悬臂双排桩深基坑支护体系工法.doc

悬臂双排桩深基坑支护体系工法李奇逊 朱志山 陈景辉 张建基 广东省六建集团有限公司悬臂双排桩深基坑支护体系工法1 前言在珠江三角洲地区的深基坑工程特别是旧城改造工程遇到诸如：在密集建筑区建高层，基坑开挖要考虑与相邻建筑及城市管道之间的影响；高层建筑的增多和功能的需要，许多工程都要求修建占地面积大且埋置较深的两层甚至多层地下室，做内置撑量大且昂贵；珠江三角洲属冲积平原，软土层较厚、地下水位高、含水层透水系数大；施工场地狭窄，紧邻建筑物有地下室，基坑支护不能打斜锚杆；以往的基坑支护设置大量斜锚杆（索）造成地下污染，不利于环保等等。基于上述原因，广东省六建集团有限公司研发出“悬臂双排桩深基坑支护体系” 新技术，提出了“桩土共同工作的悬臂式双排桩支护体系桩与预应力竖向锚杆（索）支护体系基坑内布置降水井” 相组合的悬臂双排桩深基坑支护新体系理论。该支护体系工作可靠、工程实施效果良好，较好地解决了上述问题，特别是很好地解决了密集建筑区的深基坑支护桩由于紧邻建筑有地下室不能设置后斜锚杆（索）的支护难题，为类似场地条件的深基坑工程施工提供了有益借鉴。2007年由广东省建设厅组织鉴定，悬臂双排桩深基坑支护体系的新技术达到国际先进水平，同时形成了悬臂双排桩深基坑支护体系的施工工法。2 工法特点2.1支护结构采用双排钢筋混凝土桩，两排桩中间设置深层搅拌桩帷幕止水，同时形成桩土共同工作，可发挥支护体系的整体作用。2.2 在狭窄场地（紧邻有建筑物且有地下室）可照常施工，支护结构采用预应力竖向锚杆（索）。可避免斜锚杆（索）对邻近建筑物造成损坏和造成地下污染。2.3悬臂双排桩深基坑支护体系是一种整体刚度大、稳定性好、变形位移小又不需要设置内支撑的支护体系，可方便土方开挖和地下室施工，缩短工期，节省投资。其支护挡土深度达9m。3 适用范围广泛适用于各类深基坑，特别是建筑密集地区中软土地基条件下的深基坑支护。4 工艺原理4.1 考虑桩土共同作用的双排钢筋混凝土桩结合深层搅拌桩支护体系：两排钢筋混凝土桩桩顶用冠梁连接，中间采用深层搅拌桩做止水帷幕，双排桩和深层搅拌桩共同构成支护结构体系。由于深层搅拌桩改善了土体的力学性质，被加固的桩间土体可以考虑桩土共同工作，两排桩中间土体可按照有限元的分析方法，将土体转化为若干二力杆（索），这样整个支护结构体系就可以视为悬臂式的等代桁架，桩间土体参与刚度分配，从而支护体系的侧向刚度大大提高，尤其是通过冠梁的连接，使得支护结构具备整体性，从而其抵抗变形能力大大提高。桩土共同工作支护体系受力机理如图1所示。图1 桩土共同工作支护体系受力机理示意图4.2采用预应力竖向锚杆（索）共同工作的计算模式：前排桩如一般单排桩的受力状况，竖向锚杆（索）的预应力在一定程度上起到了平衡主动土压力，减少支护体系向基坑内变形、增加基坑稳定性的作用，桩预应力竖向锚杆（索）共同工作的悬臂式支护体系作用机理如图2所示。图2 桩预应力竖向锚杆（索）共同工作的悬臂式支护体系受力机理示意图5 构造与设计5.1当基坑开挖深度小于7m，深基坑支护体系采用双排钢筋混凝土桩（常用d=9002200），前后排距3.5d呈梅花形布置，桩顶用冠梁和横向连梁连接（如图1），双排桩中间采用深层搅拌桩（常用500）做止水帷幕，深层搅拌桩形成土拱（间距同后排桩间距）。如图3、4、5所示。图3 桩土共同工作的双排桩相互位置平面图图4 双排悬臂桩支护结构大样图5 钢筋混凝土桩深层搅拌桩平面位置5.2当基坑开挖深度为79m深或当场地狭窄时（1.1m3.15m），双排钢筋混凝土桩采用前排大直径钢筋混凝土桩（常用d=10001300），后排钢筋混凝土桩（常用d=9003600）。并在后排桩加预应力竖向锚杆（索）。双排桩中间采用深层搅拌桩做止水帷幕。如图6、7所示。图6 桩与预应力锚杆（索）共同工作的双排桩相互位置平面图图7 桩预应力竖向锚杆（索）体系6 施工工艺流程及操作要点6.1支护体系施工工艺流程支护体系的施工工艺流程如图8所示。6.2操作要点6.2.1深层搅拌桩帷幕拱施工1、必须做好三控制以保证桩身质量良好和桩与桩的搭接严密：控制好每根深层搅拌桩单位长度的水泥用量；控制提升搅拌速度和重复搅拌次数；控制好桩与邻近桩施工的间隔时间。