目前,深基坑工程支护技术向复合、组合型方向发展,由水泥土桩墙止水帷幕、竖向支护桩(钻孔灌注桩或预应力管桩)、混凝土压顶板(或圈梁)组成的竖向复合型支护结构,或联合水平锚、土钉、斜锚、支撑,具有止水和支护双重技术效果的挡墙支护结构。结合基坑所在地的周围环境状况、地层岩土特性合理选择支护结构形式,施工中采用合理的方法和施工工艺,是确保基坑支护结构稳定、基础施工安全的重要因素。本文为针对某基坑支护工程实施过程中,阐述监理的一些方案优化建议和实施体会。
1工程概况及特点
本工程的地下建筑面积6972m2,地下室一层,局部两层,地下室开挖面积约6100m2,±0.000相当于绝对标高7.950m,现场自然地面绝对标高约7.600m。本工程基坑一层地下室基坑的大面开挖深度6.750～8.750m,局部两层地下室深坑大面开挖深度10.050m。
2地层岩土特性
开挖层面基地位于②层粉土夹粉砂层,②层标贯击数高达21～29击,层厚10m以上;支护体系进入④层粉质粘土夹粉土层。场地地下水位初见水位与稳定水位基本一致,场地平均历史最高水位6.50m,常年平均水位5.50m;①、②层土共同组成场地上部松散岩类孔隙潜水含水层,③层土为其相对隔水地板;①层水平渗透系数平均为1.24×10-4cm/s;②层土水平渗透系数平均为9.21×10-4cm/s。
表场地工程土层地质情况
3基坑支护结构选型
基坑围护体主要用钻孔灌注桩排桩墙+双排深层搅拌桩(及单排深层搅拌桩加旋喷桩)+支撑体系的形式,局部(主要是已建大楼周围部位)采用了二重管高压旋喷桩的形式。
3.1基坑围护体系:全部用钻孔灌注桩,桩径Φ700和Φ800。
3.2止水帷幕体系:基坑南侧采用单排双轴深层搅拌桩,桩径700,桩间搭接400;基坑西侧、北侧采用双排双轴深层搅拌桩,桩径700,桩间搭接200;基坑东侧与原已建大楼的接触处采用二重管高压旋喷桩作为止水帷幕;桩长按照进入④层土或-20m标高处;深层搅拌桩水泥掺入量16%(约280Kg/m3),水灰比0.55,四搅两喷工艺;高压旋喷桩桩径大于800,喷射压力大于25Mpa,水泥掺入量300Kg/m,水灰比1.0。
3.3支撑体系:采用钢筋混凝土支撑和钢支撑共两道支撑体系,支撑体系与灌注桩桩顶和桩周圈梁紧固连接,形成整体受力体系。第一道支撑采用钢筋混凝土支撑(圆撑+对撑+角撑桁架组合型式)。第二道支撑采用钢支撑(Φ609×16钢管对撑+角撑),本支撑用于地下室2层区域。
3.4降水系统:坑内采用轻型井点降水系统,共设置一级、二级16套,支管间距1.2m,井点支管长度7m(含滤管1m),另局部二层地下室在垫层下埋设一套一级井点;坑内局部较深部位采用明沟+集水井降水。
3.5回灌水系统:采用井点回灌和回灌井回灌结合方式,保证地下水平衡;场区东侧和南侧采用回灌井点。坑外设置7个水位观测孔,随时观测坑外水位。
本基坑的特点、难点分析:具有场地地理位置、条件复杂的特点:基坑南北两侧距用地红线较近:北面距用地红线最近距离为3.95m,市政主干道边缘下存在大量管线(有煤气管道、蒸汽管道、高压电缆、通信电缆、污水管系);南面距用地红线最近距离2.95m,其中基坑东南侧部分离某住宅楼最近距离5.14m(其最近处距居民楼的车库和围墙仅1.5m);东面紧邻已建大楼,最近距离0.78m;场地西侧距用地红线最近距离9.6m(西侧靠近内河),但红线内存在一条市政污水管距基坑最近距离约1.8m。
具有设计安全级别高的特点:本基坑大部分属于二级基坑工程,相应的支护设计参数按二级基坑工程选用;局部两层地下室深坑和临近住宅楼处为一级基坑工程,相应的支护设计参数按一级基坑工程选用。
