欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

大厦基坑钻孔灌注桩双层锚杆支护

307 2021-12-27 10:26:30

3-5.1工程睡况

金港大厦位于宁波市江北区人民路与扬善路口交汇处西南方,东邻人民路,南傍甫江大桥引桥,西靠玛瑙路,北依扬善路,场地狭窄,大厦建筑面积50000多平方米.地面以上26层,高99.40m,框剪结构3裙房5层,局部7层,高33.0m,地下室2层,基坑平面尺寸约90mX80in。主楼底板垫层底设计标高一9・0m.电梯井底设计标高77m,水池底标高一13.27m.褚房底板垫层底设计标高一7. 80m.承合底标高-8.20〜一8. 60m,局部一9.30m,水池一 10.80m.场地自然地坪标高一。.75m;因此实际挖土深度,主楼一般为8. 25m,电梯井基坑处11.0m,二个大水池处12.5m,裙房挖土深度一般为7.45m~7・85in,局部为8. 55m,水池为基坑围护总长310m,围护设计深度取为7. 8m,

邻周环境见图3.5-1.

围护设计

(1)场地工程地质

本工程位于甬江之滨.属软土地区,据工程地质勘察报吿,场地表土为厚约1.2m杂填土,以下为O.3~L6m粘土层,再以下为厚12m的饱和淤泥质土层,力学性能很差,淤泥质土以下为力学性质较好的粉质粘土层,详见表3. 5-10本工程场地地下水属表层潜水,土层渗透系数较小.

3.5.1 工程概况

金港大厦位于宁波市江北区人民路与扬善路口交汇处西南方,东邻人民路,南傍甬江大桥引桥,西靠玛瑙路,北依扬善路,场地狭窄。大厦建筑面积50000多平方米,地面以上 26层,檐高99.40m,框剪结构;裙房5层,局部7层,高33.0m,地下室2 层,基坑平面尺寸约 90m×80m。主楼底板垫层底设计标高一9.0m,电梯井底设计标高一11.77m,水池底标高一13.27m。裙房底板垫层底设计标高一7.80m,承台底标高一8.20~—8.60m,局部-9.30m,水池一10.80m。场地自然地坪标高一0.75m;因此实际挖土深度,主楼一般为8.25m,电梯井基坑处11.0m,二个大水池处12.5m,裙房挖土深度一般为7.45m~7.85m,局部为8.55m,水池为10.0m,基坑围护总长310m,围护设计深度取为7.8m。

邻周环境见图 3.5-1。

3.5.2 围护设计

(1)场地工程地质

本工程位于甬江之滨,属软土地区,据工程地质勘察报告,场地表土为厚约1.2m杂填土,以下为0.3~1.6m粘土层,再以下为厚12m 的饱和淤泥质土层,力学性能很差,淤泥质土以下为力学性质较好的粉质粘土层,详见表 3.5-1。

本工程场地地下水属表层潜水,土层渗透系数较小。

image.png

image.png

(2)围护体系选择

在研究以下各种因素后,经宁波市建委专家组推荐,决定采用钻孔灌注桩和二次压力灌浆土层锚杆的支护体系;

1)从地质情况看,本工程场地一16m 以下为粉质粘土层,可用这一土层作为预应力土层锚杆的主要锚固层。

2)本工程基坑较深,面积也较大,且形状不规则,若采用自立式支护,不仅很难控制变形,而且增加造价。若采用内支撑支护,除井格式支撑外,其余支撑形式都无法满足安全条件。而井格式支撑施工困难、造价高、工期长。为了既安全经济又方便连续施工,经综合比较和现场试验,采用锚杆支护较为合理。

3)中建四局在我国华南地区已有4年土层锚杆施工实践经验,曾成功采用土层锚杆安全支护3层地下室基坑(一13m),这次又系金港大厦总包单位,并有完整的《土层锚杆设计与施工规范》可参照。