2、采用了先施工深层搅拌桩、后施工 钢筋混凝土桩的顺序，这种“硬咬软”的施工顺序使得两种不同类型的桩结合的更好，有效改善桩间土体的力学性能。6.2.2基坑降水1、基坑内采用“小口径井点法”降水，这种方式降水占地面积小，容易施工、易维护、降水效果好，其排泄方式为径流渗透积累排泄，抽水携带的（排）砂量小，基本不会破坏土层的结构。施工测量定位深层搅拌桩帷幕施工*位支护钻孔灌注桩施工位后排桩内锚杆（索）施工冠梁体系施工测斜管埋设水平角撑安装土方开挖工程桩施工降水井施工预降水观测点埋设*为使支护桩能较好地与深层搅拌桩“咬合”，取得较好的止水效果，深层搅拌桩应先于钢筋混凝土桩施工。图8 支护结构体系施工工艺流程图2、降水井及观测井的布置 根据岩土工程勘察报告中的渗透系数、含水层厚度，选择单口井深、影响半径、降水深度等的参数，按建筑与市政降水工程技术规范(JGJ/T111-98)第6.4.3条中的（6.4.3-1）式和第6.4.5条中的（6.4.5-1）式计算单井出水量后，选用抽水泵，确定在基坑周边布置所需降水井及观测井数量和位置。降水井点布置原则为： 降水井外围紧贴挡土桩地梁边，部分布置在施工场地的中间； 因基坑范围较大，所以在基坑内应设临时降水井，其井孔口高度随基坑的开挖而降低或逐渐取消； 在基坑运土通道出口两侧设降水井，其外延距离不少于通道口宽度的一倍； 降水井的布置在地下水补给方向适当加密，而排泄方向适当减少。6.2.3 后排桩加设预应力竖向锚杆（索）为了提高支护体系的稳定性、减小变形，采用桩预应力竖向锚杆（索）体系。1、预应力锚杆（索）的施工工艺预应力锚杆（索）在后排桩混凝土达到强度的20%后，钻130孔穿透全桩直至深入中、微风化岩层。将预应力锚杆（索）装好固定端锚头后，三根一束埋深至中、微风化岩的的适当深度（有预应力监测的钢绞线要事先埋好应力传感器），放入的无粘结预应力钢绞线塑料保护套应确保完整无破损（若有局部破损应及时用胶带修补），钢绞线间无交叉。预应力钢绞线就位并固定后，用水泥砂浆进行压力灌浆（锚杆灌浆材料采用425号普通硅酸水泥，浆液水灰比0.450.5，有时也可加入一定量的粒径小于2.0mm的砂子，采用纯净的自来水。必要时可加入一定量的外加剂或掺和料。）。灌浆压力按0.40.5MPa控制。当混凝土强度高于设计强度的75、水泥砂浆强度达到30MPa时进行张拉。2、预应力锚杆（索）的张拉预应力锚具的锚固力应能达到预应力杆（索）体极限抗拉力的95以上，且达到实测极限抗拉力时的总应变值应小于2。张拉时按二次循环张拉，张拉作业以控制张拉力为主，实际伸长值与计算值核对，即实际伸长值与计算伸长值偏差在-5%10%范围内，若超出此值时应立即停止张拉，检查原因，采取措施排除偏差后才能继续张拉。张拉完毕后，预应力钢绞线离锚具端部不小于400mm处，用手提砂轮将多余预应力钢绞线切除。6.2.5 基坑支护体系的监测技术为了及时判断基坑支护体系的工作状况，施工对周边环境的影响程度，必须采用信息化施工技术指导深基坑工程施工，在有代表性的关键部位布置监控点。按确定的程序及时监测和反馈信息，以便采取必要的对策，将可能发生的突发事件消除在萌芽状态，确保基坑及周边环境的安全。主要监测内容参见表1。 监测项目一览表 表1序号监测项目监测仪器数据频率监测目的1支护结构竖向各点位移测斜仪开挖期间：1次/天开挖完成后7天：1次/天稳定后：1次/25天地下室底板完成后：1次/10天出现异常情况或变形较大时，将对观测频率作适当加密。支护结构自身应力大小及分布情况2支护结构应力应变钢筋计频率计3预应力锚杆（索）预拉力值应力传感器4支护结构沉降水准仪掌握支护结构和地表及周边环境的影响程度和范围5周围地表沉降6周围建（构）筑物沉降7地下管线沉降8支护结构水平位移全站仪9周围建（构）筑物的倾斜10周围建（构）筑物水平位移11支护结构裂缝钢尺12基坑周围地表裂缝13周围建（构）筑物裂缝14地下水位电测水位计未达降水深度前，3次/天；达降水深度且稳定后，1次/天；掌握基坑需降水段地下水位情况注：在基坑开挖过程中，可根据施工条件和沉降情况增加或减少观测次数，随时将监测信息报告给现场技术负责人，还要密切监视基坑侧壁、基坑坑底的渗水情况，遇渗水现象出现，立即查明原因，及时采取抢险措施。