浅谈在深基坑施工中实施专项方案的重要性

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  摘要:本文是根据珠江新城I1-4地块(广州远洋大厦)的深基坑工程特点和施工条件,结合施工实际情况,阐述制定及实施专项方案的重要性。
  关键词:深基坑;专项方案
  近年来,深基坑工程设计施工技术日益进步,出现了多种符合我国国情的实用深基坑支护方法,使基坑工程的设计规范有了一定的发展。但由于每个建筑工程的深基坑规模、水文地质条件、周边环境等实际情况不尽相同,预测可能引发的事故也不一致,就需要强大的技术力量对深基坑工程施工进行有针对性的研究,“量身订做”般选择深基坑支护方法而设计专项方案,并进一步组织专家科学论证,以达到技术理论充分、经济合理、安全可靠、施工技术可行的设计方案。
  笔者在珠江新城I1-4地块(广州远洋大厦)深基坑工程的施工时,由于按先设计、后施工的程序施工,并尽量做到边施工、边监测,还遵循“分层开挖,先撑后挖,随挖随撑,对称均衡,限时限量”的原则,杜绝盲目施工和野蛮施工的现象,加强对整个深基坑施工过程的控制,保证本深基坑工程能工程顺利、安全地完成。而在整个施工过程中我们都有针对工程特点贯彻专项方案,强化施工管理,执行落实好各项环节施工工作。现将本工程实施过程重点作简单阐述。
  (一)基坑设计概况
  1.基坑总面积约为5528m2,周长为295m,其中排桩支护延长230m,施工前场地应先平整,平整后最大绝对标高不得大于8.100,即相对标高-0.400。基坑开挖深度为16.90m。
  2.基坑施工应根据具体情况修改和完善设计和施工方案,即采用动态设计与信息化施工。
  3.基坑支護立柱为750*750钢格构柱,钢格构柱下为Φ1200人工挖孔桩;共二道水平支撑,冠梁截面尺寸为1000*1100(宽),腰梁截面尺寸为1000*1150(宽),一般支撑梁截面尺寸为400*600、800*800、1000*1000,最大支撑梁截面尺寸为1000*1200。
  4.本工程采用Φ1200人工挖孔桩作支护排桩,采用单排搅拌桩作止水帷幕。
  5.搅拌桩采用32.5级普通硅酸盐水泥做固化剂,水泥掺量为15%,水灰比0.5-0.6,四搅四喷;外加剂木质素磺酸钙,掺量为水泥掺量的0.2%。若遇到砂层无法达到设计深度,改用Ф600的单管旋喷桩继续缸,旋喷桩与搅拌桩驳接,驳接长度不小于1.0m.单管旋喷桩高压冰泥浆液压力大于20MPa,水泥桨液的水灰比1.0-1.5,灌入水泥浆液的比重1.5-1.6,返桨比重1.2-1.3,注浆管分段提升的搭接长度大于100mm。
  6.当基坑壁出现漏水漏砂现象时,应及时采用桩间旋喷止水止砂。
  (二)重视工程地质概况及水文条件
  1.地质构造
  根据1:50000广州市基岩地质图等区域地质资料,在区域构造上,场地位于广州断陷盆地的中部,已揭露基岩为白垩系上统三水组(K2S2)泥质粉砂岩、粉、细砂岩和粗砂岩,局部为砾岩。场区东南侧约1.4km外分布有一条推测性断裂:天河-北亭断裂,该断裂走向NW330°~340°,倾向SW,倾角50~70°;场区北部约3.9km外分布有一条控制性断裂-瘦狗岭断裂,该断裂控制广州断陷盆地的北部边缘,总体走向为SE90°~110°,倾向南,倾角50~70°,以上两条断裂均属盆地同生期断裂;本次勘察场地内未发现断裂构造踪迹,覆盖层主要为第四系冲积成因的粉质粘土和残积成因的粉质粘土、粉土等。
  2.岩土层结构及其特征
  根据钻探资料,场地内岩土结构按成因可分为人工填土层(Qml)、冲积土层(Qal)、残积层(Qel),其中填土层编号为l;冲积粉质粘土、粘土编号为2;残积层粉质粘土、粉土编号为3;白垩系上统三水组(K2S2)的泥质粉砂岩、粉、细砂岩、粗砂岩、砾岩等编号为4。各层描述如下:
  1)人工填土(Qml)
  第1层 杂填土:局部为素填土及耕土,杂色,结构松散。由砖块、石块、碎石、砂和粘性土等组成,层厚:2.50~5.40米;场区内分布普遍,所有钻孔均有揭露,其中27号钻孔分布有素填土,3l、32、35号钻孔分布有耕土。
