高層建筑深基坑施工技術(shù)

李 建

李 建

【摘 要】我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，地下工程越來(lái)越多，施工時(shí)都需要開(kāi)挖較深的基坑。本文結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)高層建筑深基坑施工技術(shù)進(jìn)行探析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；深基坑施工

1 工程概況

本工程總建筑面積44 774m2，地上為30層，地下為3 層；外檐最高 90. 5m，基礎(chǔ)平均埋深12. 3m。本工程西側(cè)緊鄰市政燃?xì)夤芫€，擬建地下結(jié)構(gòu)西側(cè)距現(xiàn)有紅線圍墻距離為1. 7～ 2. 7m，墻外為小區(qū)的道路，南側(cè)地下車(chē)庫(kù)建筑外邊線距離居民住宅僅 12m，東側(cè)為施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)道路和項(xiàng)目部的現(xiàn)場(chǎng)辦公房。

1. 1 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地地形基本平坦，地面標(biāo)高為65.300 ～ 65. 840m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探、室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果與原位測(cè)試的綜合分析，在本次勘探深度范圍內(nèi)（最深 50. 0m）的地層。自然地坪下 1.4m的深度范圍內(nèi)主要為雜填土與素填土；自然地坪下9～1. 4m 深度范圍主要為砂質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土一類性狀接近的黏性土壤；這之下的土壤主要為細(xì)砂、卵石、圓礫等砂質(zhì)土壤。

1. 2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地下各層地下水的類型、埋深如表 1 所示。

表 1 場(chǎng)地下各層地下水類型、埋深

序號(hào) 地下水類型 靜止水位標(biāo)高/m 埋深/m

第1層 層間水﹙潛水﹚ 29.11～31.890 7.5～10.5

第2層 層間水﹝具承壓性﹞ 18.350～18.910 20.5～21.3

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)和工程地質(zhì)資料分析，場(chǎng)區(qū)淺層具有賦存臺(tái)地潛水的條件，一般埋深為 3～5m，主要接受大氣降水入滲、地下水側(cè)向徑流及管道滲漏等方式補(bǔ)給，以蒸發(fā)及地下水側(cè)向徑流等方式排泄，天然動(dòng)態(tài)類型屬于滲入-蒸發(fā)、徑流型。其水位年變化規(guī)律為，6—9 月水位較高，其他月份水位較低，年變化幅度一般為 2～3m。

2 基坑工程的主要施工技術(shù)

2. 1 土方開(kāi)挖

在基坑北側(cè)中部留置 1 個(gè)馬道口，作為運(yùn)土車(chē)與挖土機(jī)械進(jìn)出基坑的通道，馬道上口寬>8m，坡度20°，設(shè)置 2個(gè)平臺(tái)。馬道用地表強(qiáng)度硬度較大的雜填土和部分外運(yùn)進(jìn)場(chǎng)的砂石鋪于表面。在基坑內(nèi)留置運(yùn)土車(chē)行走的循環(huán)道路，道路寬度≥5m，沿基坑周邊呈橢圓形布置。

土方開(kāi)挖遵循“開(kāi)槽支撐、先撐后挖、分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖”。土方分 4 步挖至槽底，每步挖深控制在 4m 內(nèi)。槽底預(yù)留 250mm 土人工清槽。首先開(kāi)挖基坑內(nèi)周邊土方，周?chē)练介_(kāi)挖至每步的設(shè)計(jì)標(biāo)高后為土釘墻、預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)工序創(chuàng)造工作面，立即進(jìn)行該步的基坑支護(hù)施工。

2. 2 基坑支護(hù)

1）土釘墻施工工藝

開(kāi)挖至工作面→修整坡面→放線定位→成孔→插筋→堵孔注漿→綁扎固定鋼筋網(wǎng)→壓筋→噴射混凝土面層→面層養(yǎng)護(hù)→下步開(kāi)挖。

