成套抗浮技術(shù)在地下超大深空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

浙江省二建建設(shè)集團(tuán)有限公司 寧波 315000

1 工程概況及水文地質(zhì)條件

1.1 工程概況

杭州中大圣馬廣場(chǎng)項(xiàng)目位于杭州市主城區(qū)。項(xiàng)目用地面積為3.78×104m2，總建筑面積約3.35×105m2（其中：地上為1.83×105m2，地下為1.52×105m2），地上建筑分1#～7#樓7個(gè)單體，層數(shù)為17層（除3#樓為8層外），包括高層甲級(jí)寫字樓和大型百貨商業(yè)、SOHO公寓等。地下室為整體超大深空間結(jié)構(gòu)（共計(jì)5層），開挖深度20.8 m左右，電梯井開挖深約23.8 m，地下結(jié)構(gòu)單層面積約3.2×104m2；±0.00 m相當(dāng)于絕對(duì)高程5.80 m。

1.2 場(chǎng)地土層情況

場(chǎng)地勘探深度內(nèi)揭露的第四系地層主要為湖沼相沉積，場(chǎng)區(qū)可能有一隱伏斷層通過，下伏基巖為砂巖和安山巖等。本場(chǎng)地在勘探深度范圍內(nèi)地層按其成因類型、物理力學(xué)性質(zhì)差異可劃分為8個(gè)工程地質(zhì)層，細(xì)分為13個(gè)亞層。

1.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水按含水介質(zhì)的不同和賦存條件的差異，可劃分為松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水2大類型。

孔隙潛水主要賦存于淺層的粉質(zhì)黏土夾粉土、淤泥質(zhì)黏土以及場(chǎng)地西側(cè)碎石土層中，淺層的粉質(zhì)黏土夾粉土、淤泥質(zhì)黏土以大氣降水入滲補(bǔ)給為主，徑流緩慢，水量較小，蒸發(fā)是其主要排泄方式，與附近河流及地表水存在著相互補(bǔ)排關(guān)系[1-4]。

地下水動(dòng)態(tài)與大氣降水的年內(nèi)關(guān)系密切，表現(xiàn)為豐水期接受補(bǔ)給水位抬升、枯水期水量消耗水位下降的動(dòng)態(tài)規(guī)律，水位年變化幅度0.50～1.50 m，地下水位高程在2.97～5.42 m之間。

2 抗浮設(shè)計(jì)

杭州地區(qū)的抗浮樁普遍采用與工程樁相同的樁型，如挖孔樁、沖鉆孔樁、沉管樁、預(yù)制樁等等，但這些類型的樁常不能充分發(fā)揮其抗拔力和樁身強(qiáng)度，且由于單樁抗拔力大，單樁間距就較大，則底板需加厚，這樣才能滿足由水壓力產(chǎn)生的彎矩，因此不經(jīng)濟(jì)。本項(xiàng)目則嘗試采用根據(jù)不同地質(zhì)特征采取有針對(duì)性的處理措施，即建筑結(jié)構(gòu)自重+抗浮錨桿+抗拔樁相結(jié)合的成套抗浮技術(shù)體系，這樣可以充分發(fā)揮其各自的抗拔性能，靈活布置，使底板上的附加應(yīng)力分布更均勻，有利于減小底板厚度。

根據(jù)工程地質(zhì)情況及結(jié)構(gòu)計(jì)算，該項(xiàng)目地下室自身浮力為6 723 255 kN；由于鉆孔灌注樁樁端持力層根據(jù)地層情況分別為中風(fēng)化安山巖和中風(fēng)化粉砂巖，基巖埋深較淺的區(qū)域采用天然地基，且基礎(chǔ)與底板分別坐落在場(chǎng)地⑥層粉質(zhì)黏土層、中風(fēng)化安山巖和中風(fēng)化粉砂巖等復(fù)雜土層上，故抗浮設(shè)計(jì)按以下3種情況分別采取不同方案：