钻孔灌注桩采用 φ650@800,桩顶设置钢筋混凝土盖梁;灌注桩后设φ700 双排水泥搅拌桩作止水帷幕,采用二次压力灌浆预应力锚杆作拉锚。这种支护体系在宁波地区尚属首次采用,为确保支护体系的安全可靠,由建设单位、设计和施工单位组成锚杆试验小组对锚杆进行抗拔试验,经宁波市建委专家组和设计单位鉴定,确认能满足设计要求。

(3)围护设计计算

本工程围护采用φ650@800 钻孔灌注桩,从地面以下 2m 和5m 分别布设两层锚杆。锚杆水平间距1.6m,上下排错开以免产生群锚效应。围护设计计算按《上海地区深基础施工指南》及国家有关规范进行。考虑到本工程场地较紧张,底板施工采用商品混凝土等情况,取地面超载为20kN/m²,按宽 4m 条形分布。土压力按朗金土压力理论分层进行计算,土力学参数c、φ值按固结快剪峰值选取,钻孔桩受力按多层支撑的板桩模式进行计算。计算结果每根桩最大弯矩为 172kN·m,桩长 15.3m,实际桩长取16.5m,其中靠近水池处14根桩加长至 21.1m;桩身配筋12中22,箍筋φ8@250,另配中16@1500 加劲筋,混凝土强度等级C30,总桩数 387根。

由于样星幼儿园距本工程较近,在基坑开挖影响范围之内,为保证幼儿园在施工过程中正常使用,建设单位决定在幼儿园与基坑之间注浆加固,注浆范围长 25m、宽 48m、深11m,单孔每米注浆量100kg,裙楼东侧沿人民路设计修改为水池,增加挖土深度2.2m,当时围护桩拉锚支护都已完工,为增加坑内被动土压力,也采用注浆加固,改善土质。

二排锚杆倾角均为30°,钻孔直径130mnm,二次压力灌浆后扩至φ200,选用3束7少5钢绞线,计算时取锚杆自由段长5m,锚固段15m。据计算,第一排锚杆全部在3-1淤泥质土层中,每根抗拔力为172kN,而设计要求抗拔力为143kN,满足要求;第二排锚杆部分位于3-1土层中,部分伸至3-2粉质粘土中,每根抗拔力为249kN,设计要求抗拔力为251kN。实际施工时,锚杆长度采用25m,将锚固长度增至20m。

围护的平面布置和立面、剖面分别见图3.5-2,图3.5-3和图3.5-4。

image.png

image.png

3.5.3 围护施工

根据设计要求,锚杆施工前必须先进行抗拔试验,以确定锚杆的极限抗拔力,验证在本工程地质条件下能否满足设计要求。施工单位于1995年4月1日先试打了7根围护桩,并于5月1日试打了4 根锚杆。经二个星期养护之后,进行了抗拔试验。其平面布置见图3.5-5。试验锚杆长 25m,锚固段长 20m,锚杆头部位于地面下 3.5m 处。试验结果,极限抗拉强度为 280~340kN。如取安全系数1.8,相应的设计抗拉值为 150~190kN,接近第一排锚杆需要的抗拉值,但低于第二排锚杆需要的抗拉值。据我们分析,可能是由于实际土层分布和土的抗剪指标与地质勘察报告所提供的不符。后来施工实践表明,所采用的锚杆完全满足设计要求。

抗拔试验通过之后,施工单位于1995年5月9日正式开始施工围护桩,由于受基坑范围内的二幢居民住宅拆除的影响,围护桩不能连续施工,到1995年12月3日才全部完成。随后于12月12日完成主楼全部工程桩。为了抢工期,建设单位将整个工程分成两部分施工,南、东二侧先行施工。由于锚杆施工必须与挖土交替进行,整个工地交错施工。9月23日,围护桩大部分完成,在甬江大桥北侧人民路西侧开始挖土,9月28日开始进行第一排锚杆施工,10月9目起进行第二排锚杆施工,1995年12月底完成裙房挖土后的垫层浇筑。扬善路幼儿园侧在围护桩全部结束养护两屋期后第一排锚杆于1995年12 月 20 日起施工,第二排锚杆于1996年1月31日施工,3月底前主楼等全部挖土完成,4月底主楼钢筋混凝土底板全部浇筑完成。现场施工情况见图3.5-6、7、8。