  2)冲积土层(Qal)
  第2层 粉质粘土、粘土:灰黄色,局部为浅灰色、灰红色,含少量粉细砂,局部为粉土,按其稠度可分为两个亚层:
  (2-1)层:软塑,现场作标准贯入试验9次,N’(实测击数,下同)=3~5击,平均值4.0击:N(修正击数,下同):2.8~4.6击,平均值3.8击。层顶埋深:2.70~3.50米,层厚:0.70~1.90米:场地内1~3、6~8、10、11、31、34号钻孔有揭露。
  (2-2)层:可塑,现场作标准贯入试验6次,N’=4~11击,平均值7.0击;N’=3.8~10.3击,平均值6.5击;层顶埋深:2.80~3.40米,层厚:l.20~2.00米;场地内仅4、5、9、15、19、28号钻孔有揭露。
  3)残积土层层(Qel)
  第3层 粉质粘土:局部为粉土,褐红色,含少量粉细砂,局部含多量粉细砂,遇水变软,为原岩风化残积土,按其稠度分为三个亚层:
  (3-1)层:可塑,局部为软塑,现场作标准贯入试验30次,N’=4~14击,平均值8.6击;N=3.8~12.3击,平均值7.6击;层顶埋深:2.50~5.20米,层厚:1.00~8.40米:场地内分布普遍,3~12、14、22、24、27、28、30~32、35~37号钻孔有揭露,其中33号钻孔揭露的为软塑状粉质粘土。
  (3-2)层:硬塑,现场作标准贯入试验19次,N’=12~20击,平均值1l.8击:N=11.0~17.2击,平均值13.8击;层顶埋深:2.40~10.20米,层厚:1.00~9.70米;场地内分布较普遍,1~3、7、11、13、17、18、23、25、29、3l、33、34、36、37号钻孔有揭露,其中2号钻孔揭露的为粉土,33号钻孔揭露的硬塑状坡积粉质粘土归入该层统计。   (3-3)层:坚硬,局部夹强风化岩块,现场作标准贯入试验13次,N’=2l~32击,平均值26.4击;N’=17.0~27.9击,平均值21.9击:层顶埋深:4.50~13.40米,层厚:0.70~6.60米;场地内分布较普遍,6、7、10、14、27~29、3l~35、37号钻孔有揭露,29号钻孔揭露的为粉土。
  4)白垩系上统三水组泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、砾岩(K2S2)场地揭露的基岩为白垩系泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩,局部为砂砾岩、砾岩,主要为粉砂岩,呈褐红色、灰褐色,根据其风化程度可分为四个风化带:
  (4-C)层:全风化,岩芯呈坚硬土状,遇水易崩解;现场作标准贯入试验19次, N’=29~48击,平均值40.4击;N’=20.8~44.2击,平均值33.3击;层顶埋深:3.30~17.00米,层厚:0.70~5.50米,采芯率:65~87%;场地内1、2、4、9、16、18、22~24、26、28、30、34、36、37号钻孔有揭露。
  (4-I)层:强风化,岩芯呈半岩半土状,局部呈块状、碎块状及短柱状,局部间夹薄层中等风化岩及全风化岩:现场作标准贯入试验27次,N’=51~94击,平均值65.9击;N=40.5~78.7击,平均值54.3击;层顶埋深:3.00~19.80米,层厚:0.30~10.80米,采芯率:30~94%;场地内分布普遍,所有钻孔均有揭露。
  (4-M)层:中等风化,岩芯较破碎,呈块状及碎块状,局部较完整,呈短柱狀,裂隙发育,局部夹薄层强风化岩及微风化岩层顶埋深:4.40~38.30米,层厚:0.50~6.60米,采芯率:55~92%;场地内分布普遍,仅10、24~26、30号钻孔未见连续厚层揭露,仅薄层出现或间夹于强、微风化岩层中。
  (4-S)层:微风化,岩芯完整,呈柱状,局部较破碎呈块状,泥质、泥钙质胶结,
  局部为钙质胶结,局部裂隙较发育:层顶埋深:5.00~26.50米,揭露层厚:0.50~14.10米,采芯率:85~99%;场地内分布普遍。
  3.地下水概况
