某8米深基坑工程施工技术研究_陈学技.pdf

64某8米深基坑工程施工技术研究陈学技中国科学院深海科学与工程研究所海南三亚572000摘 要：以某8m项目的深基坑支护设计方案及施工过程为研究对象，在综合考虑工程结构特点、场地概况、地质条件的基础上，本项目基坑支护设计采用钻孔灌注桩支护稳定后，再进行垂直施工开挖，止水措施考虑采用的是高压旋喷桩形成止水帷幕，并在施工过程中对基坑变形以及临近建筑物进行持续性监测，实验设备安装完成并堆载负荷后进行布点沉降观测。根据观测结果基坑沉降变形满足设计要求。目前，工程完工并交付使用，为类似工程提供借鉴。关键词：深基坑；钻孔灌注桩；止水帷幕；位移监测；沉降观测DOI:10.19569/119313/tu.202318022随着城市的不断扩张，人类不断向地下及高空拓展空间，基于建筑物的安全性、稳定性、耐久行及可靠度考虑，建筑物高度越高，根据国家现行规范规定，其地下部分建筑物必须满足地下埋深和嵌固端的要求，相应的建筑基坑朝着大深度、大面积尺寸的方向发展，深基坑施工必然成为施工中最为重要的环节之一，而基坑支护则是保证深基坑顺利施工的关键。深基坑的开挖支护是地下室和基础施工的技术难题，它要保障基坑内施工作业人员的安全，防止基坑底部及外部土体的移动导致塌陷，避免发生安全质量事故，也要确保临近已建建筑物、道路管线、地下管网安全，这就综合涉及到土与支护结构的相互作用、周边环境问题、开挖及支护的施工方法、施工顺序等一系列的问题。深基坑的开挖支护设计及施工具有很强的地区经验性，因此，支护结构体系的科学合理设计、施工及开挖过程中的现场监测、数据分析、信息反馈显得十分重要。本工程所处的珊瑚礁地质地层厚度大，地基承载力底，同时受海洋潮汐作用影响严重，这些因素使得基坑支护工程的难度增大1。1 工程概况及地质条件拟建工程位于珊瑚礁海边地区，工程项目为单层建筑，屋盖为钢结构，总建筑面积470m2。地下部分为室内设备模拟装置主机所在位置，采用筏板基础，地下室基坑开挖深度9m，局部开挖深度10.45m，深基坑呈长方形，东西向宽11.4m，南北向长19.9m（见基坑支护平面图），基坑侧壁安全等级为二级。根据该工程地质勘查报告，在基坑深度及影响范围内，根据勘察报告，地基土物理力学指标如表，基坑设计主要涉及到以下土层：第层，素填土：灰色、灰黄色，稍压密，干稍湿，主要填料为砼碎块、砂及少量粘性土，该层在全场均有分布。第层，珊瑚礁碎石土：灰黄色，松散稍密，由硬质珊瑚碎屑及少量贝壳胶结组成，钙质胶结，岩芯呈柱状，条状为主，局部珊瑚礁碎屑，该层在全场均有分布。第层，粉质粘土：灰黄色、褐黄色，硬塑，局部含砂较多，该层在全场均有分布。第层，含碎石粉质粘土：灰黄色、褐黄色，硬塑状，干强度高，韧性高，切面稍光滑，含碎石。第层，粉砂：灰黄色、灰色，松散状，饱和，主要成分为石英，颗粒级配差。第层，粉质粘土：灰黄色、褐黄色，硬塑状，干强度高，韧性高，切面稍光滑，无摇振反应2。表1 土主要物理力学指标及承载力特征值表 注：带“*”数据为本方案计算取经验值。2 基坑围护结构设计2.1 基坑支护场地概况在基坑开挖影响深度范围内地下水主要赋存在第层珊瑚礁碎石土中，该层与北侧海水连通，该含水层厚度较大，透水性极好，属强透水层。本次设计地下水位埋深按2.6m考虑。