image.png

image.png

3.5.4 锚杆施工工艺锚杆施工主要工艺流程为钻孔,锚杆制作,安放拉杆第一次注浆,第二次注浆,腰梁施工,张拉锁定。

(1)钻孔

根据土层锚杆设计直径及长度,结合本工程地质情况,钻孔机械选用三台 MFJ一50 型土层锚杆钻机作为成孔设备。采用注水钻孔。泥浆护壁这一成孔工艺,根据现场抗拉试验,取得很好效果,实践证明,湿法成孔不但施工速度快,还能很好地解决软土层内钻孔易产生塌孔缩颈这一技术难关。

image.png

image.png

等到土方开挖至锚杆锚头设计标高后,钻机就位,调整钻机角度,使其达到设计要求的锚杆倾角,同时满足锚头设计标高,经检查无误后开钻。为保证钻孔方向,在孔口 4m 内用套管护壁。后根据实际情况加长。在钻孔过程中,根据土层埋深及现场孔溢泥浆情况,为保证锚杆锚入粉质粘土中,及时修正锚杆倾角及长度。

钻孔达到设计深度后,用清水清孔,冲出沉渣,直到冒出清水为止。

(2)拉杆制作及安放

本工程采用3束755 钢绞线。在自由段 5m内,每根钢绞线用内径为φ16的PVC 塑料管套住,接缝及两端部用胶布缠住,以防浆液进入管内,在三根钢绞线内焊接直径 30mm镀锌钢管,作为二次注浆管,在管下部按一定间距开注浆孔。沿锚杆长度方向每隔 2mn安放一装置,将3根钢绞线绑扎成品字形,3根钢绞线伸出端部锚板 10~15cm,且将伸出部分焊成一束,以便拉杆放入孔内。

按上述要求制作完拉杆后,将一根内径 30mm,长 30m 的塑料软管绑扎在拉杆上,且离拉杆底部 20cm,同拉杆一起放入钻好的孔内。

(3)注浆

本工程锚杆采用二次间隔式注浆,即待第一次注浆体达到初凝后 30分钟内,进行第二次压力注浆,注浆材料选用425 号普硅水泥调制成净水泥浆,水灰比0.45,注浆设备选择三台UB3 型压力1.5MPa注浆泵进行。

第一次注浆采用0.2MPa的低压从绑扎在拉杆上的塑料软管中注入。第一次注浆在孔口溢出水泥净浆液时,可停止注浆。第二次注浆采用1.0~1.5MPa的压力从拉杆中部注入,首先在孔口安装密封装置,即可进行注浆,当注浆压力达到1.0~1.5MPa时,稳压2分钟后,终止注浆。

(4)腰梁施工

锚杆第二次注浆后,施工钢筋混凝土腰梁,腰梁截面为梯形,其截面尺寸和配筋经计算确定。腰梁混凝土利用土模浇筑,土模底铺3~5cm 碎石,上铺一层油毡,腰梁与支护桩应紧密接触,钢绞线穿过腰梁部位用 φ80塑料硬套管套住。

(5)张拉锁定

张拉设备选用 YCW-100型千斤顶和 ZB400 型高压油泵,锚具采用OVM15-3锁式锚具。

锚杆待腰梁混凝土强度达到75%时,方可进行张拉。张拉前,在腰梁上安装承压板,承压面应平整,并与锚杆的轴线方向垂直,锚杆张拉按顺序逐根进行,张拉锁定荷载为 120kN。

锁定时,通过传感器发现拉力短时间内损失较大,考虑到土的流变性对锚杆的徐变和松弛影响,采用了二次锁定的方法,即在第一次张拉锁定 24小时后,再对锚杆张拉锁定一次,使锚杆拉力很快稳定下来。

