考。

城市基坑;排樁;預(yù)應(yīng)力;變形控制;監(jiān)測(cè)

一、概述

本項(xiàng)目位于長(zhǎng)沙市天心區(qū)，擬建建筑物由1棟19層辦公樓和兩層地下室組成，建筑物總高度為74．90m，地下室埋深為－9．0m，為保證地下室施工期間的基坑邊坡穩(wěn)定性，特針對(duì)該地層進(jìn)行基坑支護(hù)的專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

二、基坑工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件

(一)工程地質(zhì)條件

該場(chǎng)地地貌為湘江河流IV級(jí)階地。場(chǎng)地內(nèi)原有建筑物已拆除，現(xiàn)地形平坦。勘察期間測(cè)得各鉆孔標(biāo)高在86．16～87．36m之間。通過(guò)專項(xiàng)勘察，綜合區(qū)域資料，查明擬建場(chǎng)地分布的巖土層有:①人工填土松散狀，壓縮性較高，強(qiáng)度低，工程性狀差，對(duì)基坑、樁基施工均存在不利影響;②圓礫中密～密實(shí)狀，分布穩(wěn)定，工程性狀較好;③中粗砂中密～密實(shí)狀，分布穩(wěn)定，工程性狀一般;④卵石中密～密實(shí)狀，分布穩(wěn)定，工程性狀較好，但夾0．40～2．20m的粉質(zhì)粘土，④1夾層，局部分布，呈可塑～硬塑狀;⑤殘積粉質(zhì)粘土殘積粉質(zhì)粘土(Qel):硬塑～堅(jiān)硬狀，分布較穩(wěn)定，具中等壓縮性，工程性狀一般;⑥強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(K):屬極軟巖，分布較穩(wěn)定，工程性狀較好;⑦全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(K):屬極軟巖，成巖作用較差，層厚大，分布較穩(wěn)定，工程性狀一般。

(二)水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地內(nèi)地下水類型主要為孔隙潛水，主要賦存在圓礫底部及中粗砂、卵石層中，含水層為強(qiáng)透水層，富水性中等。下伏巖土層殘積粉質(zhì)粘土及泥質(zhì)粉砂巖均為不透水層?？紫稘撍艿叵聫搅骷按髿饨邓a(bǔ)給，水量一般?？辈炱陂g。孔隙潛水的靜止水位埋深5．00～6．50m之間，相應(yīng)標(biāo)高79．86～82．36m。

本場(chǎng)地環(huán)境類型為II類，場(chǎng)地鉆孔中的孔隙潛水對(duì)砼結(jié)構(gòu)局微腐蝕性，對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

三、支護(hù)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和工程勘察報(bào)告可知:場(chǎng)地地形平坦，地貌單一，場(chǎng)地內(nèi)及鄰近場(chǎng)地未發(fā)現(xiàn)影響工程穩(wěn)定的不良地質(zhì)作用，未發(fā)現(xiàn)斷裂及有新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的跡象。特殊性巖土表現(xiàn)為人工填土、圓礫、中粗砂以及場(chǎng)區(qū)內(nèi)局部存在的各零星夾層;其中人工填土分布穩(wěn)定，回填年限不長(zhǎng)，松散，易垮塌，巖土參數(shù)變異性大，基坑開(kāi)挖時(shí)必須進(jìn)行支護(hù);圓礫、中粗砂表現(xiàn)為巖土破碎，自穩(wěn)性差，與工程支護(hù)結(jié)構(gòu)粘結(jié)參數(shù)較低等不利因素，支護(hù)時(shí)必需重點(diǎn)考慮;場(chǎng)地東面距既有建筑物較近，場(chǎng)地西、北面距既有城市道路較近，對(duì)基坑開(kāi)挖引起的變形敏感，支護(hù)時(shí)亦需重點(diǎn)考慮，另外支護(hù)時(shí)需考慮到西、北面道路可能存在的城市地下管線以及南面可能存在的建筑材料堆載。同時(shí)本場(chǎng)地地下水的處理關(guān)系到周邊建筑物的變形與穩(wěn)定及本工程基坑的開(kāi)挖，經(jīng)綜合論證，結(jié)合主體工程施工，采用以堵為主的原則，擬采用防滲止水帷幕技術(shù)。

1、根據(jù)以上情況，本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的原則和內(nèi)容如下。

①本工程地下水處治以堵為主，采用防滲止水帷幕;基坑頂部設(shè)截排水溝;坑壁設(shè)置盲管式泄水孔;坑壁底部設(shè)排水溝，基坑內(nèi)地表積水引至積水井，集中抽排。

