型鋼+可拆卸漿囊袋預(yù)應(yīng)力錨索組合圍護的設(shè)計與施工

浙江中成建工集團有限公司 紹興 312000

1 工程概況

瓜渚·御景園基坑工程位于紹興市柯橋瓜渚湖附近，耶溪路和百舸路交叉口，由多層住宅、排屋及地下室組成。該工程用地面積54 430 m2，總建筑面積113 850 m2?；悠矫嫘螤畛什灰?guī)則長方形，東西為長向?；又荛L約500 m，基坑面積約17 000 m2，開挖深度為5.45 m。

2 工程地質(zhì)情況

基坑開挖深度影響范圍內(nèi)土層主要為：①1層雜填土、①2層粉質(zhì)黏土、②1層粉質(zhì)黏土、②2層黏質(zhì)粉土、③層淤泥質(zhì)黏土?？拥孜挥冖蹖佑倌噘|(zhì)黏土上，該層土厚度不小于8.70 m，土性較差。基坑開挖影響深度內(nèi)地下水主要為孔隙潛水，地下水位埋深較淺，主要接受大氣降水及地表水體的補給，其變幅一般不大于1.50 m，場地地下水穩(wěn)定水位在地表以下0.45～1.10 m。

3 基坑支護設(shè)計

3.1 基坑支護設(shè)計思路

該基坑采用型鋼+漿囊袋預(yù)應(yīng)力錨索組合圍護的結(jié)構(gòu)形式，500 mm×200 mm×10 mm×16 mm的H型鋼與單軸水泥攪拌樁分離，型鋼間距可以根據(jù)受力情況靈活設(shè)置。型鋼主要用來承受彎矩與剪力，φ15.20 mm鋼絞線制作的漿囊袋預(yù)應(yīng)力錨索鎖定型鋼并承擔(dān)拉力，水泥攪拌樁用來止水防滲。具體圍護結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 平面結(jié)構(gòu)示意

圖2 側(cè)面剖視結(jié)構(gòu)示意

基坑開挖至坑底為最不利工況，通過漿囊袋預(yù)應(yīng)力錨索與土體的摩阻力緊緊鎖住型鋼，控制基坑變形并保證整體穩(wěn)定。該圍護結(jié)構(gòu)體系考慮軟土本構(gòu)關(guān)系與結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)，采用理正深基坑軟件和PLAXIS有限元軟件評估開挖過程中的支護體系動態(tài)響應(yīng)、基坑安全性以及環(huán)境影響，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)表明其基坑安全可靠，滿足基坑設(shè)計規(guī)范要求。

3.2 基坑支護特點

1）圍護樁每延米H型鋼自重輕、抗彎性能好且打設(shè)、回收方便。

2）漿囊袋預(yù)應(yīng)力錨索具有成本低、支護效果好、操作簡便、可拆卸回收、占用施工凈空少等優(yōu)點。其施工機械化程度高，質(zhì)量易保證，可提供較大且穩(wěn)定的錨固力。

3）由于基坑內(nèi)部無支撐，機械挖土施工面積大、工作面廣，施工方便、安全，且大幅提高了工作效率、縮短了基坑施工工期。

4）型鋼漿囊袋預(yù)應(yīng)力錨索組合圍護形式環(huán)保效果顯著，不增添地下土體額外垃圾，且在施工中可大大減少取土量和混凝土的使用量，有效保護土地資源。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

開挖導(dǎo)溝→施工止水帷幕→放坡開挖并施工土釘墻→定位型鋼→打設(shè)型鋼→施工漿囊袋預(yù)應(yīng)力錨索→施工冠梁→張拉固定錨索→開挖土方至坑底→施工地下室結(jié)構(gòu)→拆卸錨索→回填基坑土方→拔出型鋼

4.2 施工止水帷幕

4.2.1 施工流程

鉆機就位→攪拌下沉、制漿→攪拌提升→重復(fù)上下攪拌、噴漿→清洗樁機、導(dǎo)管→移位重復(fù)施工

4.2.2 施工要求

1）水泥土攪拌樁采用直徑500 mm的單鉆頭，搭接寬度為150 mm，攪拌樁采用P.O 42.5水泥。水泥摻量為15%，水泥漿的水灰比為0.45，并摻加0.05%的三乙醇胺及0.2%的木質(zhì)素。

