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劲性钢管桩在合肥某深基坑工程中的应用

日期：2016-3-31 9:02:15　来源：转载　浏览数：
　

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随着城市发展步伐的加快，城市用地愈发紧张，开发大型地下空间已成必然趋势。开挖规模越来越大，随之而来的难题也越来越多。以合肥地区为例，合肥盆地处在华北、大别、下扬子几个性质不同的大地构造单元的接壤地带，经历了多期的构造运动，而且不同时代的硬化结晶基底都存在［1］。合肥市丰乐世纪公寓基坑支护工程，针对开挖范围内有较厚的强风化( 部分全分化) 泥质粉砂岩层这一情况，成功组织了工程的设计和施工。
    1 ·工程概况
    拟建场地位于合肥市长江路和潜山路交叉口西南侧，自然地面高程约在35． 86 m ～ 36． 93 m，最大相对高差1． 07 m，地形较平整。本场地地貌单元为波状平原，微地貌为岗地。本基坑支护工程基坑深度为12． 4 m，支护面积约6 700 m2。标高体系同主体结构，± 0． 000 相当于35． 900。基坑侧壁安全等级为二级。
    根据安徽工程勘察院提供的岩土工程勘察报告反映: ③层为强风化( 部分全风化) 泥质砂岩，位于层顶埋深4． 2 m ～ 8． 8 m 处，原岩结构已经遭破坏，层厚4． 1 m ～ 5． 8 m，该层在场地内分布普遍。在该地层施工会引起基坑剧烈的变形且开挖困难。针对这一情况，决定局部采用劲性钢管桩和预应力锚杆复合支护体系。
    2· 基坑开挖范围内地质分布
    2． 1 土质条件
    根据安徽工程勘察院提供的《合肥丰乐房地产开发有限公司丰乐—西海花园岩土工程勘察报告》反映，支护工程构造深度范围内的地层层序从上到下见表1。

    2． 2 地下水情况
    地下水不丰富，主要为杂填土中存在的上层滞水和强风化泥质粉砂岩裂隙水，混合静态地下水位埋深1． 0 ～ 3． 0( 相当吴淞高程32． 02 ～ 34． 20) 。地下水补给主要为大气降水，排放方式主要是蒸发、径流。地下水水量变化很大程度上受天气的影响，水位埋深变化幅度在1． 0 m ～ 3． 0 m，无腐蚀性。
    3· 劲性钢管桩加预应力锚杆支护设计方案
    3． 1 工程难点
    1) 地质条件差。基坑北侧、西侧及南侧，开挖范围内土层分布有较厚的强风化泥质粉砂岩层，部分为全风化泥质砂岩。泥质粉砂岩、细砂岩主要因其易风化，而风化后尤其是全风化物具有崩解、软化、弱膨胀性等特性，而导致其工程力学性质较差［2］。因此，该岩层强度较低，基坑开挖后极易崩塌，易引起基坑较大变形。
    2) 场地环境复杂。基坑南侧坡顶上有供水管、化粪池等，平台上有新设的三道管线，基坑西侧坡顶有污水管线，周边管线渗漏水易进入全风化层，由于该层含膨胀性矿物较多，进水后会使岩层大量软化，从而引起已施工边坡整体滑移。
    3) 工期要求高。该工程从开工到支护工程结束，设计日历天数为45 d，包括土方开挖、基坑支护、桩头处理、地梁和地板施工，工期较紧。
    3． 2 支护设计方案
    针对上述地质条件差、场地环境复杂、工期要求高等工程特性，该支护工程设计和施工中应该重点解决在全风化泥质砂岩土层设置支护系统的稳定性问题。通过分析和比较得出，劲性钢管桩加预应力锚杆复合支护体系，安全性高且施工简便、施工成本低、工期短［3］。通过优化设计，本工程决定选择该支护体系，该支护体系的特性也在本工程得到了充分体现。
    根据现场实际情况，本工程先大开挖3 m，坡度1∶ 0． 3，L = 900的土钉N1 护坡。为了减轻坡顶荷载，将已建围墙换为轻质彩钢板围墙。北、西、南三面大开挖下支护设计采用劲性钢管桩加预应力锚杆，桩长为14． 0 m，桩顶设置冠梁锁口，尺寸为500 mm ×300 mm，劲性钢管桩所用混凝土强度为C20，冠梁所用混凝土强度为C25。设三道预应力锚杆N2，N3，N4，长度分别为15 m，15 m， 12 m，其中自由段长度分别为5． 0 m，3 ． 5 m，2 ． 0 m; 均施加预应力60 kN; 间距均为1． 5 m。支护设计如图1 ～图3 所示。