②基坑支護(hù)除了采用截排水措施改善地下水環(huán)境，還須采取提高基坑邊壁穩(wěn)定性的措施，針對(duì)場(chǎng)地的特殊巖土性狀，根據(jù)基坑的不同深度及周邊管網(wǎng)埋深與臨近建筑物情況，分別選用技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的方案進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)，確保施工期間基坑及周邊環(huán)境的的安全。場(chǎng)地西面、北面、東面鄰近紅線及既有建筑物，不具備放坡空間，采用護(hù)坡樁+錨桿對(duì)基坑坑壁進(jìn)行支護(hù)。場(chǎng)地南面由于施工條件不允許進(jìn)行放坡開(kāi)挖故亦采用護(hù)坡樁+錨桿進(jìn)行支護(hù)。該支護(hù)方案在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上、安全上、工藝上工期等均是可行的。

③考慮基坑開(kāi)挖與支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊房屋、道路的關(guān)系，應(yīng)建立有效的位移、變形和應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采取動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息法施工，不僅可以指導(dǎo)基坑施工而且可以檢驗(yàn)其治理效果。

2、根據(jù)規(guī)范、地質(zhì)勘察報(bào)告及巖土工程信息化施工的要求:實(shí)際基坑支護(hù)的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)施工時(shí)對(duì)基坑的監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適時(shí)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整包括設(shè)計(jì)調(diào)整和施工調(diào)整，設(shè)計(jì)調(diào)整包括設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整和設(shè)計(jì)修改，設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整應(yīng)從現(xiàn)場(chǎng)獲得，設(shè)計(jì)修改將根據(jù)調(diào)整后的設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行。

四、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)該場(chǎng)地周邊環(huán)境及地質(zhì)特征，通過(guò)計(jì)算分析并結(jié)合地區(qū)基坑支護(hù)工程經(jīng)驗(yàn)，采取上述支護(hù)設(shè)計(jì)措施，可以滿足該基坑的穩(wěn)定和抗變形的要求，具體設(shè)計(jì)如下:

(一)護(hù)坡樁設(shè)計(jì)

(1)樁身尺寸及樁位布置

樁徑1．0m～1．2m，樁間距1．8m～2．0m。設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)13.00m～1700m，根據(jù)各邊基坑高度的不同適當(dāng)調(diào)整樁長(zhǎng)。

(2)樁身材料

樁身砼強(qiáng)度C30，按抗彎和抗剪配筋?？v向鋼筋為III級(jí)鋼筋，箍筋為I級(jí)鋼筋。樁頂設(shè)置冠梁，冠梁尺寸為1200mm×600mm及1000mm×600mm兩種配置，構(gòu)造配筋。

(二)錨桿設(shè)計(jì)

(1)錨固力的確定:依據(jù)穩(wěn)定分析計(jì)算確定。

(2)錨孔的布置與深度

錨孔鉆孔直徑為150mm，深13～20m，鉆孔傾角向下15°。布置在兩樁的正中間。

(3)錨桿及灌漿材料

①錨桿鋼筋采用HRB400螺紋鋼筋。

②砂漿強(qiáng)度M30。

③外加劑:如采用水泥砂漿灌孔，則添加木質(zhì)素碳酸鈣(減水劑)，摻入量為水泥用量的0．2%。膨脹劑摻入量為水泥用量的10%。

(三)噴射混凝土材料

(1)噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C20;

(2)外加劑:木質(zhì)素碳酸鈣，摻入量為水泥用量的0．2%。

五、止水帷幕設(shè)計(jì)

(一)處理原則

根據(jù)地質(zhì)詳勘資料，巖土層殘積粉質(zhì)粘土以上地質(zhì)區(qū)段為中粗砂、圓礫層等強(qiáng)透水層，地下水位位于基坑底板以上，根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案采用隔水帷幕來(lái)確?；邮┕て陂g的安全性，故按至粉質(zhì)粘土層頂面處來(lái)確定帷幕深度。

(二)帷幕形成方式

采用壓力注漿的方法進(jìn)行帷幕施工，注漿壓力從低到高，間歇、反復(fù)壓漿。

(三)注漿工藝

所有鉆孔采用注漿鉆桿，工藝如圖所示。

(四)注漿材料

(1)周邊孔:純水泥漿+水玻璃;

(2)水泥型號(hào)、標(biāo)號(hào):普通硅酸鹽525水泥;