具有结构体系复杂的特点:本基坑支护工程采用钢筋混凝土支撑和钢支撑两道水平支撑体系;一层地下室局部较深处采用?准402钢管换撑;地下室外墙与支护体之间(负二层底板及负一层底板顶面标高处)设混凝土传力带,在底板垫层标高处混凝土加强带。
②粉砂加粉土层是薄弱土层:开挖层面内主要是②层粉土夹粉砂层,透水性较好,一旦基坑出现渗漏情况,涌水、涌砂将扰动周围土体,对周围建筑造成非常大的影响。
深搅桩垂直度控制难:深层搅拌桩桩长,长达20m,对钻进、垂直度控制均存在较高的难度。
控制基坑东南侧建筑物沉降为本基坑实施成败的关键:基坑东南侧居民楼为6层砖混结构,天然基础,建筑物对基坑位移等敏感度非常高,且东面、北面两个面紧邻基坑,属于薄弱环节。
监理对设计方案和施工方案的优化建议:结合工程基坑所在地点的周围环境状况、地层岩土特性,监理在设计方案专家论证和施工方案(施工组织设计)专家论证中提出主要优化建议:基坑东南侧与住宅楼、车库、围墙的距离最近仅1.5m,原设计方案中该段的支护桩桩径均为Φ700,建议加大一级,用Φ800钻孔灌注桩,以增加竖向支挡结构的刚度,减小拆撑时围护结构变形造成坑外地面沉降量,确保居民楼、车库、围墙的安全。
根据工勘报告资料反映,提出采用双轴深搅桩作止水帷幕的可行性应进一步研究的建议,因为②层粉土夹粉砂为中密,标贯击数高达21～29击,且该层厚度在10m以上,可搅性差,常规的双轴深搅钻机无法施工,至少应选用大功率(50kw以上)双轴深搅钻机先行试成桩,并且不排除采用三轴深搅钻机的可能性。实施中最终采用55kw双轴深搅钻机成桩。
基坑南面长边的基坑边距离南面居民住宅最近距离仅为5米多,而此处仅用单排深层搅拌桩,施工风险较大,建议改为双排深层搅拌桩的止水方案以确保基坑安全。该建议被设计师采用,设计方案修改为钻孔灌注桩间增加二重管高压旋喷,桩长同深层搅拌桩,以增加止水帷幕的保证率。
基坑东侧与已建大楼的支护桩、原已建大楼地下室结合处采用常规压密注浆方案,且注浆深度仅超过开挖面,存在风险,建议将压密注浆为二重管高压旋喷桩。
基坑南侧应加设观察井和回灌井,及时观察,根据水位变化情况采取有效措施以确保周边建筑物的安全。
东南侧东西向居民楼位于大、小场区转角部位(基坑东南侧阴角部位)的桩顶标高处采用三角形拉梁板,以增强角度刚度,减少围护结构变形造成坑外地面沉降量。该建议被设计师采纳。
设计要求深层搅拌桩按照-20m标高并进入④层土作为桩长控制,但实际④层土存在层厚不均匀的状况,因此,监理建议均按照20m桩长控制。
根据工勘报告资料的工程地质6-6’、5-5’剖面反映,在基坑西侧(内河)相应部位的③层粉质粘土夹粉砂很薄,仅0.2～1.8m厚,故该段的深搅桩无需加长,反而可减短,桩进入④层土2m即可。该建议未被采纳。
实施过程中的一些施工方案、施工工艺调整:鉴于②层粉土夹粉砂层标贯击数高达21～29击、承力较大(高达160kpa)、深搅桩桩长太长(桩长20m)等特性,深层搅拌桩在一开始施工时就遇到钻头钻进和提长困难的难题。结合当地的施工经验并经过设计、监理的共同商讨,将一根桩分成若干段进行施工,即按正常双轴深搅四搅二喷的工艺,每次搅拌下沉或喷浆搅拌提升都一次完成整个桩长。
改进后的施工步骤为:第一次搅拌下沉到-6m、接着就喷浆提升到地面、再搅拌下沉到-8m、再喷浆提升到-6m、再搅拌下沉到-10m……以上类推直到设计桩底标高,最后从桩底喷浆搅拌提升到地面。这样改进后的施工步骤不增加施工时间,也不增加材料用量,同样能保证每个断面都还是四搅二喷的工艺要求。改进后再也没发生钻进、提升困难的现象。
