禹城通裕陽(yáng)光豪庭基坑工程施工工藝對(duì)周邊建筑物的影響分析

毛 潔

(山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市地下空間的建設(shè)進(jìn)入新的紀(jì)元，基坑工程建設(shè)向著規(guī)模更大、深度更深、環(huán)境條件更復(fù)雜的方向發(fā)展。這給基坑工程設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，如何保證基坑安全并盡量減小對(duì)周邊設(shè)施的影響成為基坑工程研究的熱點(diǎn)[1]。近幾年來(lái)關(guān)于基坑及環(huán)境復(fù)雜設(shè)計(jì)方面有很多相關(guān)文獻(xiàn)[2-5]，給后來(lái)的工程設(shè)計(jì)提供了相當(dāng)多的參考和借鑒，但仍出現(xiàn)了基坑施工過(guò)程中對(duì)周邊建筑物造成不同程度的損害，分析原因?yàn)?點(diǎn)：基坑設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)周邊環(huán)境不完全掌握，設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)偏差；施工過(guò)程中部分未能完全達(dá)到設(shè)計(jì)意圖；施工過(guò)程中施工工藝對(duì)周邊建筑物影響過(guò)大；開(kāi)挖階段，環(huán)境變形量迅速遞增，是整個(gè)施工的關(guān)鍵。

本文以通裕陽(yáng)光豪庭工程支護(hù)樁施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案來(lái)分析，結(jié)合調(diào)整后的施工工藝及施工順序探討施工工藝對(duì)周邊建筑物的影響，為以后相似復(fù)雜環(huán)境基坑及基樁施工提供參考。

1 工程概況

通裕陽(yáng)光豪庭位于山東省禹城市行政街以北，市中路路西。項(xiàng)目包括1、2、3號(hào)樓共計(jì)3棟住宅及地下車(chē)庫(kù)，地上30層、地下2層。地下室埋深9.8 m，需采用基坑支護(hù)方式施工地下室。

基坑?xùn)|西長(zhǎng)約63 m，南北長(zhǎng)約142 m，大致呈矩形，基坑深度9.65～10.40 m，基底標(biāo)高為9.500～10.300 m。

基坑北沿距離圍墻最近處約6.0 m，距離5層居民樓約20 m；基坑?xùn)|沿距離圍墻4.3～6.0 m，距離1層民房6.0～7.5 m，距離3層沿街樓約19 m，距離4層沿街樓約18 m；基坑?xùn)|南側(cè)距離圍墻0.0～1.0 m；基坑南沿距離圍墻4.0～5.5 m，墻外為行政街；基坑西沿距離圍墻5.0～8.0 m，距離3～4層檢察院辦公樓(條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約1.5 m)約10 m，距離5層居民樓(條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約1.5 m)最近處約6.0 m(參見(jiàn)圖1)。

2 場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭露，勘察深度范圍內(nèi)場(chǎng)地地層共分為13層，基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)地層由上至下分別為：①1素填土，②粉質(zhì)粘土，③粉砂，④粉質(zhì)粘土，⑤粉砂，⑤1粉質(zhì)粘土。③粉砂輕微液化。

場(chǎng)地地下水屬第四系孔隙潛水。淺層地下水補(bǔ)給來(lái)源以大氣降水為主，同時(shí)還有灌溉滲入，地表水及外區(qū)逕流補(bǔ)給，地下水以0.2‰的水力坡度由西南向東北緩慢運(yùn)動(dòng)，勘察期間地下水位埋深2.90～4.70 m。

3 基坑設(shè)計(jì)情況

復(fù)雜環(huán)境中深基坑一般采用灌注樁支護(hù)[4-5]。本基坑采用灌注樁樁錨型式支護(hù)，按周邊環(huán)境及地層情況不同設(shè)計(jì)分7個(gè)剖面，基坑坡底線距地下室外墻基礎(chǔ)留1.2 m施工面，止水帷幕采用三軸攪拌樁，降水采用管井降水，錨固采用錨索?；又ёo(hù)平面布置見(jiàn)圖1。

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)

上部1.5 m 1∶1放坡，下部采用排樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，支護(hù)樁直徑800 mm，樁長(zhǎng)22.0 m，樁間距1.5 m；樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，主筋HRB400熱軋帶肋鋼筋，箍筋HPB300鋼筋，采用一樁一錨，錨索孔直徑為150 mm，桿體材料采用?S15.2-1×7鋼絞線，錨索注漿采用水泥漿，注漿固結(jié)體強(qiáng)度≮20 MPa。水泥強(qiáng)度等級(jí)為P.O42.5。