  场地地下水按赋存方式分为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种。表层填土,结构松散,颗粒粗大,孔隙率高,为本场地主要的含水层,属孔隙性潜水。
  场地内第2、3层粉质粘土、粘土,渗透性能差,属微弱含水层或相对近似隔水层:基岩裂隙水大小与岩石破碎程度、裂隙大小和裂隙连通程度有关,在基岩中,由于在钻探过程中未见活动断裂或构造破碎带踪迹,基岩裂隙主要为风化裂隙+强风化、中等风化岩风化裂隙较发育,但以闭合裂隙为主,因而基岩裂隙水量较少,基岩裂隙水与第四系土层孔隙水的水力联系不大。表层填土,雨季时含有上层滞水,地下水主要由大气降水、地表积水垂直补给。
  勘探期间实测钻孔地下水位埋深为:0.70~5.00m,地下水主要来源于大气降水补给及侧向补给。在9号孔对第四系土层孔隙水进行抽水试验,降深1.50m,测得单孔涌水量Q=61.08m3/d,单位涌水量为40.05 m3/d.m。
  据场地环境条件分析、附近掌握的经验数据及水质化验结果,综合评定本场地地下水对棍凝土结构无腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性,对钢结构具有弱腐蚀性。
  备注:重视水文地质的土层与地下水位描述情况,有利于为专项方案选择止水帷幕、支撑结构及制定基坑降水措施提供依据,并在施工过程中检验过程勘察的偏差以便及时纠正。
  (三)基坑工程施工的重点管理
  本工程基坑总面积约为5528m2,周长为295m,开挖深度为16.9m(局部21.1m),属于深基坑工程。边坡支护桩采用人工挖孔桩,由人工挖孔桩+单排搅拌桩止水帷幕+钢筋混凝土内支撑组合成支护结构体系。基坑外侧设置连续的单排深层搅拌桩。
  特别是基坑土方回填之前应加强基坑监测,确保基坑安全以及周围建(构)筑物及市政设施的安全。
  1、深层搅拌桩施工
  a.支护桩外侧边采用连续的深层搅拌桩,四喷四搅喷浆法进行施工;水泥采用32.5R号普通硅酸盐水泥,水泥渗入比为10~12%,纯粘土粉渗入比为5%,搅拌提升速度≤0.8m/min。
  b. 我们在施工中设三名工程技术人员跟班检查控制质量。重点是“五控制”:桩长、水泥用量、桩径、桩位和垂直度。施工过程中坚持“五控制”和随时检查施工记录,对照预定的施工工艺,对每根桩进行质量评价,发现不合格的桩,按设计要求进行补桩。
  c. 深层搅拌桩截水帷幕一完成,须做止水效果测试,即在搅拌桩内、外侧钻孔,内孔抽水,同时观测外孔水位变化,一经发现基坑外地下水位下降,立即分析原因,马上采取措施处理,对出现问题的水泥搅拌桩进行压力注浆,必要时在周边加一道水泥搅拌桩进行围蔽。
  2、支护桩及内支撑施工
  支护桩采用一排桩?1200,桩中心距1500mm的人工挖孔桩。施工顺序:先完成搅拌桩→支护桩→后完成冠梁,内支撑与冠梁一起施工,挖孔桩采用跳挖施工。施工过程中再视地下水情况进行跳挖,确保施工安全。
  试桩后分二批跳挖施工,施工过程中密切观测地下水情况,加强安全防护及监测,如若开挖过程出现塌孔或相邻两孔贯通,则立即改为分四批跳挖施工。
  3、冠梁及内支撑施工
  冠梁可直接在支护桩顶砌砖模施工。内支撑施工时,支撑底部用水泥砂浆做底模,并在底模面铺一层薄膜作为隔离剂。支撑侧模用组合小钢模,对拉件用3mm厚铁件制作,内支撑与冠梁交界处用木模拼配。
  冠梁、支撑梁的钢筋可在现场加工成型,由汽车吊吊运至施工区域安装。钢筋绑扎顺序为:冠梁钢筋绑扎→支撑梁钢筋绑扎。冠梁、支撑梁混凝土一次连续浇筑完成。
  4、基坑的降水与排水   基坑土方开挖是待挡土桩达到75%强度后进行的。基坑土方开挖前采取降水措施,将场地地下水位降低至坑底以下500处。降水可对地下水位以上和以下的土进一步固结,截住基坑坡面和基底的滲水,增加边坡的稳定,防止基坑从边坡或基底的土粒流失,改善基坑的砂土特性,防止基底的隆起与破坏,加快土方开挖进度。