3.5.5 围护施工结果

金港大厦围护工程是宁波市第一次采用锚杆支护,处于摸索探讨阶段,施工过程中,因拆迁原因,不能连续施工,但还是显示了方便挖土、方便施工、安全经济的优点,积累了土体位移的监测资料和锚杆施工经验。

这次金港大厦围护因东南侧局部超挖1lm,东侧人民路2号观测孔测得最大土体位移8.10cm,最大桩顶位移5.09cm,1号孔测得最大土体位移7.54cm,最大桩顶位移5cm 以内,南测3号孔最大土体位移7.54cm,最大桩顶位移5.42cm,近南侧甬江大桥高填土引桥4号孔钢筋堆场下的最大土体位移6.12cm 以内,最大桩顶位移8.45cm,西侧5号孔测得上下位移都在 4.97cm 以内;祥星幼儿园,由于注浆加固土层,扬善路地面无堆载,6号孔测得上下位移都在3.85cm 以内,总之位移小于开挖深度的1/100,满足变形控制要求。

在本次围护工程施工中不但进行了位移监测,还对部分锚杆受力进行了观测。观测发现锚杆拉力锁定值与设计锁定值相差较大,一般仅为设计值的60%~70%,表明预应力损失较大,估计与杆体松弛或锚具锁定方法有关。锚杆受力在挖土过程中变化不大,但在挖土全部结束后拉力增加许多,但其最大拉力仍不过200kN 左右,远未达到锚杆的极限抗拔力,这说明锚杆支护有很大的安全余地。

此次围护实际决算为744.23万元(包括钻孔灌注围护桩,水泥搅拌桩,加固注浆,预应力锚杆二次注浆,混凝土盖梁、腰梁、角撑、监测费、设计费等全部费用)计每延米造价为 2.4万元。

3.5.6 体会和建议

金港大厦锚杆施工实践表明,这种支护形式施工方便快捷,效果较好。这种支护不需要内支撑,特别适用面积较大、挖土较深的基坑,它还可以根据工程进度采用分块施工的灵活作业。实践还证明,基坑稳定,位移很小,据测定,大厦主楼钻孔灌注桩和裙房φ400 预应力薄壁管桩都未因基坑挖土而偏位。由此可见,在条件合适的基坑支护工程中,锚杆支护不失为一种可行的方案。

通过金港大厦围护工程的施工,我们也发现了锚杆支护尚有一些有待改进的方面∶

l。锚杆杆体较长,一般都将超出主体工程的规划红线,虽然埋深较深,对周围的市政管线无妨,但是若周围较近范围内还有深基坑等地下室工程施工,就有可能产生不利的影响。因此,应研究一种可回收锚杆,既不影响周围环境,又可大量节约工程造价。

2.锚杆在张拉至设计拉力锁定时,杆体会回缩,因而将丧失大部分预应力,其中一个原因是锚杆的锁定方式尚须继续改进。

3.锚杆支护设计中一般不考虑环梁受力。实际工程中发现,环梁对变形的控制协调有较好的作用。

4.双层锚杆的施工,必须与挖土穿插进行,这势必造成间歇与交错,因此在以后的设计中尽可能用一道锚杆支撑,辅以基坑外卸荷等减少坑外土压力,这样可减少因第二排锚杆施工而影响挖土,从而加快施工进度,使围护体系更合理。

5.锚杆斜成孔需泥浆护壁,且在地坑内进行,建议要有适当的泥浆池,让泥浆排入池内沉淀,抽出清水,挖土时连同沉淀泥浆一起挖去,避免泥浆流淌,改善施工条件和挖机运行。

6.制订科学的施工组织设计,合理安排锚杆施工与基坑挖土,保证运输道路畅通和正常施工。

7.严格控制锚杆工作面挖土标高,严禁超挖,以不增加锚杆长度,降低支护造价。