3.2 止水帷幕

在基坑周邊設(shè)置單排三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，攪拌樁深度21.0m，有效樁長(zhǎng)20.0m；設(shè)計(jì)參數(shù)為：?650 mm @900 mm三軸水泥土攪拌樁，按連續(xù)套接一孔法施工，樁心距450 mm，采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比1.2～1.6(可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整)，水泥摻量≮20%，宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定最佳水泥摻入量。

圖1 基坑支護(hù)平面布置Fig.1 Layout of the foundation pit support

3.3 降水井設(shè)置[6]

沿基坑周邊緊貼基坑底邊線內(nèi)側(cè)設(shè)置降水井28眼，井間距約14 m，井深16.5 m；由于基坑較寬，在基坑中間按20 m左右間距設(shè)15眼疏干井,井深約16.5 m。在基坑周?chē)ㄖ锔浇?，布?0眼回灌井和8眼觀測(cè)井，井深12.0 m。

4 支護(hù)樁施工情況及出現(xiàn)的問(wèn)題

(1)按照施工順序應(yīng)先施工支護(hù)樁再施工止水帷幕，防止先施工止水帷幕后支護(hù)樁鉆孔時(shí)對(duì)止水帷帶造成擾動(dòng)開(kāi)裂，影響止水效果。

(2)場(chǎng)地地層主要為第四系軟土，支護(hù)樁長(zhǎng)度也較短，為確保支護(hù)樁垂直度及加快施工工期，支護(hù)樁成孔采用KH-800B型長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)，下籠采用DZ-40型振動(dòng)錘振動(dòng)下放。

(3)施工過(guò)程和計(jì)劃相符，施工速度較快，采用“隔三打一”的跳打方式，主要是為防止成樁過(guò)程中相鄰樁之間的竄孔及相鄰樁距離過(guò)近，已完成樁混凝土強(qiáng)度較低在下籠時(shí)會(huì)出現(xiàn)離析等現(xiàn)象。

(4)施工過(guò)程對(duì)周邊建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)沉降速度過(guò)快，施工4天后發(fā)現(xiàn)東側(cè)北段局部出現(xiàn)地面及平房個(gè)別地方墻體裂縫，項(xiàng)目部發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)停工。

5 原因分析及解決方案

5.1 原因分析

場(chǎng)地周邊建筑均為20世紀(jì)八九十年代建造，房屋建造時(shí)分批完成，地基基礎(chǔ)埋深淺，均采用天然地基，且地基施工質(zhì)量不一；施工質(zhì)量低，施工前已有一些非結(jié)構(gòu)性開(kāi)裂。采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工支護(hù)樁，下放鋼筋籠時(shí)振動(dòng)器對(duì)基礎(chǔ)振動(dòng)，導(dǎo)致基礎(chǔ)松散土密實(shí)。第③層粉砂輕微液化，地下水位的變化也是造成個(gè)別改建平房及院墻局部出現(xiàn)墻體裂縫的原因。

5.2 解決方案

(1)連續(xù)觀測(cè)基坑邊沉降變化，及時(shí)上報(bào)檢測(cè)數(shù)據(jù)。改變東北側(cè)施工順序及支護(hù)樁施工工藝后確保不沉降后方可施工。

(2)先施工三軸攪拌樁，控制外部地下水水壓力及軟土層側(cè)壓力的影響[7-8]，三軸攪拌樁強(qiáng)度達(dá)到70%以后方可施工支護(hù)樁。并改變支護(hù)樁施工工藝，不再使用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工，改用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，地基土基本不產(chǎn)生振動(dòng)。

(3)三軸攪拌施工時(shí)，先在東南側(cè)試驗(yàn)，并在外側(cè)5 m，按間距3 m布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，連續(xù)觀測(cè)3天。無(wú)變化后方可施工支護(hù)樁。

(4)西側(cè)建筑物距基坑約20 m，為減少擾動(dòng)并能降低施工成本，西側(cè)北端不再采用支護(hù)樁+止水帷幕的形式，而是采用SMW工法樁。SMW工法采用單排三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H型鋼，攪拌樁采用標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)方式施工，搭接形式為套接一孔法及隔幅跳打的施工順序[9]，攪拌樁直徑650 mm，攪拌樁搭接長(zhǎng)度200 mm，深度20 m，水泥摻入比≮20%，采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥做固化劑，施工時(shí)按現(xiàn)行《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)等規(guī)范的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。H型鋼按照插一跳一施工，加強(qiáng)段按照密插型施工，H型鋼采用國(guó)標(biāo)HN500×200×10×16。