其中的關(guān)鍵工藝為：成孔并質(zhì)量檢驗(yàn)合格后應(yīng)立即插筋注漿，為保證注漿飽滿，所有孔均采取二次注漿，孔口及時(shí)用水泥袋封堵；為了保證混凝土面層的剛度、強(qiáng)度，面層鋼筋網(wǎng)片外設(shè)置14 @1 500mm×1 500mm 縱、橫向壓筋網(wǎng)，壓筋與鋼筋網(wǎng)片綁扎牢固；面層混凝土的施工配合比為水泥∶砂∶石屑 =1∶ 2∶2（質(zhì)量比），坍落度 40～ 60mm，噴混凝土施工時(shí)噴槍距坡面距離控制在 0. 6～ 1. 2m，自下而上噴注。

2）護(hù)坡樁施工工藝

施工準(zhǔn)備→樁位測(cè)量定位→鉆機(jī)就位→鉆至孔底→提鉆注壓混凝土→清理孔口→振擊插鋼筋籠→混凝土振搗→樁身養(yǎng)護(hù)→剔樁頭。

其中的關(guān)鍵工藝為：樁位的測(cè)量定位務(wù)必要準(zhǔn)確，樁位復(fù)核無(wú)誤差后用粗鋼筋在樁中心點(diǎn)垂直打孔標(biāo)記；根據(jù)本工程巖土工程的勘察報(bào)告，樁端處于砂土層，為保證樁的有效長(zhǎng)度，實(shí)際鉆孔均比設(shè)計(jì)值深 0. 5m 以上；提鉆速度要緩，避免斷樁，注壓混凝土要及時(shí)和連續(xù)，混凝土的粗骨料粒徑最大不得超過(guò) 20mm，砂率保證 45%以上；插鋼筋籠時(shí)務(wù)必保證定位準(zhǔn)確和鋼筋籠的垂直度，防止碰撞孔壁，待鋼筋籠下放至感覺(jué)遇到混凝土的助力后再啟動(dòng)振搗器，振搗時(shí)間不少于 5min。

3）預(yù)應(yīng)力錨桿施工工藝

施工準(zhǔn)備→鉆機(jī)就位→校正孔位角度→鉆孔及抽鉆→插送桿件→注漿、補(bǔ)漿→桿體養(yǎng)護(hù)→安裝鋼梁錨具→張拉鎖定→鋼梁拆除。

其中的關(guān)鍵工藝：鉆至設(shè)計(jì)孔深后停止進(jìn)尺，但應(yīng)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆桿 1min 后再緩慢抽鉆，防止孔端部土坍塌及實(shí)際孔深不夠；注漿材料選用純水泥漿，水灰比在 0. 45 ～0. 55，水泥為 P·O32. 5，注漿管與桿體一同插至孔底，注漿開(kāi)始 2min 后隨注漿隨緩慢抽管，注漿至孔口泛出水泥漿，之后每隔 10min 反復(fù)注漿 1 次，每個(gè)孔至少 2 次注漿，保證錨桿孔注漿飽滿；錨桿孔注漿的強(qiáng)度達(dá)到 75% 以上后方可張拉鋼絞線，張拉前進(jìn)行 1 次預(yù)張拉使所有鋼絞線順直，受力均勻，正式張拉至設(shè)計(jì)荷載的 105% ～110% 后卸載鎖定，鎖定后 48h 發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失超過(guò)設(shè)計(jì)值10% 應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)張拉。

2. 3 基坑降水

地下水對(duì)深基坑的安全穩(wěn)定和地下工程的施工影響巨大，針對(duì)本工程的實(shí)際情況，制訂了一套安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的降水方案。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，影響本工程大面積基底的地下水為第 1 層潛水，其靜止水位埋深 8. 5m，含水層厚度 7. 2m，滲透系數(shù) 25m/d，該含水層的土質(zhì)主要為細(xì)砂中砂、卵石圓礫狀土層。第 1 層潛水層下土質(zhì)為重粉質(zhì)黏土層，它是相對(duì)的隔水層。隔水層下為第 2 層潛水（為微承壓水），靜止埋深 21m，對(duì)本工程無(wú)影響。

