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预应力锚杆在软弱地层深基坑支护中的应用

332 2021-11-23 15:27:05

一、工程概况与场地周围环境

厦门普达广场位于厦门大学西侧,场地的南、西侧是六至七层的住宅楼,距场地红线最近的距离仅为2m,东侧是演武路,北侧是下沃仔路。场地总占地面积为 8200m2²,拟建3 幢地上32层地下3层的塔楼,基坑开挖深度14.5m,土方量约为96000m²。周围环境如图1所示。

该工程基坑支护设计由冶金部建筑研究总院厦门分院承担,基坑支护工程施工由福建省建筑机械化施工公司承担。

二、场地地层地质条件该场地主要地层情况大致如下;①新近期杂填土,厚2.1~6.6m;②全新统海积淤泥、淤泥质土,厚 0.0~7.0m;③全新统冲洪积粘性土,厚 2.5 ~9.4m;④上更新统海积淤泥质土,厚0.0~8.0m;⑤上更新统冲洪积土,厚2.5~10.8m;⑥残积土,厚1.2~9.8m∶以下为强至微风化花岗岩。典型她质部面见图2。主要十层物理力学指标值见表1。

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场地地下水的混合水位埋深为1.0~2.3m。含水层大致可分为两大层∶其一为人工填砂孔隙潜水含水层,几乎全场分布,厚度1.5m左右,富水性好,渗透系数达 35m/d,抽水影响半经大。对周围环境影响较大;其二为上更新统冲洪积土、残积土层及强中风化花岗岩层的空隙裂隙承压含水层,该含水层平均厚度在 22.0m左右,平均渗透系数为0.22m/d。在基坑开挖阶段主要受第一含水层的影响。

三、基坑支护方案选择

该工程基坑开挖深度达14.5m。场地软弱地层交错分布。厚度大,基坑西、南侧居民住宅楼距基坑边又很近,给基坑支护工程带来一定的难度,可供选择的方案有;挡土结构有地连墙和排桩;支撑结构有钢或钢筋混凝土内支撑和土层预应力锚杆背拉结构。经分析比较,决定采用排桩加土层预应力锚杆背拉结构的支护方案,为确保场地周围建筑物和地下管线的安全,保证桩顶位移和地面差异沉降在允许范围以内,桩与桩之间设摆喷止水帷兼。该方;案具有受力明确、与土方及地下室施工无交叉影响、造价较低等优点。

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五、支护结构施工1.支护结构施工工艺流程

支护结构施工按以下顺序进行∶支护桩施工———

—→土方开挖至第一道锚杆施工工作面

桩间隔水帷唯幕施工-

标高—→+施工第一道锚杆—→土方开挖至第二道锚杆施工工作面标高—→施工第二道锚杆→土方大开挖。用反铲接力。由基坑西侧向东侧一次性到底进行土方大开挖。在整个施工过程中,管理有序,各工序严把质量关,确保了设计方案的实施。

2.主要工序施工方法与质量保证措施

(1)支护桩。支护桩采用人工挖孔桩和机械冲钻孔桩。人工挖孔围护桩在杂填土层施工效果较好。但在淤泥及淤泥质土层顶部时,地下水的水量明显与潮汐变化有关。涨潮时桩孔内水量加大,退潮时桩孔内水量减少,这引起了大量的流泥、流砂,因此,人工挖孔桩停止施工。改为机械冲钻孔桩。机械冲钻孔桩的施工工序为;定位-→设置护筒→冲钻孔至设计桩长→清孔下钢筋笼→水下浇注桩芯混凝土。工序质量保证措施主要包括∶①护筒中心与桩位中心的偏差不大于 50mm;②开孔时应低锤密击,每进尺 5m左右应验孔一次;③钢筋笼方向偏差不大于 5°;④清孔后孔底沉渣厚度小于100mmn;⑤清孔后泥浆比重应挖制在1.15~1.25,粘度小于288,含砂率小于10%;⑥水下混凝土浇注应控制好初灌量和最后一次灌注量。桩顶不得偏低,应凿除的泛浆高度必须保证暴露的桩顶混凝土达到强度设计值,导管埋深为2~6m,严禁导管提出混凝土面。