    4· 施工技术要求
    4． 1 施工排水
    采用直径为5 cm 的PVC 管作为泄水管，伸入填土层的长度不得小于1． 0 m，其余土层应不小于0． 5 m。在填土层中的横向间距不大于1． 50 m，其余土层中的横向间距不大于3． 0 m，布置方法为每层土钉下分布一排，填土层底部分布一排。
    4． 2 劲性钢管桩施工
    1) 定位放线、成孔。根据业主提供的建筑物定位轴线，由专职测量人员按基坑支护平面布置图，准确无误地将钻孔注浆劲性桩桩位放样到现场。桩位验收后，汽车钻机就位，根据设计桩长，确定钻孔深度并根据每节钻杆的长度控制作为施工时控制桩长的依据，至设计深度后及时清孔。
    2) 吊放钢管，埋设注浆管及灌石子。钢管焊接采用对焊和绑焊接，在钢管制作完成后，利用钻机将钢管吊放入孔内，并将注浆管放入孔内，随后灌入石子。3)注浆、拔注浆管、移位。注浆材料采用P． O32． 5( 或P． S32． 5) 水泥净浆，水泥水灰比为0． 5 ～ 0． 6，碎石注浆压力初次为0． 4 MPa ～0． 6 MPa，二次为1 MPa ～ 2． 5 MPa。拔管后填补桩顶混凝土至设计标高，同时注浆机接下一个注浆管重复上述步骤。4) 冠梁浇筑。劲性桩及素混凝土桩施工完毕后2 d ～ 3 d，在桩顶按设计图纸要求设一道500 × 300 的冠梁，冠梁采用人工开挖，土模支护，及时绑扎钢筋( 主筋4Φ18，箍筋Φ6．5@200) ，浇筑冠梁混凝土。
    4． 3 预应力锚杆施工
    1) 施工前准备。本工程先进行钻孔注浆钢管桩的施工，冠梁施工结束后，待强度达到70% 后，方可进行土方开挖。基坑开挖前，在基坑周围埋设多个变形观测点。当基坑开挖时，由建设单位委托的具备测绘资质的单位对基坑的变形及周边建筑进行严密监测。若变形量超过设计要求时，立即停止土方开挖，请设计人员到场及时处理。2) 土方开挖、钻孔。为了满足该工程的支护特点以及边坡稳定性的要求，土方开挖严格按照设计图纸要求。每层土方开挖深度为锚杆下80 cm 时，长20 m ～ 30 m，开挖完毕后，即在相应坡脚处开设深宽适当的排水沟，以利有组织排水。当基坑土方开挖至每层锚杆下80 cm 时，立即进行成孔。成孔使用干钻机配置的特制钻头，成孔直径150 mm，钻孔深度超过锚杆设计长度30 mm ～ 50 cm。3) 安放拉杆、注浆。将222 预应力锚杆放入孔内，并将注浆管插入到孔底。锚杆的注浆材料第一次采用水灰比0． 45 ～ 0． 50 的水泥净浆，低压注浆; 二次高压注浆采用水灰比为0． 45 ～ 0． 55 的水泥净浆，注浆压力不得小于1． 0 MPa。
    锚筋的搭接长度不得小于10 cm，采用双面搭接焊。4) 张拉、锚固。锚杆张拉的条件: 锚固段强度达到15 MPa，并且达到设计强度等级的75%。正式张拉前应取20% 的设计张拉荷载，对其预拉1 次～ 2 次。应取设计荷载的1． 05 倍～ 1． 1 倍进行超张拉，稳定持荷5 min ～ 10 min 后，退至设计荷载进行锁定［4］。锚杆需按照设计要求留足自由段，自由段可采用抹黄油和套PVC 管进行处理。锚头及腰梁的制作: 腰梁采用2Φ14，锚筋与锚栓之间搭接150 mm，满焊，焊缝高度为8 mm。锚栓及螺母为M32，垫板为200 ×200 ×10。
    5 ·现场监测及应急措施
    开挖深度范围内有结构易破坏的强风化( 部分全风化) 泥质粉砂岩层，而且开挖深度大，为了保障工程的安全，施工现场监测至关重要。
    5． 1 开挖过程中的监测监控要求
    1) 在工程实施前首先要编制系统的实施方案，并向有关单位提交，经批准后方可实施; 2) 监测基准点设置在基坑边线外30 m，设置3 个，要求基准点的设置要牢固、稳定、可靠; 3) 采用精度复合基坑监测要求的全站仪或精密水准仪测量基坑的沉降和坡顶位移; 4) 在基坑开挖前应该测得监测项目所需初始值，测量次数不应小于两次，基坑开挖后直至基础工程施工结束，每天监测一次。
    5． 2 应急措施
    如果开挖面引起的地面不均匀沉降导致附近建筑物倾斜，且沉降或倾斜达到警戒值时，应采取下列措施:
    1) 立即停止开挖，增加锚杆数量，将锚杆加密; 情况严重时，可先将基坑回填，再重新商榷新的支护方案。
    2) 采取地面加强措施: 在基坑周边5． 0 m 范围内注纯水泥浆进行土体加固。
    3) 准备好备用抽水泵，在突降大雨或暴雨时，立即启动，并且安排专人持续观察基坑稳定性的情况。
    6· 结语
    该工程的施工监测从施工开始到支护结构竣工，每天监测一次。支护结构竣工后，每两周监测一次。监测结果为: 支护结构坡脚处的最大位移约为11 mm，支护体中部的最大位移约为29 mm，压顶梁的最大沉降量约为31 mm，以上数据表明该基坑支护结构的变形值和沉降量在允许范围内，基坑处于稳定状态。该基坑最大的工程难点为施工范围内普遍分布强风化泥质砂岩层且部分出现全风化。此类呈褐红色的强风化泥质砂砾岩，颗粒间呈弱胶结状，主要是呈岩、土混合状及近土状，砾石之间为含中、粗砂的粉土填充，填充较紧密，但是从岩石结构看，卵石、砾石、砂等碎屑物由泥质胶结，胶结程度差，钻进中易钻散［5］。类似工程地质特性的地层，在合肥及其周边地区是广泛存在的，该基坑工程的设计施工经验，为类似的基坑支护工程提供了借鉴。