为确保搅拌桩的质量,监理严格控制喷浆提升速度、灰浆水灰比、每段之间的搭接。另外,施工承包单位利用普通双轴深搅桩机进行改装,采用55KW×2动力头,并对机身加高、机盘机身加固、传动轴管加粗等处理。但毕竟是改装,传动轴管的刚度不是太理想,容易造成垂直度不能满足验收规范的要求,容易造成止水帷幕在深层位置搭接不好的情况。因此,对于深层搅拌桩钻进过程中,钻杆的垂直度控制作为重点控制要素。
在基坑南侧由于受距离因素的限制,设计是采用单排搅拌桩止水,在灌注桩之间打二重管高压旋喷桩加固的方案。因灌注施工结束后桩顶标高在-3.05处、且灌注桩间的净间距较小(150～200mm),在灌注桩间定旋喷的施工位置较困难。综合上述情况,只有先将基坑边的灌注桩开挖出来,且只能开挖到锚筋顶部,并且将上部的浮浆凿除,使灌注桩完全暴露,然后就好定旋喷桩的施工位置。
当高压旋喷桩施工到基坑东侧时,由于钻孔灌注桩施工时已紧贴原已建大楼的基础边缘施工,设计的旋喷桩在灌注桩外侧连排搭接施工,加固直径为Ф800,间距为500mm。经查阅原大楼的基础图,其底板为2m厚的钢筋混凝土。按正常的旋喷钻头是无法钻穿的。针对这种情况,首先将旋喷施工的位置测定好,在测定的位置上用钻孔取芯钻头将2m厚的砼钻穿,然后再施工旋喷桩。
基坑东南侧的居民楼在开挖至第三层土方时一度出现了沉降加速的势态,监理组织了多次专家论证,专家均认为与坑外补水回灌、坑内井点降水的有非常大的关系,因此调整了该部位补水和降水的施工方案:在居民楼西侧和北侧增设5口全滤管回灌砂井(直径Φ400,井深达8m)以增加渗流量;坑内的井点降水管往坑中心移动,减少“水漏斗”坡度,同时,加大坑外水位监测频率至每天4次,根据水位观察井的监测数据调整(减少)井点降水量,以满足垫层施工要求为准。调整施工方案后,东南侧居民楼的沉降趋于稳定。
4本基坑支护工程实施的监理心得体会
4.1执行专家论证制度,做好风险事前控制。针对基坑支护工程危险风险源较多、危险性较大的特性,有针对性地组织专家论证,广泛听取专家、参建各方意见和建议,如本案中先后组织了设计方案和专项施工组织设计两次大范围的专家会审论证并根据专家意见和建议完善,实施过程中针对周围建筑物沉降加大的趋势又组织了三次专题专家论证并根据专家意见调整施工方案。
4.2加强基坑监测,以监测数据指导施工。本基坑监测委托有资质的专业监测单位实施,并保持监测的连续性,在进入关键施工工序时增加监测的频率,及时整理、分析原始数据,数据及时发布至施工承包单位和设计单位等,施工承包单位根据监测数据、设计单位指导意见以及专家指导意见适当调整施工步骤以及采取相应的预警措施;在基坑监测数据实现信息化管理。自土方开挖开始至基坑监测完成,本基坑监测的一个点位监测次数最大达到213次。
4.3制定合理的施工顺序,重点控制土方开挖。基坑土方开挖施工顺序是基坑实施过程中一个重要控制环节,对基坑安全起到关键作用。基坑土方开挖应采用“整体合围,分层分段开挖”,即围护体系完成后方挖土,土方开挖的顺序、方法与设计工况相一致,基坑开挖严格按照“时空效应”理论分层、分段挖土,力求减小对支护结构的变形影响,并根据监测反馈信息调整挖土计划,紧紧围绕土方量、工作面、混凝土量这三个关键词组织起科学、高效、安全的平面流水、立体交叉作业,做好土方、支撑(施工与拆除)、土建之间的界面协调工作。
5结语
结合基坑所在地的周围环境状况、地层岩土特性,实施前做好事前控制,优化基坑支护设计方案和施工方案,是基坑实施成功的前提;实施过程中做好事中控制,根据基坑监测数据和施工的实际情况及时调整施工方法和施工工艺,是基坑实施成功的保障。