2）水泥攪拌機械就位時應(yīng)對中，偏差不得大于20 mm，并且調(diào)整機械的垂直度，偏差不得大于1%樁長。相鄰攪拌樁之間搭接時間不得大于12 h。

3）當(dāng)攪拌頭下沉到設(shè)計深度時，應(yīng)再次檢查并調(diào)整機械的垂直度。采用下沉（或提升）噴漿，提升（或下沉）攪拌各2次，噴漿時提升（或下沉）速度為0.80～1.00 m/min。

4）水泥攪拌樁作為主動區(qū)止水帷幕、被動區(qū)土體加固，應(yīng)充分保證成樁質(zhì)量，且水泥土無側(cè)限抗壓強度不小于0.80 MPa。

4.3 施工型鋼

4.3.1 施工流程

定位放線→吊樁→插樁→錘擊下沉→控制型鋼標(biāo)高→基坑土方回填后拔出型鋼→填實鋼樁孔隙

4.3.2 施工要求

1）型鋼樁的平面布置應(yīng)保證軸線平直順暢，應(yīng)盡可能避免不規(guī)則的轉(zhuǎn)角。

2）型鋼樁使用之前應(yīng)進(jìn)行矯正，彎曲、企口不正等用機械方法或火焰矯正，局部孔洞用焊接修補，端頭矩形比失控時應(yīng)予以切割修正。

3）拔樁前應(yīng)進(jìn)行土方回填，使板樁兩側(cè)土壓力平衡。拔樁設(shè)備要同板樁保持一定距離，以減小板樁受到的側(cè)向壓力。拔樁順序宜與打樁順序相反，拔樁后形成的樁孔應(yīng)及時回填處理（圖3、圖4）。

圖3 打設(shè)型鋼樁

圖4 型鋼樁成型

4.4 施工漿囊袋預(yù)應(yīng)力錨索

4.4.1 施工流程

土方開挖→放樣、鉆機就位→造孔→安裝錨索→注漿→錨索張拉鎖定→基坑完成后拆卸錨索→錨孔封閉

4.4.2 施工要求

1）鉆孔直徑為150 mm，鉆孔深度大于錨桿設(shè)計長度0.50 m。鉆孔孔位誤差垂直向≤50 mm，水平向≤100 mm。

2）錨固段地層為淤泥質(zhì)黏土，具有高含水量、高靈敏度的特點，采用慢轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，盡可能減少鉆進(jìn)過程中對錨固地層的擾動。

3）為防止鉆孔頸縮，鉆具應(yīng)確保氣孔暢通，必要時采用邊拔、邊注泥漿的方法來拔出鉆具。

4）錨索注漿采用水泥漿，水灰比為0.45，孔體注漿的注漿管端部至孔底的距離不宜大于200 mm，在注漿及拔管過程中，注漿管口應(yīng)始終埋入注漿液面內(nèi)。

5）鋼絞線應(yīng)平行、間距均勻，不應(yīng)相互穿繞，避免錨索體插入孔內(nèi)時，鋼絞線在孔內(nèi)彎曲或扭轉(zhuǎn)。鋼絞線不得接長使用，成孔后及時插入桿體并注漿（圖5、圖6）。

圖5 制作漿囊袋錨索

圖6 安放漿囊袋錨索

6）錨索的預(yù)應(yīng)力張拉在注漿、冠梁完成以后，且冠梁和錨索漿體達(dá)到設(shè)計強度方可按方案進(jìn)行有序張拉[1-4]。

4.5 開挖土方及施工地下室結(jié)構(gòu)

1）基坑內(nèi)土方開挖應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范，分層、均勻開挖。挖土次序嚴(yán)格遵循大基坑、小開挖的原則，基坑底標(biāo)高以上300 mm留作保護層，采用人工挖土。

2）開挖至坑底時，混凝土墊層應(yīng)做到隨挖隨澆，無墊層坑底暴露面積不大于150 m2。電梯井、集水井等局部落深區(qū)必須先挖至大面積坑底標(biāo)高，等大面積墊層形成后再向下開挖。