(5)SMW工法樁施工時(shí)考慮對(duì)土體的影響，要求按圖2順序施工。

圖2 SMW工法樁施工順序Fig.2 Construction sequence of SMW piles

(6)原設(shè)計(jì)錨索為普通錨索，錨索直徑150 mm，長(zhǎng)度為22～26 m，錨固段長(zhǎng)度為17～21 m，采用錨桿鉆機(jī)成孔時(shí)考慮到會(huì)形成空孔，錨索成孔后，流砂會(huì)涌入套管內(nèi)，造成錨索桿件無(wú)法下放到設(shè)計(jì)位置，孔口出現(xiàn)嚴(yán)重涌水涌砂現(xiàn)象[10]。錨索變更為旋噴擴(kuò)大頭錨索，采用一樁一錨，長(zhǎng)度17～18 m，錨固段直徑500 mm，錨固段長(zhǎng)度9～11.5 m，采用旋噴樁機(jī)成孔，桿體材料?S15.2-1×7鋼絞線；腰梁是在錨索施工7天后安裝。預(yù)應(yīng)力錨索采用2根25A工字鋼做為腰梁，工字鋼之間用綴板焊接為整體構(gòu)件，焊縫連接采用貼角焊，錨索端部采用專(zhuān)用錨具施加鎖定力。變更后的支護(hù)剖面如圖3所示。

圖3 基坑支護(hù)剖面Fig.3 Profile of the foundation pit support

(7)以上設(shè)計(jì)變更后用理正深基坑支護(hù)軟件進(jìn)行計(jì)算，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足有關(guān)規(guī)范要求。

6 完成情況及效果檢驗(yàn)

6.1 完成情況

(1)改變施工順序先施工止水帷幕，等強(qiáng)度≮70%后再施工支護(hù)樁。

(2)支護(hù)樁采用SJ150型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)正循環(huán)成孔，采用三翼硬質(zhì)合金鉆頭，全面鉆進(jìn)法。采用自然造漿，為確保地層不出現(xiàn)縮孔、塌孔，泥漿性能要求達(dá)到密度≥1.15 kg/L，含砂率<8%，粘度18～28 s。為確保泥漿性能，在指標(biāo)不達(dá)標(biāo)時(shí)采用部分人工造漿的方法，造漿的主要材料是膨潤(rùn)土和工業(yè)火堿，施工過(guò)程中使用膨潤(rùn)土30 t，火堿3 t。

(3)成孔時(shí)采用“隔三打一”的方式，減少對(duì)地層的連續(xù)影響，采用吊車(chē)下放鋼筋籠基本沒(méi)有振動(dòng)，施工過(guò)程比較順利。

(4)SMW工法樁施工時(shí)嚴(yán)格按調(diào)整后的施工工藝及施工順序施工，成樁后立即下放H型鋼。因?yàn)樗冶却蠹俺蓸端俣容^快，H型鋼下放比較順利。當(dāng)出現(xiàn)型鋼下放不順的情況時(shí)采用鉆機(jī)回撤重新攪噴的方式透孔后再下放，嚴(yán)禁采用振動(dòng)器振動(dòng)下放H型鋼，以免造成振動(dòng)引起土層液化，進(jìn)而影響周邊建筑物安全。

(5)旋噴擴(kuò)大頭錨索施工采用旋噴錨桿鉆機(jī)施工，通過(guò)旋噴將錨孔擴(kuò)大之后下入錨索成錨固體的施工工藝。成孔前，根據(jù)設(shè)計(jì)，定出孔位，作出標(biāo)記。鉆機(jī)開(kāi)鉆前，檢查鉆桿的角度及錨索的位置，確保鉆桿在水平方向的誤差在±50 mm以內(nèi)，垂直方向的誤差在±100 mm以內(nèi)。自由段成孔直徑110 mm，錨索錨固段成孔直徑500 mm，與水平向夾角25°，擴(kuò)孔的噴射壓力≮20 MPa，噴嘴給進(jìn)速度可取15～20 cm/min,噴嘴轉(zhuǎn)速取10～15 r/min，噴射擴(kuò)孔時(shí)，至少往返擴(kuò)孔3遍，注漿時(shí)采取孔口封堵措施，防止突水帶砂；沿錨索桿體每2.0 m設(shè)置一個(gè)定位支架，定位支架使各根鋼絞線相互分離。