  根据现场的地质和工程实际情况,拟采用井点的降水措施,在基坑内周边设置降水井(数量、井深待现场测验确定,并结合基坑土方开挖降水综合考虑确定,并结合地下室施工期间的基坑降水进行)。降水井采用钻机钻孔,泥浆护壁,成孔直径600mm,井管用钢管制成,管径300mm,井管下部过滤部分带孔,外面包裹10孔/cm2镀锌铁丝两层,41孔/cm2镀锌铁丝两层或尼龙网。水泵选用型号为QY-25型的潜水电泵。
  井点的施工顺序为:井位放样→做井口、护筒→钻机就位、钻孔→回填井底碎石垫层→吊放井管→回填管壁与孔壁间的过滤层→安装抽水控制电路→试抽→抽水井正式工作。
  场地内的排水采用基坑内设置纵横砖砌排水明沟,若干集水井,并沿基坑外侧周边设置明渠和三级沉淀池,将场内的地下水、地表水、降水通过排水明沟、集水井、沉淀池抽排到市政管道。
  5、基坑监测
  本基坑支护工程基坑开挖深度为16.90m,其安全等级为一级。
  基坑总面积约为5528m2,周长约为295m,其中排桩支护延长230m。
  基坑支护工程是一种风脸性大的系统工程,施工应遵照动态设计、信息化施工规定,确保基坑本身及周边环境的安全。为做好施工监测工作,项目部设置专门的监测小组,由具备丰富施工和监测经验,并有结构受力分析能力的工程技术人员组成。监测小组按设计文件、规范要求和施工监测计划,及时做好施工监测和信息反馈。
  基坑在开挖施工中,由于基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变,即使采取了支护措施,—定数量的变形和位移在所难免。主要包括:基坑支护结构以及周围土体的沉降和侧向位移,坑内土体的隆起等。无论哪种位移的量超出了某种容许的范围,都将对基坑支护结构造成危害。
  因此为保证基坑开挖的顺利进行,须认真开展监测工作,其作用如下:
  (1)指导基坑开挖和支护结构的施工,保证基坑支护结构、相邻建筑物、周边道路及地下管线的安全。
  (2)验证支护结构设计,为完善设计提供依据。
  6、基坑的抢险与加固
  (1)基坑开挖前,应预计事故发生的可能性,做好基坑抢险加固的下列准备工作:
  a.基坑监测信息反馈系统的建立;
  b.反压土料的来源及运输;
  c.储备止水堵漏的必要器材;
  d.加固用的钢材、水泥、草袋等
  (2)当支护结构地面出现裂缝的情况时,应及时采取粘土或水泥砂漿封堵。
  (3)当支护结构出现渗漏水的情况时,应及时采取有效堵漏止水措施。
  (4)基坑开挖引起流砂,涌土或基坑隆起失稳时,应立即停止基坑内降水或挖土,进行堆料反压,周围环境允许时,也可配合坑外降水。
  (5)当基坑支护结构变形超过允许值或有失稳先兆时,应按下列规定立即采取加固措施:
  a.当坑边土体严重变形,且变形速率持续增加有滑动趋势时,应视为基坑整体滑移失稳的前兆,应立即采用砂包或其它材料回填,反压坑脚,待基坑稳定后再作妥善处理。
  b.坡顶卸载,坑内停止挖土作业,适当增加钢花管。
  (6)基坑开挖回弹,地下室底板上浮甚至开裂时,应及时进行基坑内外降水。
  (7)发生滑塌失稳时,立即停止坑内降水并在坑内堆砂包反压,周围环境允许时,进行坑外降水。
  深基坑的理论研究和工程实践告诉我们,理论、经验和监测相结合是指导深基坑工程的设计和施工的正确途径。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目,是很难从理论上找到定量分析、预测的方法,这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。故制定基坑监测与抢险加固方案是深基坑专项方案的一项重要内容。
  五、结语
  理论结合实践是战胜困难和风险的法宝。实践证明,一个成功的深基坑工程,都要一个有针对性、成熟严谨的专项方案作理论指导,在基坑支护结构的施工时要做好应对突发事件的技术准备。对于突发事件有:基坑内管涌、流沙;基坑支护局部出现成因不明的裂缝、沉降等;事件发生后,要及时启动应急预案,并会同相关单位研究解决办法。使预防质量、安全事故隐患等问题均能做到防微杜渐。打有必胜把握之仗。
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