(3)水灰比:漿液采用水泥－水玻璃漿液，水泥為525普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數(shù)為2．4～3．4，濃度為35～40Be’，水泥漿:W/C=1∶1，水泥與水玻璃兩者體積比為1∶0．5，初凝時(shí)間為50s，(現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試確定最終配比)。

(五)注漿壓力和注漿量

(1)以相對(duì)小壓力、多次數(shù)、較大量控制;壓力0．2～0.5MPa，3～4次;

(2)注漿擴(kuò)散半徑按照1．5m設(shè)計(jì);

(3)壓漿終止標(biāo)準(zhǔn):采用水泥壓入量與終止壓力控制法:試驗(yàn)確定

(六)注漿間歇時(shí)間:每次間隔6～10h。

(七)處理施工順序及要點(diǎn)

(1)用鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)深度(殘積粉質(zhì)粘土層以下0．5m);

(2)清孔(空壓機(jī)壓力達(dá)3kg以上，空氣流量10立方);

(3)安設(shè)灌漿管，采用靜壓注漿;

(4)以確保注漿效果;整個(gè)區(qū)域補(bǔ)充孔應(yīng)跳躍施工，以防止跑漿，竄漿現(xiàn)象。

(八)壓漿設(shè)備及主要零部件規(guī)格

(1)選用額定工作壓力0．3～3MPa的壓漿泵。樁底壓漿沖破壓力、終止壓力與試驗(yàn)確定的標(biāo)準(zhǔn)一致

(2)注雙液漿采用KBY－50/70雙液注漿機(jī)，注漿壓力為0．8～1．0MPa，達(dá)到終壓后持荷10分鐘停止注漿;

(3)灌漿管為鋼管;

(4)拌制合格的水泥漿和水玻璃漿液用混合器在孔口混合。

六、監(jiān)測(cè)與驗(yàn)收

1、施工期間，按有關(guān)規(guī)范，對(duì)基坑邊壁位移和周邊建筑物及地表進(jìn)行觀測(cè)。施工、監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位應(yīng)密切配合，及時(shí)觀察到施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并采取應(yīng)對(duì)措施，利用監(jiān)測(cè)進(jìn)行信息法施工，本工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括:

①自然環(huán)境(降雨、潛水水位變化);

②地表及既有建筑物可能出現(xiàn)的裂縫;

③設(shè)置觀測(cè)墩(點(diǎn))對(duì)基坑邊壁的位移進(jìn)行觀測(cè)。

④選定2～3根防護(hù)樁埋設(shè)測(cè)斜管，進(jìn)行施工期間的測(cè)斜觀測(cè)工作。

2、監(jiān)測(cè)工作自基坑開(kāi)挖開(kāi)始起始終進(jìn)行。每周觀測(cè)3次，遇異常氣象水文情況時(shí)應(yīng)加大觀測(cè)頻度，隨時(shí)觀測(cè)。

3、錨桿試拔與驗(yàn)收嚴(yán)格按相關(guān)執(zhí)行。驗(yàn)收試驗(yàn)錨桿的數(shù)量為錨桿總數(shù)的5%，錨桿灌漿飽滿度檢測(cè)按錨桿總數(shù)的5～10%隨機(jī)抽查。

4、監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:基坑邊壁的變形控制在允許范圍內(nèi)，沒(méi)有對(duì)周邊既有建筑物造成影響，說(shuō)明預(yù)應(yīng)力錨桿的使用，很好的控制了基坑邊壁的變形，值得在城市基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中推廣。

七、結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力錨桿與排樁組合方案在各類型基坑開(kāi)挖中較常采用，其組合可以降低防護(hù)樁的錨固深度，就本工程而言，存在砂礫石地層，必須進(jìn)行帷幕灌漿進(jìn)行止水后施作支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以控制基坑邊壁的側(cè)向變形及提高整體穩(wěn)定性。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明取得較好的支護(hù)效果。

［1］巖土工程勘察規(guī)范(GB50021－2001)［S］．

［2］建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ120－99)［S］．

［3］顧湘生．預(yù)應(yīng)力錨索在整治鐵路病害高邊坡中的應(yīng)用［J］．路基工程．

［4］趙明階．邊坡工程處治技術(shù)［M］．北京:人民交通出版社，2003．

［5］錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范(GB50086－2001)［S］．

［6］建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ94－94)［S］．

2011－11－15

強(qiáng)嶸(1975－)，男，安徽蕪湖人，高級(jí)工程師。