根據(jù)地下工程的施工要求，本工程設(shè)定的降水目標(biāo)為將第 1 層潛水降低至基底下 1m。結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)和本工程的特點(diǎn)，采用環(huán)形封閉布置管井降水。

管井降水的簡(jiǎn)要計(jì)算：基坑等效半徑 R =，F(xiàn) 為管井包圍的基坑面積取5 476m2，R =41. 8m 。

降水井深度 H = H1+ h + iL + l，H1為井點(diǎn)管埋設(shè)面至基坑地面距離；h 為基坑中央最深挖掘面至降水曲線最高點(diǎn)的安全距離，取 0. 5～1m，取下限1m；i 為降水曲線坡度，本工程環(huán)狀布置管井井點(diǎn)取1 /10～1 /15；L 為井點(diǎn)管中心至基坑中心的距離，本工程近似為 R；l 為濾管長(zhǎng)度，取 1m。計(jì)算得 H =18. 98m，取 19m。

另外，根據(jù)基坑涌水總量和單泵單井的出水能力，計(jì)算出管井?dāng)?shù)為 34. 4，考慮管井間距布置的均勻性和一定的備用系數(shù)，設(shè)置 38 眼管井，井間間距8m。

管井的施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→挖泥漿池→井位探坑→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔→置換泥漿→下放井管→填埋濾料→黏土封閉→清水洗井→布排水管→架設(shè)電纜→安裝水泵→聯(lián)網(wǎng)抽水→降水維護(hù)。

需要格外注意的是，管井位于護(hù)坡樁的區(qū)域在布置和施工時(shí)要適當(dāng)調(diào)整井位，防止護(hù)坡樁的預(yù)應(yīng)力錨桿打穿管井。同樣，在土釘墻及預(yù)應(yīng)力錨桿的區(qū)域也應(yīng)注意該類問(wèn)題。基坑中有個(gè)別電梯井、地下人防集水坑的部位，其井底坑底埋深超過(guò)大面積基底埋深，對(duì)此在電梯井、集水坑中個(gè)別打井，井深6m，單獨(dú)降水。

2. 4 基坑監(jiān)測(cè)

本工程根據(jù)委托的監(jiān)測(cè)單位提供的專業(yè)方案，基坑位移監(jiān)測(cè)基點(diǎn) 6 個(gè)，位移監(jiān)測(cè)點(diǎn) 17 個(gè)。高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)可采用位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。本工程基坑深度為12. 3m，根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定基坑的變形監(jiān)控按一級(jí)基坑處理。

監(jiān)測(cè)方案的主要環(huán)節(jié)為：基坑開(kāi)挖深度<2m 前應(yīng)建立完成監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確定初始值。開(kāi)挖過(guò)程中每天定時(shí)監(jiān)測(cè) 1次，如發(fā)現(xiàn)位移量較大或局部位移突變，應(yīng)每隔4h 監(jiān)測(cè) 1 次，開(kāi)挖至槽底并且邊坡穩(wěn)定后監(jiān)測(cè)周期視季節(jié)等情況安排，可 3～ 7d 1 次。坡頂?shù)乃轿灰祁A(yù)警值為：支護(hù)1區(qū) 25mm，支護(hù)2 區(qū)45mm，支護(hù) 3 區(qū) 35mm。在基坑開(kāi)挖前先行測(cè)量基點(diǎn)的高程，確定沉降的初始值，土方開(kāi)挖后每 3d 觀測(cè) 1 次沉降數(shù)值，沉降穩(wěn)定后每 7d 測(cè)量 1 次。根據(jù)規(guī)范要求，坡頂沉降量報(bào)警值為 0.3%～0.5% 的基坑深度，換算成絕對(duì)值為 25～30mm，本工程取25mm。相鄰建筑物沉降報(bào)警值取15mm，相鄰重要管線沉降報(bào)警值取 20mm。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)工程實(shí)踐證明了本基坑工程支護(hù)、降排水、基坑監(jiān)測(cè)等各方面都是安全、經(jīng)濟(jì)可行的。為以后類似工程提供了范例。