7 材料与设备7.1材料 表2序号材料名称规格、要求用途1水泥宜用32.5Mpa或42.5Mpa的普通硅酸盐水泥钢筋混凝土桩2粗骨料采用碎石，颗粒级配采用连续级配，粒径531.5mm。3砂采用级配良好的中砂，细度模数为3.42.34水搅拌混凝土宜采用饮用水5钢筋主筋、加劲筋宜采用HRB335钢筋、螺旋箍宜采用HPB2356外加剂减水缓凝剂7预应力锚杆（索）常用钢绞线、精轧螺纹钢筋或普通螺纹钢筋。钢绞线常用7×Ø5（d=15.24mm）型，强度标准值达1860MPa，精轧螺纹钢筋常用d=25、32mm，强度标准值分别为900、750 MPa预应力锚杆（索）8预应力锚具应符合现行国家标准预应力筋用锚具、夹具和连接器GB/T14370的规定7.2设备 表3序号材料名称规格、要求用途1回转钻机选用SPJ-300型、GPS-15型钢筋混凝土桩2深层搅拌机加强型深层搅拌桩3土锚钻机可采用地质钻机、改型地质钻机、或土锚钻机等预应力锚杆（索）4注浆泵5预应力张拉设备预应力土层锚杆（索）采用ZB4-500型电动油泵和配套的千斤顶进行张拉，常用千斤顶有YC-60、300，YCL-120，YCQ-100、200、350等8 质量控制8.1施工执行的标准和规范：建筑工程施工质量验收统一标准(GB503002001)；建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB502022002)建筑地基基础设计规范(GB500072002)。混凝土结构工程施工质量验收规范(GB502042002)建筑桩基技术规范(JGJ9494)岩土锚杆（索）技术规程(CECS 22：2005)8.2工程质量标准：8.2.1混凝土钢筋混凝土桩质量检验标准表4；8.2.2钢筋混凝土桩的平面位置和垂直度的允许偏差表5； 混凝土钢筋混凝土桩质量检验标准 表4项目序号检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1桩位见表1基坑开挖前量护筒，开挖后量桩中心2孔深mm+300只深不浅，用重锤测，或测钻杆、套管长度，嵌岩桩应确保进入设计要求的嵌岩深度3桩体质量检验按基桩检测技术规范。如钻芯取样，大直径嵌岩桩应钻至桩尖下50cm按基桩检测技术规范4混凝土强度设计要求试件报告或钻芯取样送检5承载力按基桩检测技术规范按基桩检测技术规范一般项目1垂直度见表1测套管或钻杆，或用超声波探测2桩径见表1井径仪或超声波检测3泥浆比重(粘土或砂性土中)1.151.20用比重计测,清孔后在距孔底50 cm处取样4泥浆面标高(高于地下水位)m0.51.0目测5沉渣厚度:端承桩 摩擦桩mm mm50150用沉渣仪或重锤测量6混凝土坍落度mm160220坍落度仪7钢筋笼安装深度mm±100用钢尺量8混凝土充盈系数1检查每根桩的实际灌注量9桩顶标高mm+30-50水准仪,需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体。 钢筋混凝土桩的平面位置和垂直度的允许偏差 表5成孔方法桩径允许偏差垂直允许偏差(%)桩位允许偏差(mm)1-3根、单排桩基垂直于中心线方向和群桩基础的边桩条型桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩泥浆护壁钢筋混凝土桩D1000mm±501D/6，且不大于100D/4，且不大于150D1000mm±50100+0.01H150+0.01H注:1、桩径允许偏差的负值是指个别断面。 2、H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离，D为设计桩径。8.2.3锚杆的质量检验应符合表6的规定。 锚杆工程质量检验标准 表6项目序号检验项目允许偏差检查方法主控项目1锚杆杆体长度（mm）100-30用钢尺量2锚杆拉力设计值设计要求现场抗拔试验一般项目1锚杆位置（mm）±100用钢尺量2钻孔倾斜度（°）±1测斜仪等3浆体强度设计要求试样送检4注浆量大于理论计算浆量检查计量数据5杆体插入长度全长粘结型锚杆不小于设计长度的95用钢尺量预应力锚杆不小于设计长度的989 劳动力组织及安全措施8.1劳动力计划8.1.1钢筋混凝土桩施工时电工、焊工、钻桩等特种作业人员均持合格操作证上岗。