1）結(jié)構(gòu)自重滿足抗浮要求區(qū)域：1#～2#樓核心筒區(qū)域，4#～7#樓主樓區(qū)域。

2）結(jié)構(gòu)自重加抗拔樁承載力滿足抗浮要求區(qū)域：3#樓主樓區(qū)域。

3）結(jié)構(gòu)自重加抗拔樁承載力不滿足抗浮要求區(qū)域：采用設(shè)置抗浮錨桿措施。根據(jù)地層情況及荷載要求，分別設(shè)置不同種類、不同長(zhǎng)度、不同間距要求的錨桿。

2.1 抗拔樁設(shè)計(jì)

1）根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)情況及上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該工程抗拔樁采用大直徑鉆孔灌注樁。樁徑、樁長(zhǎng)、數(shù)量、單樁抗拔力設(shè)計(jì)特征值等參數(shù)見表1。

表1 大直徑鉆孔灌注樁參數(shù)

2）樁縱向主筋采用HRB335級(jí)鋼筋，箍筋采用HPB300級(jí)鋼筋。樁澆筑混凝土之前，應(yīng)清理孔底沉渣，其厚度應(yīng)小于50 mm。樁主筋保護(hù)層厚50 mm，有效樁長(zhǎng)為5～25 m；樁尖進(jìn)入持力層深度＞1d。

2.2 抗浮錨桿設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程抗浮設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)合工程地質(zhì)情況，錨桿孔φ150 mm，全長(zhǎng)錨固，錨桿總數(shù)11 757根。錨固體與本場(chǎng)地⑥層粉質(zhì)黏土層的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為50 kPa，與中風(fēng)化粉砂巖的黏結(jié)強(qiáng)度特征值為120 kPa，與中風(fēng)化安山巖的黏結(jié)強(qiáng)度特征值為500 kPa。錨桿1布置區(qū)域?yàn)榧兺翆渝^桿，長(zhǎng)10 m，采用1φ32 mmHRB400（單桿抗拔力特征值為130 kN），間距1.2 m×1.2 m，共2 520根，累計(jì)抗浮力為226 800 kN；錨桿2布置區(qū)域?yàn)榧兺翆渝^桿，長(zhǎng)10 m，采用1φ32 mmHRB400（單桿抗拔力特征值為130 kN），間距1.8 m×1.8 m，共3 450根，抗浮力為310 500 kN；錨桿3布置區(qū)域?yàn)橥翆雍蛶r石結(jié)合錨桿，長(zhǎng)10 m，采用3φ25 mmHRB400（單桿抗拔力特征值為280 kN），間距1.8 m×1.8 m，共1 189根，抗浮力為321 030 kN；錨桿4布置區(qū)域?yàn)橥翆雍蛶r石結(jié)合錨桿，長(zhǎng)10 m，采用2φ25 mmHRB400（單桿抗拔力特征值為180 kN），間距1.5 m×1.5 m，共216根，抗浮力為38 880 kN；錨桿5布置區(qū)域?yàn)榧儙r石錨桿，長(zhǎng)10 m，采用3φ25 mmHRB400（單桿抗拔力特征值為280 kN），間距1.5 m×1.5 m，共3 607根，抗浮力為973 890 kN；錨桿6布置區(qū)域?yàn)榧儙r石錨桿，長(zhǎng)10 m，采用3φ25 mmHRB400（單桿抗拔力特征值為280 kN），間距1.4 m×1.4 m，共593根，抗浮力為160 110 kN；錨桿區(qū)總抗浮力為2 031 210 kN。其平面布置如圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)錨桿分區(qū)布置示意

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

地下室底板厚1 200 mm；其余-4F～±0.00 m層厚120 mm（局部150 mm）；地下室墻板厚度（除人防區(qū)域：-4F～-5F為600 mm；-3F為500 mm；-2F為400 mm；-1F為300 mm外）均為600 mm；上部結(jié)構(gòu)1#～2#及4#～7#樓為17層，3#為8層，均為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