(2)桩间隔水帷幕。桩间摆喷隔水帷幕设计厚 400mrma,深度 15.5m。即基坑底下1.0m。采用三重管法高压喷射注浆,摆角 45°,施工工序为∶确定孔位→钻机就位→钻孔至设计深度→高喷车将喷头贯人到设计底标高→边喷边提升边旋转→将喷头提出地表清洗及移位。

(3)预应力土层锚杆。锚杆与腰梁组成背拉结构,给支护桩提供支撑力。预应力土层锚杆施工工序为;施工现场准备一→钻机就位→锚杆成孔→锚杆安放→一次常压注浆→二次高压注浆→钢筋混凝土腰梁施工→锚杆张拉锁定。施工现场准备时将锚杆施工段基坑边6m范围内土方挖至设计标高,整平成一平面作为锚杆及腰梁工作面,并在外侧挖出一条深约1.0m.的临时性集水沟,以便于锚杆施工取水及排浆。锚杆成孔采用 YL—3C型全液压锚杆钻机,成孔角度 15°~30°,孔径不小于130mam,孔口部分采用套管护壁,成孔过程中采用泥浆护壁钻进,达到设计深度后应进行清孔。锚杆锚固力与注浆工艺和注浆量密切相关,一般来说,一次常压注浆量约为每延米 10~15L(纯水泥浆,水灰比为0.45~0.5),锚固力较低,采用二次高压注浆工艺,一、二次累计有效注浆量可达 30L/m,锚固力可大为提高。为确保注浆量,本工程采取的措施有∶①钻孔时清孔干净,注浆前用高压泵注水洗孔;②根据不同的地层情况,试验确定最佳的二次高压注浆间隔时间,确保二次高压注浆不从孔口冒浆。经验收试验证明。本工程锚杆质量合格。达到设计锚固力。

六、基坑支护结松监测

(1)基坑支护结构监测内容包括。①预应力土层锚杆拉力变化;②围护桩的桩顶水平位移监测;③临近建(构)筑物的沉降监测。

(2)锚杆拉力监测。为掌握锚杆的拉力变化。在基坊北侧及西侧选取 MGB128 及MGB81两根锚杆安装锚力计(锚力计编号为2509 及 2550)。从锚杆张拉锁定开始至基坑土方开挖至基坑底后6个月进行持续监测,结果锚杆拉力基本维持在锁定荷载附近(变化幅度为 ±10%),表明锚杆受力与设计相符。

(3)基坑桩顶位移及周边沉降监测。观测点布置见图5。不同施工工况典型观测点的观测数据见表3。

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从表3可以看出;在整个水平位移及沉降观测过程中,在基坑西侧的围护桩水平位移7号观测点)最小,而在边长较大的基坑北侧围护桩的位移(3号、22号观测点)及周边转折处的13号观测点的位移比较大,但都在设计允许的范围内,这反映了整个基坑围护结构的设计是合理的。

七、结语

(1)普达广场深基坑支护工程采用钢筋混凝土灌注桩结合土层预应力锚杆及桩间摆喷止水帷幕的支护技术,工程实践证明是成功的,可供类似软弱地层基坑支护借鉴。

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(2)在软弱地层(海积淤泥及淤泥质土)中必须采取有效的措施提高锚杆的每延米抗拔力才能保证土层预应力锚杆技术的成功应用。在普达广场锚杆施工中采用二次高压注浆工艺。将土层与锚固体间的粘结强度值g提高1倍多。所有锚杆承载力均达到设计要求,为土层预应力锚杆技术在软弱地层中的应用积累了经验。

(3)基坑支护结构监测是基坑支护实现信息化施工的关键,也是基坑支护工程中不可忽视的一个环节。