基坑东侧紧邻现状工程实验楼（1F，桩基础），南侧距离生物实验楼（7F，桩基础）约7.7m，西侧场地空旷，北侧距离约60m到海岸线。图1 基坑平面图层次土名重度(kN/m3)内摩擦角(度)凝聚力C(kPa)承载力特征值 fak(kPa)素填土17.5*10*5*-珊瑚礁碎石土19.0*35*1*150粉质粘土20.414.245.7180技术探讨65基坑开挖深度约9.00m，局部挖深至10.9m（图1）。坑内需进行大型设备安装，因拟安装设备总重量约为1500吨，坑内施工作业空间有限，难以进行坑内集水，为确保坑内吊安装一次到位，对基坑侧壁的止水要求就比较高。本基坑施工特点为工期较紧、任务重、难度大，同时基于经济因素考虑，基坑不适合大规模换填地基土。东、南两侧均有建筑物，没有位置放坡，西、北有位置可按1:1放坡。2.2 基坑支护施工难点地下建筑面积小，但基坑深度较大，东侧和南侧距离既有建筑物太近。因受珊瑚碎屑层影响，如不采取措施，存在成桩质量缺陷情况，要确保桩身质量。场地靠近海岸线该含水层厚度较大，受海洋潮汐作用影响严重，地下水位涨幅较大，如何做好止水帷幕。高压旋喷桩遇到珊瑚礁层或胶结珊瑚碎屑层厚度过厚，则存在无法下穿的难题。2.3 基坑支护施工采取的措施本工程施工过程中采用动态方法，根据基坑施工反馈的信息进行不断修改和完善，综合考虑后决定基坑四周全部采用桩锚支护形式,支护桩桩间采用2020网目网片进行护面，放坡坡面铺设钢筋网的规格为8150150，喷射 C20细石砼100厚。（图2）本项目的基坑支护采用钻孔灌注桩支护后，再垂直进行开挖施工，止水措施设计采用高压旋喷桩作为止水帷幕3。图2 基坑剖面图在高压旋喷桩施工的前端对其桩位预打砂桩时对珊瑚碎屑层进行充分的置换处理，而砂桩采用的是振冲法施工，置换的材料选用中粗砂。置换完成后使得中粗砂成份和水泥浆能高效固结成完整的高质量桩体，这样成桩质量就得到了很大提高。采用高压旋喷桩搭接形成全封闭截水帷幕，砂桩施工后挤密周围土体，缓解了地下水的渗流问题，坑内采用的是管井降水进行疏干的办法。振冲砂桩和高压旋喷桩复合后支护结构体系连接一体，最后施工完成的止水帷幕就起到了非常完美的止水效果，未出现存在坑壁的渗水现象。砂桩采用振冲法施工，砂桩完成后同时解决了高压旋喷桩遇到珊瑚礁层或胶结珊瑚碎屑层无法下穿的难题，确保了支护桩成桩质量，保证整个基坑结构体系的安全。3 施工监测3.1 施工顺序根据本工程场地环境条件和场地岩土地质情况，本工程的施工顺序确定为：基坑放线、平整、清理钻孔灌注桩水高压旋喷桩止水帷幕以及降水井施工冠梁施工分层放坡开挖，土钉墙、挂网喷射混凝土面层、锚固筋及预应力锚索施工地下结构底板施工结构外池壁施工设备安装。坑内降水井点以疏干静储量及疏排场地降水为主。为能及时将坑内积水排出坑外，基坑土方开挖及基坑施工采取明沟积水坑的方法降排水。基坑开挖阶段在坑内设置降水井，确保在“干槽”状态下开挖土方。整个项目施工过程中，随时定期进行计划进度与实际进度的动态状况比较，以便能及时的对进度进行有效的动态控制，确保施工质量4。3.2 变形监测为保证基坑支护结构的施工安全，在基坑支护施工过程中对基坑变形进行持续性监测，及时将监测结果反馈给建设和施工单位，按变形量来控制和把握基坑开挖的安全进行，沿基坑边坡顶部共布置 8个监测点（见图3）。