3）及時記錄基坑監(jiān)測原始數(shù)據(jù)，控制和調(diào)整施工進(jìn)度和施工方法，對施工全過程進(jìn)行動態(tài)控制。

5 質(zhì)量控制

1）對每個施工環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，對成孔深度、錨索制作質(zhì)量、水泥漿配合比、注漿飽滿程度、張拉鎖定等進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督檢查。

2）認(rèn)真如實填寫鉆孔、下錨記錄表、注漿記錄表及錨桿的預(yù)應(yīng)力張拉記錄表等原始記錄表格。

3）型鋼樁頂標(biāo)高偏差不大于100 mm，垂直度偏差不大于1%，樁間距偏差不大于50 mm。型鋼樁接長可采用坡口對焊或加魚尾板焊接，相鄰樁的焊縫宜間隔設(shè)置，錯開1.00 m以上。

4）錨索鉆孔深度宜大于錨索設(shè)計長度0.50 m以上，鉆孔軸線水平夾角誤差不得大于5%，孔徑誤差小于5 mm，成孔孔深誤差小于50 mm，成孔位置誤差不得大于100 mm。

5）錨索錨固段的長度允許偏差為±200 mm，自由段內(nèi)的套管長度允許偏差為±200 mm。

6）錨索分別用20 kN、50 kN二級荷載進(jìn)行張拉，在正式張拉前先施加20 kN荷載進(jìn)行預(yù)張拉，預(yù)張拉后卸荷到零再正式張拉， 張拉至50 kN后鎖定。

6 基坑監(jiān)測成果

基坑監(jiān)測結(jié)果是基坑施工過程中結(jié)構(gòu)與土層相互作用的真實反映，是各種復(fù)雜因素影響下基坑系統(tǒng)的綜合體現(xiàn)。本工程按基坑開挖順序?qū)ν馏w水平位移、地面沉降及地下水位等項目進(jìn)行監(jiān)測。

1）深層土體的水平位移。當(dāng)開挖至坑底時，由于預(yù)應(yīng)力錨索和坑底土嵌固作用這兩方面的約束，型鋼樁呈簡支狀態(tài)，變形在坑底附近側(cè)移最大，為36 mm；底板傳力帶施工完畢并回填部分土后拆除預(yù)應(yīng)力錨索，型鋼樁呈懸臂狀態(tài)，樁頂側(cè)移最大，為23 mm。從空間分布上看，基坑形狀為狹長形，在長邊方向中部土體所受約束力最小，水平位移比其他測點要大。相鄰測點位移差值最大為5 mm，最大位移值在控制范圍內(nèi)。

2）地面沉降。本工程基坑型鋼樁插入深度到位時的坑底塑性隆起量比較小，且施工速度比較快、暴露時間短，基坑被動承壓區(qū)土體流變的速率和幅度都比較小，減少了墻體被動壓力區(qū)的土體位移和墻外土體向坑內(nèi)的位移，因而地表沉降最大為20 mm。

3）地下水位。本工程采用單軸水泥攪拌樁作為止水帷幕，插入不透水層，坑外地下水位變化在300 mm以內(nèi)。

7 效益分析

1）型鋼+可拆卸漿囊袋預(yù)應(yīng)力錨索組合圍護與工法樁不同的是型鋼與水泥攪拌樁分離，型鋼外止水帷幕采用單軸水泥攪拌樁且長度較短，相對于三軸攪拌樁費用便宜不少，且型鋼間距可以根據(jù)受力情況靈活設(shè)置；與剛度相近的拉森鋼板樁相比，每延米自重大幅度降低，型鋼與止水帷幕的聯(lián)合費用也比拉森鋼板樁的費用低一些[5,6]。

2）在保證同樣拉拔力的前提下，拉錨體選擇漿囊袋錨索比鋼筋或鋼絞線等介質(zhì)的長度要短，且可以拆卸、重復(fù)利用，能節(jié)省不少費用。如表1、表2所示。

經(jīng)對比分析，方案三造價最便宜，方案一與方案二比較接近。與最高價相比，型鋼+可拆卸漿囊袋預(yù)應(yīng)力錨索組合圍護可節(jié)約42.00萬元人民幣，降低費用約14.2%。

表1 支護結(jié)構(gòu)形式

表2 造價比照