混凝土強(qiáng)度：獨(dú)立基礎(chǔ)、地下室底板及與之整澆的承臺(tái)、地梁（包括上翻的高300 mm外墻）采用C30 P8；-5F～-3F外墻為C30 P8（內(nèi)摻改性聚丙烯抗裂纖維）；-1F～-2F外墻及地下室頂板為C30 P6（內(nèi)摻改性聚丙烯抗裂纖維）；地下室中間樓層及室內(nèi)區(qū)域頂板梁板采用C30（人防區(qū)域的梁、板則為C35）；構(gòu)造柱、圈梁混凝土強(qiáng)度C20。后澆帶混凝土用膨脹水泥配置，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35。地下室填充墻：采用MU10燒結(jié)頁(yè)巖多孔磚，M7.5混合砂漿砌筑。

3 工程實(shí)施

3.1 工程（抗拔）樁施工

工程樁基為φ600～1 200 mm鉆孔灌注樁，下伏基巖層為砂巖或安山巖等，局部巖面埋深及強(qiáng)度變化較大，施工難度很大；同時(shí)設(shè)計(jì)要求的垂直度、沉渣、樁位偏差等技術(shù)要求高，對(duì)施工機(jī)械和鉆具要求非常高。

對(duì)于持力層為粉砂地層或樁徑不大于700 mm的入中風(fēng)化安山巖的樁采用11臺(tái)GPS-10型鉆機(jī)及3臺(tái)SWDM25型旋挖鉆機(jī)；對(duì)于需入中風(fēng)化安山巖且樁徑大于等于800 mm的樁采用14臺(tái)CZ-30（Ⅱ）型CZ-30型沖擊樁機(jī)；對(duì)于大直徑樁成孔可采用上部鉆孔下部沖擊分機(jī)分段或先小徑前導(dǎo)再擴(kuò)徑的成孔工藝，加快成孔速度。

質(zhì)量控制：樁中箍筋及加勁箍筋均采用搭接焊，焊接長(zhǎng)度不小于10d；樁澆筑混凝土之前，應(yīng)清理孔底沉渣，其厚度應(yīng)小于50 mm；樁主筋保護(hù)層厚50 mm；樁尖進(jìn)入持力層深度大于1d。

3.2 抗浮錨桿施工

根據(jù)地質(zhì)資料結(jié)合本工程基坑挖深大的特點(diǎn)，為了避免土層錨桿施工過程中錨桿孔頸縮、坍孔，土層錨桿采用錨桿鉆機(jī)、氣動(dòng)潛孔錘配套跟管鉆具全套管鉆進(jìn)成孔；巖石錨桿采用錨桿鉆機(jī)、氣動(dòng)潛孔錘鉆具沖擊鉆進(jìn)成孔。循環(huán)介質(zhì)為壓縮空氣，可有效避免沖洗液對(duì)錨桿圍巖、基坑土體的不利影響。錨桿在規(guī)定長(zhǎng)度內(nèi)入巖按2倍長(zhǎng)度計(jì)入總長(zhǎng)，不同巖層處分界線按實(shí)際取樣為準(zhǔn)。

該工程錨桿分區(qū)塊設(shè)置，終孔直徑為150 mm；錨桿注漿采用水泥材料強(qiáng)度等級(jí)為P.O 42.5，水泥砂漿強(qiáng)度不小于30 MPa，細(xì)石混凝土強(qiáng)度不小于C30。

質(zhì)量控制：錨桿定位誤差不大于5 cm，垂直度偏差不大于1%，主筋與底板連接處采用刷柔性材料防腐處理，主筋需接長(zhǎng)時(shí)，采用直螺紋套筒對(duì)接，對(duì)接后抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于鋼筋的抗拉強(qiáng)度。