8.1.2 施工管理1、技术管理：由项目经理负责组织，项目技术负责人编制施工组织设计并作技术交底，由施工员具体管理。2、质量管理：由项目经理负责组织成立QC小组，监控施工质量。3、安全管理：成立项目安全管理小组。包括项目经理、项目技术负责人、施工员及施工班长。8.2安全措施8.2.1遵守建筑安装工程安全技术规程和地方有关施工现场安全生产管理规定。8.2.2根据施工特点编制安全操作的注意事项及具体施工安全措施。10 环保措施成立对应的施工环境卫生管理机构，在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。11 效益分析10.1社会效益：建城市中央的建筑物，有效保护相邻建筑及城市管道，确保其正常工作。10.2经济效益：在悬臂式双排桩深基坑支护体系的应用较地下连续墙支护方案可节省工程费用及工期。较深基坑做内置撑方案大大可节省工期及工程费用。12 应用实例佛山市中医院医疗综合大楼11.1工程概况工程占地面积达13671 m2，建筑面积约114000m2，地下2层，地上23层，裙楼5层，±0.000以上高度为+89.1 m，结构形式为框架-剪力墙结构，整幢建筑均采用钢筋混凝土桩基础。基坑平均挖深9.45m，最深达12.2m。基坑周围环境复杂，东、北二侧紧邻旧建筑物，基坑边与已建房屋最窄处只有1.7m，施工场地狭小西、南二侧靠近城市主干道和地下管线，因此基坑支护设计必须充分考虑基坑开挖对周围环境的影响。要求不能对周边道路和建筑造成影响，保证中医院的正常营业。 在基坑开挖深度6.0m以上土层分布主要是软塑的粉质粘土和流塑的淤泥质粉质粘土、淤泥，其物理力学性质极差。在开挖深度-12.2-6.0m范围为饱和粉细砂。场地水位较高，应处理好止水、降水问题，防止穿孔和管涌发生。地下水位埋深0.401.45m。11.2施工情况基坑支护工程先施工 钢筋混凝土桩挡土，再做深层搅拌桩止水帷幕。做支护工程的同时进行工程桩的施工。深基坑支护按本文第5“构造与设计”设计。支护桩和工程桩完成后进行降水井施工。本基坑的降水采用小口径井点降水法，整个基坑共采用降水井32个，观察井3个。基坑周边设28个降水井，间距为1416m，井深约18.5m；4个降水井布置在基坑中央电梯井基坑边，井深约20.422.3m，确保承台底下500mm为地下水降水坡顶。土方开挖前先进行连续7昼夜的基坑降水，将水位降至设计高度，然后再开挖。土方开挖分四个区、两层进行，阶梯形挖土后退，开挖从东至西逐段推进。开挖一个区，即进行该区的垫层、承台砖模等基础施工，然后进行下一个区的开挖施工，逐段向前推进。监测数据显示：基坑支护结构沉降累计最大值为5mm，周围地表沉降累计最大值为7.3mm，基坑支护结构位移累计最大值为29mm，周围地表位移累计最大值为8.4mm；监测结果均符合基坑监测方案规定的控制标准，监测数据证明基坑支护结构在整个土方开挖和地下室施工期间处于稳定受控状态。11.3工程监测与结果评价在土方开挖的同时进行基坑监测的信息化施工，应用测斜仪、钢筋计、应力传感仪、水准仪和全站仪等仪器对基坑支护结构进行连续实时动态监测，根据监测报告，施工期间重要监测项目的监测结果如下：对基坑和周围建筑物进行沉降、位移的动态监测结果 表7序号监测项目标准mm实测值结论报警值控制值1支护体系沉降18205mm（塔吊位置）基坑支护体系及周边环境安全。2支护体系位移253020mm（塔吊位置）3支护体系挠曲变形22mm（322#桩）4支护体系应力应变监测13.897KN（367#桩15m处）5预应力垂直锚杆的应力监测581.0KN（预拉应力600KN）6基坑周围建筑物沉降监测18207.3mm（宿舍楼13#点）7基坑周围建筑物裂缝监测16mm（宽度） 2300mm（长度） 由此表可以得出结论：通过基坑降水、桩排间加深层搅拌桩止水帷幕以及使之形成土拱、采用预应力竖向锚杆（索）等措施，改善了桩间土体力学性能，有效的提高了支护体系的抗侧向变形能力。另外，基坑监测表明：开挖对原有建筑的安全以及周围环境没有明显影响。 基坑支护及工程施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控制状态，保证了周边环境安全、正常的生活和工作秩序不受影响；工程按期完成，质量优良，无安全事故发生。