成孔后及時(shí)封堵孔口，若漿液硬化而未能填滿鉆孔，及時(shí)補(bǔ)漿。注純水泥漿(水灰比0.4～0.5)，注漿過(guò)程中采用循環(huán)攪拌，隨攪隨用。

6.2 效果檢驗(yàn)

(1)施工止水帷幕時(shí)經(jīng)過(guò)檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)變化、周邊建筑物也沒(méi)有產(chǎn)生新的裂縫，改變支護(hù)樁成孔工藝及施工順序后各種檢測(cè)數(shù)據(jù)趨向穩(wěn)定，周邊建筑物沒(méi)有產(chǎn)生新的裂縫，原有裂縫也沒(méi)有繼續(xù)發(fā)展。

(2)在施工旋噴擴(kuò)大頭錨索時(shí)在場(chǎng)地南側(cè)空地處進(jìn)行3組水平試驗(yàn)，錨索預(yù)應(yīng)力值均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的350 kN。試驗(yàn)成功后才進(jìn)行工程正式作業(yè)，施工過(guò)程中未出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象，施工時(shí)也采用“隔三打一”的方式，施工過(guò)程中觀測(cè)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)地層液化現(xiàn)象。錨索加預(yù)應(yīng)力時(shí)對(duì)周邊建筑物沉降及變形監(jiān)測(cè)的時(shí)間進(jìn)行加密，監(jiān)測(cè)中也沒(méi)出現(xiàn)明顯變化。

(3)為確保在鉆機(jī)施工過(guò)程中對(duì)周邊建筑影響進(jìn)行全面監(jiān)控，本次施工及開(kāi)挖過(guò)程中采用多種監(jiān)測(cè)手段及基礎(chǔ)施工信息化監(jiān)控[11]，分別為基坑坡頂水平位移和豎向位移監(jiān)測(cè)、基坑周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)、基坑深層水平位移監(jiān)測(cè)、周邊地下管線變形監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)、錨索內(nèi)力監(jiān)測(cè)等手段，監(jiān)測(cè)時(shí)段為2015年3月20日至2017年8月23日，至基坑回填完畢，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊地表均未發(fā)生任何較大的位移和沉降，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)均未超出預(yù)警值范圍(見(jiàn)表1)。

表1 基坑監(jiān)測(cè)情況Table 1 Foundation pit monitoring data

基坑工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,基坑變形均小于設(shè)計(jì)報(bào)警值，基坑一直處于安全可控狀態(tài)。由此可見(jiàn)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)施工工藝,不僅加快了施工進(jìn)度,而且能夠避免因施工工藝選取不當(dāng)對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生的較大影響。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)采用先施工止水帷幕再施工支護(hù)樁，在支護(hù)樁與臨近建筑之間形成一道柔性墻，在支護(hù)樁施工過(guò)程中對(duì)臨近建筑地基基礎(chǔ)起到一定保護(hù)作用。支護(hù)樁采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔減小了對(duì)周邊環(huán)境的干擾，采用吊車(chē)下放鋼筋籠基本沒(méi)有振動(dòng)，對(duì)臨近建筑物也沒(méi)有干擾。

(2)無(wú)論是支護(hù)樁施工還是基樁施工時(shí)應(yīng)考慮周邊場(chǎng)地地層的抗干擾能力，還得考慮施工工藝對(duì)周邊建筑物的影響，盲目施工不但會(huì)加劇周邊建筑物已有裂縫的擴(kuò)大還會(huì)產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)性裂縫，危及周邊建筑物的安全。施工過(guò)程中選擇正確的施工工藝，有序地安排各施工工序，在軟弱地層及周邊環(huán)境復(fù)雜的情況下應(yīng)采用對(duì)地層影響較小、振動(dòng)小的施工工藝和順序，才能保證施工的正常進(jìn)行，才能保證最大限度地減少對(duì)外界的干擾。

(3)在周邊建筑物比較敏感的區(qū)域施工時(shí)，要加大對(duì)周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)采用基礎(chǔ)施工信息化監(jiān)控尤為重要，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整，以減少對(duì)周邊的影響。

(4)在粉土粉砂層且水量豐富地層采用旋噴擴(kuò)大頭錨索能有效克服涌水涌砂現(xiàn)象，確保基坑安全。