3.3 結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量

該項(xiàng)目地下室及主體工程施工過程控制嚴(yán)格，結(jié)構(gòu)中間均一次性通過驗(yàn)收，并已經(jīng)申報(bào)杭州市“西湖杯”結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)工程。

4 成效檢測(cè)

4.1 抗拔樁檢測(cè)豎向拉拔試驗(yàn)

抗拔樁試驗(yàn)采用單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)量為總抗撥樁的1%，即11根（試驗(yàn)時(shí)抗拔荷載逐級(jí)作用于樁頂，樁頂上拔量慢慢增大，最終可得到單根試樁荷載）；檢測(cè)數(shù)據(jù)如下[試樁編號(hào)/設(shè)計(jì)抗拔特征值（kN）=實(shí)測(cè)抗拔力（kN）]：600CK/600=630；700CK/700=725；800CK/800=/820；900CK/900=910；1000CK/1000=1040；1100CK/1100=1130；1200CK/1200=1240；600AK/600=620；700AK/700=730；800AK/800=820；1200AK/900=920。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，該工地抗拔樁豎向抗拔力均能滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 抗浮錨桿豎向拉拔試驗(yàn)

抗浮錨桿進(jìn)行了豎向抗拔試驗(yàn)，試驗(yàn)樁數(shù)581根，占錨桿總數(shù)的5%（試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，利用基坑底板墊層及小鋼板提供反力），具體檢測(cè)數(shù)據(jù)如下：錨桿1區(qū)（實(shí)測(cè)錨桿126根）抗拔力＞195 kN；錨桿2區(qū)（實(shí)測(cè)錨桿173根）抗拔力＞195 kN；錨桿3區(qū)（實(shí)測(cè)錨桿60根）抗拔力＞420 kN；錨桿4區(qū)（實(shí)測(cè)錨桿11根）抗拔力＞270 kN；錨桿5區(qū)（實(shí)測(cè)錨桿181根）抗拔力＞420 kN；錨桿6區(qū)（實(shí)測(cè)錨桿30根）抗拔力＞420 kN。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，該項(xiàng)目抗浮錨桿單錨桿豎向抗拔力均能滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 地下室結(jié)構(gòu)體沉降測(cè)量

按設(shè)計(jì)要求設(shè)置了32個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，在每完成一結(jié)構(gòu)樓層后即對(duì)建筑沉降情況進(jìn)行觀測(cè)，并做好觀測(cè)記錄，到目前為止累計(jì)觀測(cè)18次，從觀測(cè)結(jié)果顯示，地下室及主體結(jié)構(gòu)施工期間，累計(jì)沉降量量大值為-13 mm，最小值為-8 mm，最大沉降差為5 mm，整個(gè)結(jié)構(gòu)工程基本處于沉降均勻穩(wěn)定狀態(tài)，未出現(xiàn)上浮狀況。

5 結(jié)語(yǔ)

在地下超大深空間結(jié)構(gòu)工程建設(shè)時(shí)，如遇地基復(fù)雜多變、土層軟硬交替、多層組合、厚度變化大、分布不均勻、地形地貌多樣，且地下藏水豐富的復(fù)雜地基條件下，采用單純結(jié)構(gòu)自重或加抗拔樁等抗浮措施往往難以達(dá)到理想的抗浮效果，且造價(jià)昂貴；若充分利用抗浮錨桿布置靈活、錨固效率高、有利于底板均勻受力、可減少底板厚度等特點(diǎn)，依據(jù)具體的地質(zhì)水文條件，綜合考慮各個(gè)方案的相互影響，而采取建筑結(jié)構(gòu)自重+抗浮錨桿+抗拔樁相結(jié)合的成套抗浮技術(shù)方案，方能取得多贏效果。從背景項(xiàng)目沉降觀測(cè)結(jié)果可以看出，應(yīng)用成套抗浮技術(shù)處理在復(fù)雜地基基礎(chǔ)上的超大深地下空間結(jié)構(gòu)抗浮問題是可行的[5-8]。