从曲线图可以看出，其中土体沉降量最大是WY01的5.7mm，最大沉降速率为WY01的0.4mm/d；支护结构沉降最大为WY03和WY05的3.1mm,最大沉降速率为WY04的W0.25mm/d；工程实验楼的平均沉降量5.5mm，最大沉降速率为J02的0.5mm/d；生物实验楼的平均沉降量为4.6mm，最大沉降速率为J12的0.45mm/d。支护结构水平位移曲线都是在上下波动，属于误差范围内。根据以上数据表明从基坑开挖-底板浇筑-土方回填期间，整个基坑监测的项目的位移沉降值远小于报警值，比较稳定。图3 观测点布设图技术探讨66基坑各监测点数据通过EXCEL编绘成时间-位移沉降量曲线图，各监测指标曲线图如下：图4 土体沉降时间-沉降量曲线图图5 支护结构时间-沉降量曲线图图6 支护结构时间-水平位移曲线图图7 工程实验楼、生物实验楼平均沉降量时间-沉降量曲线图由监测数据可知，周边建筑物没有出现明显的位移变化(图3)，上述基本监测项目均未达到报警值，说明基坑变形满足设计要求，施工方法选取是科学合理的。3.3 基坑沉降观测表2 沉降观测记录表基坑设备安装完成后由第三方观测单位根据基坑的形状，沿基坑的长向设置对称共6个沉降观测点进行观测，沉降观测从2018年7月30日至2019年7月28日不间断进行观测，最小沉降量累计值为1.8mm，最大沉降量累计值为2.3mm。沉降量在规范允许值之内，基坑的沉降变形满足使用要求。以下是沉降稳定后的观测记录5。4 结语本工程在基础施工期间未出现任何险情，基坑支护体系的设计顺利通过了施工实践的考验，保证了工期，满足了使用需求，达到了预期结构设计目的。在基坑变形要求较高的部位，基坑四周全部采用桩锚支护形式，为土方的开挖创造出较大的工作面，有效控制了基坑的整体稳定性，保证了基坑与周边环境的安全性。基坑施工中加强监测力度，布置监测点监测土体位移情况、周围环境受扰动情况及支护结构的稳定情况，发现异常及时采取有效措施。由监测结果可知，基坑各项位移情况可以控制在变形允许范围之内，同时对周边建筑及地表未造成明显扰动，说明此类基坑设计可以达到二级基坑类别以上的支护作用，并能保证基坑支护体系的安全运行。总之，本工程在兼顾施工安全及经济合理的基础上，施工进度满足需求,为科研设备的安装提供强力支撑。目前，在关于珊瑚礁地区深基坑开挖支护及其监测分析的资料很少，可针对此类地区深基坑支护和其监测结果展开分析，为今后类似基坑工程提供借鉴。参考文献：1 庞庆喜.浅谈三亚滨海地区特有岩土(珊瑚碎屑层)止水问题及有效方法应用J.居业,2018,5:2-4.2 张骞,张海霞,张乾青,等.海口滨海地区某小区深基坑支护技术研究J.岩土工程学报,2014,36(S1):118-121.3 JGJ120-2018，建筑基坑支护技术规程S.4 JGJ 79-2012 建筑地基处理技术规范S.北京：中国建筑工业出版社，2012.5 GB50497-2009 建筑基坑工程监测技术规范S.北京：中国建筑工业出社，2009.作者简介：陈学技，工程硕士，中国科学院深海科学与工程研究所，研究方向：建筑工程管理。点号沉降量（mm）累计值（mm）沉降速率（mm/天）备注1-0.1-2.0-0.00220-2.3030-2.004-0.1-2.2-0.00250-2.106-0.1-1.8-0.002技术探讨