目前深基坑支護中,土釘加錨桿復合應用技術在深圳地區得到廣泛地推廣,但遇到軟弱地質條件,如:雜填土、淤泥和砂層時,人工洛陽鏟成孔十分困難,容易塌孔,且灌漿很難控制,影響土釘和錨桿的抗拔力,工程質量難以保證。采用打入式鋼管土釘和鋼管錨桿,成功地解決了這一問題,這類似條件下的工程提供借鑒。
一、工程概況
該辦公樓位于深圳車公廟工業區,緊鄰深南大道。地面二十八層,高99.8m,地下二層,深9.0m,基坑開挖面積4261m²,基坑支護周邊長約255m。
二、地質條件
該場地原始地貌單元屬沖洪積階地,有一條沖溝從北向南貫穿整個場地,后因城市發展,北側修建深南大道而截斷,經人工回填改造,地面基本平整。
按地質勘探報告,該場地地層從上到下分述為:
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人工填土層(Qml)
屬素填土,褐黃色,主要為粘性土,含約30%角礫及砂,組成較雜,密實度不均,松散欠固結,層厚0.8~4.7m。
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第四系新近沖積層(Qal)
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細砂:褐黃、灰白色,石英砂,含少量粘性土。飽和、松散—稍密,滲透性好,為主要含水層,層厚1.7~4.6m。
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淤泥質粉質粘土:具腥臭味,不均勻混10~20%中細砂。飽和,軟塑—流塑。場地東北大部分均有該層,層厚0.8~4.5m。
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第四系沖洪積層(Qal+pl)
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粉質粘土:褐紅、褐黃色,雜灰白及淺黃色斑紋,具網文結構,混少量石英砂,濕、硬塑。分布在場地西南角局部,層厚2.8~6.4m。
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中粗砂:淺黃、灰白色,石英砂,含少量粘性土,飽和、松散—中密,滲透性好,為主要含水層。場地西南角局部缺該層,其余大部分中砂層厚1.0~5.0m。
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第四系殘積層(Qel)
礫質粘性土:褐紅、灰黃,肉紅色,稍濕、硬塑,系下伏花崗巖風化殘積而成,原巖結構清晰可辨,含20~30%石英顆粒,厚8.6~16.1m。
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燕山晚期花崗巖
伏全風化、強風化、中風化和微風化巖層。
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地下水
由于第四系沉積細砂、粗砂層深厚,透水性強,涌水量大,這主要的含水地層。因原始沖溝被深南大道截斷,地下水位上游補給有限,主要靠大氣降水和地表水補給,水位和水量隨季節而異,在旱季枯水期,地下水埋深約5.0m以下。
三、周邊環境
場地周邊環境較為復雜,基坑南側4m遠有多層辦公樓。基礎為天然地基,埋深1.8m,正西側7m遠為豪都大廈,該大廈有地下室,地下室邊距基坑邊最近約3.0m,且回填土未很好夯實;北側較簡單,為深南大道綠化帶;東側道路下市政管網復雜,依次埋有:污水管、通訊管、燃氣管、雨水管。
四、基坑工程設計方案
安全等級為一級,安全使用期一年。
根據對工程特點及難點分析、本著技術可靠、施工簡便、安全經濟等原則、本基坑總體采用截水式鋼管土釘墻和鋼管錨桿復合支護、邊坡直立開挖,根據不同坡段的具體地質條件及環境要求方案做相應變化,敘述如下:
沿基坑周邊設一圈單排攪拌樁做隔水帷幕,攪拌樁直徑550mm,長度以入下臥相對不透水層不少于1.5m為控制條件,樁間距分別為450mm和400mm兩種,帷幕可以截斷基坑內外的水力聯系,并且有效地起到臨時支撐、防止發生流土、流砂事故的作用。
分別在基坑坡頂、坡腳設置排水溝、匯水坑、沉砂池等,保證在基坑開挖及后續施工期間排水通暢,把水排入市政雨水管道。
(二)土方開挖方法
攪拌樁施工完7天后,即可一次性開挖2.5m土方,之后隨土釘和錨桿施工進度分層開挖土方,每層開挖深度不得超過1.5m。
(三)邊坡支護方法
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本基坑工程較為復雜,四周的地質條件大多為雜質土,淤泥質粘土、細砂和中粗砂,用人工洛陽鏟成孔困難,易塌孔,灌漿也不易控制,故決定采用D48×3.5的熱軋電焊鋼管作土釘,和D57×5的無縫鋼管作預應力錨桿,用專門研制的機械、將土釘和錨桿打入成型。
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根據不同的地質條件和周邊環境,分四段采用不同的支護方法,如圖一所示
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其中:Ⅲ-Ⅲ剖面為基坑東側(ABC)段,約79m長,邊坡沿攪拌樁帷幕直立開挖,采用鋼管土釘、預應力鋼管錨桿和噴錨復合支護。設6排鋼管土釘和1排300KN級的預應力鋼管錨桿。鋼管土釘長度6.0m或9.0m,排距1.2m,水平間距1.5m。坡面掛鋼筋網噴射砼護面,厚8mm,如圖二所示。
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設計要點
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預應力錨桿采用打入式注漿錨桿,采用D57×5無縫鋼管,長15m,錨固段10m,設計極限抗拔力300KN,張拉鎖定荷載200KN。預應力錨桿在注漿7天后,方可張拉;正式張拉前,先做2根實驗錨桿,合格后再全面施工。
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土釘采用打入式注漿土釘,采用D48×3.5的熱軋電焊鋼管,長6~10m,設計抗拔力20KN/m。要求先做2根實驗樁,合格后再施工。
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土釘鋼管或錨桿鋼管均用沖擊錘打入,隨后注漿;注漿用純水泥漿,水灰比0.45,水泥用525#普通硅酸鹽水泥,加水用量0.3%的FDN高效減水劑。
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鋼管的接長采用3ø16(預應力鋼管采用3ø20)雙面綁條焊接,焊縫長10d(d為鋼筋直徑),焊縫高大于8。
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護面高2ø20橫向同長聯系鋼筋,掛ø6@200×200鋼筋網,噴射砼80mm厚作為護面(首次噴砼厚30mm,然后再掛網噴砼厚50mm)。在預應力鋼管錨桿位置設兩道通長800×200噴射砼腰梁,增加支護結構的整體性連接。噴砼等級為C20。如圖
五、施工工期
本基坑工程施工、攪拌樁工期約15天,基坑土釘和錨桿分六層開挖和施工,每層5天,錨桿層10,總工期52天完成。
六、工期監測
為保證基坑工程的順利施工和安全,必須對坡頂及周邊建筑的沉降和位移進行嚴格的跟蹤監測,要求如下:
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施工前,對場地周邊建筑物仔細觀察,并詳細記錄已發生的裂縫。
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布點,基坑坡頂按15m間距設置位移觀測點和沉降觀測點,周邊重要建筑物按每棟設4個沉降觀測點。
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觀測頻率。基坑開挖期間,每開挖一層土方,觀測一次沉降、水平位移; 樁基和地下室施工期間,每15天觀測一次,遇有臺風暴雨,隨時觀測。
該基坑自2007年4月完工,2008年2月回填完,暴露約10個月,測得最大沉降31mm,最大位移48mm(西側)。
七、總結
在深基坑支護工程中,遇到人工雜填土層、淤泥質粘土層、細中砂層等復雜地質條件時,采用打入式鋼管做土釘和錨桿,是可行的;且有工程質量可靠、施工進度快、成本降低等優點,并可節省大量人力,降低勞動強度、現場文明施工等長處。