微型钢管桩+喷锚支护方法在黄石某基坑支护中的应用

刘焕然

(湖北省鄂东北地质大队,湖北孝感 432100)

微型钢管桩+喷锚支护方法在黄石某基坑支护中的应用

刘焕然

(湖北省鄂东北地质大队,湖北孝感 432100)

通过对某基坑支护工程设计实例的介绍,阐述在特殊场地条件下进行支护设计应因地制宜,选择合适的方案组合。经实践证明,在狭窄场地采用微型钢管桩+喷锚支护方案是一种行之有效的方法。

微型钢管桩+喷锚支护;方案比选;支护设计

1 工程概况

拟建的黄石某大厦设计由一栋主楼和裙楼组成:主楼为地上18层,附楼为3层商场,均采用框架结构,人工挖孔桩基础,底下为连为一体的一层地下室。拟开挖基坑大致呈矩形,南北向长54 m,东西向宽43.6 m,基坑开挖面积约2 400 m2,基坑周长约200 m。

2 工程地质与水文地质条件

2.1 地形地貌

拟建筑场区位于黄石市流星花园酒店旁,原黄石市物资集团物资仓库内。地貌单元属于长江一级阶地,场地因人工改造、机械推填,地势较为平坦,场地标高位于17.90～18.46 m,最大高差约0.56 m。

2.2 工程地质条件

根据勘察报告,并结合地层形成时代、成因、沉积特征、工程地质性质,场区在勘察深度范围内赋存的地层可分为四个地质单元层,其岩土工程特征分述如下:

①层杂填土(Qml) 灰黑色,灰褐色,湿,土质松散,欠固结,均匀性差,以粘性土为主,夹有大量煤渣及少量碎石、砖块,部分地段为薄层砼,该层全场均有分布。该层层厚1.60～4.2 m。

④层灰岩(T1dy) 青灰色,灰白色,中—微风化状,隐晶质结构,块状构造,岩石节理裂隙较发育,裂隙中多为白色方解石石脉,岩石较破碎。

2.3 水文地质条件

该场地地下水为上层滞水,赋存于上部杂填土中,地下水补给来源为大气降水及地表散水补给,无统一自由水面,水位受周边环境的影响而变化,雨季水位高,旱季水位低,勘察期间测得地下稳定水位埋深为地面以下0.65～1.05 m。

根据场区水质分析,该场地地下水对砼不具腐蚀性,对钢结构不具腐蚀性。

2.4 地层概化及各土层设计参数选取

为便于分析和计算,根据勘察报告绘制“基坑周边地层展开图”,取用ZK3、ZK2、ZK8勘探孔的地层资料分别用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区的基坑支护设计计算。

根据勘察报告,参照湖北省地方标准《深基坑工程技术规定》DB42/159—2004,该场地基坑支护设计参数按表1选取[1]。

表1 基坑支护设计参数表Table 1 Design parameter table of foundation pit support

3 基坑周边环境状况

该基坑地处原黄石市物资集团物资仓库内,除基坑西侧建筑物距坑边较近外,其它各边虽存在建筑物,但具备一定的放坡空间。附近现有构筑物、道路、地下管道等具体情况如下:

基坑西侧地下室轴线距流星花园3层裙楼仅2 m左右,该裙楼基础为天然基础。

基坑西北角地下室轴线距现有9层住宅楼8 m左右,坡肩即为施工围墙,围墙边为现有小区人行通道。

基坑东南角地下室轴线6.5 m处为2层待拆汽车库房。

基坑北北东角约10.0 m处有3层砖混房,距离基坑东北角约5.0 m处为3层砖混房。

综合场地地质条件、基坑开挖深度、环境条件因素,确定该基坑安全等级为二级。

根据建设单位提供的有关资料,设计±0.00=18.60 m。地下室底板面标高为-4.50 m(不含底板及垫层),边承台底标高为-5.60 m(含100 mm厚垫层),边梁底标高按-5.35 m考虑。因周边边桩承台间距较大,可采取跳挖的方式施工,计算深度按各段边梁底考虑。自然地面标高为18.30 m,则基坑实际开挖深度-5.05 m。

根据场地地质条件以及周边环境条件将基坑划分为:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区。基坑重要性等级为二级。

4 设计思想及支护方案比选

4.1 设计思路

基坑支护的原则是:

(1)保证施工安全可靠 保证附近现有建筑物、道路、基坑支护体系的安全。

(2)经济合理 在保证安全施工的前提下,力求经济合理、节约支护工程造价。

(3)保证施工工期 在安全经济的前提下,尽量缩短支护工程施工工期。

4.2 基坑特点分析

(1)该基坑局部受地形条件限制,开挖深度在4.85～5.05 m之间。

(2)该基坑坑壁主要由第①层杂填土和第②层粉质粘土组成。上部杂填土局部厚度较大,内聚力较低,整体稳定性差,这使得基坑坑壁易坍塌,难支护;下部粘土力学性质较好,利于边坡稳定。

(3)该基坑西侧距三层裙楼太近,不足2 m。不仅无放坡空间,机械施工的空间也十分狭窄。

(4)基坑周边无地下管线分布。

4.3 支护方案选择

根据湖北省地方标准DB42/159—2004《深基坑工程技术规定》表6.1.2的推荐,在武汉市深基坑中常用的支护形式有:①自稳放坡;②加筋土重力式挡墙;③水泥土重力式挡墙;④喷锚支护;⑤悬臂排桩;⑥桩锚;⑦内支撑;⑧地下连续墙;⑨围筒。

(1)根据《深基坑工程技术规定》表6.1.2的推荐,如采用自稳放坡,其比例为1∶1～1∶1.5,因该区不具备放坡条件,且基坑开挖较深,没有施工场地,所以“①自稳放坡”不适用。

(2)“②加筋土重力式挡墙”、“③水泥土重力式挡墙”因重点支护地段西侧受场地条件限制,机械设备无法就位。

(3)“④喷锚支护”适用于深度不超过6 m的基坑,适合本基坑大部分具备一定放坡空间的区域。

(4)因本基坑面积较大,采用内支撑,对土方开挖、地下室外墙的施工均有较大的影响,且施工后要拆掉支撑进行换撑,对工期有影响,综合考虑并不经济。

(5)“⑧地下连续墙”可适用于超深基坑,但其造价很高,另外,地下连续墙一般兼用作为地下室外墙,防渗要求较高,与地下室结构的连接处理工艺较复杂,所以不是本基坑的最佳选择。

(6)“⑨围筒”在武汉市的应用不多,经验不足,所以不太适用。

(7)根据多年进行深基坑设计和施工的成功经验,决定尝试采用微型钢管桩+垂直喷锚支护方案。

综合以上分析,结合类似基坑中的成功经验,本深基坑支护设计应采用以下方案:Ⅰ区(AB段)采用微型钢管桩加垂直开挖喷锚支护(局部采用微型钢管桩加角支撑);Ⅱ区(BC、DA段)、Ⅲ区(CD段)采用1∶0.4放坡喷锚支护。

该方案有以下优点:

(1)该基坑局部具有一定放坡空间,因地制宜的采用放坡喷锚方案,经济投入少,安全能够有保证。

(2)在周边环境紧张区域采用微型钢管桩+喷锚支护,能有效防止坡肩土体滑移,避免坡壁失稳,可保证周边建筑物及道路的安全。

(3)工期较短,喷锚及护面随基坑开挖进行,不占用独立的施工工期。

(4)喷锚支护中喷砼面层的密闭性,解决了上部填土层向基坑内渗水的问题,保证了基坑内有一个干燥的作业环境。

(5)灵活合理运用不同的支护方式,因地制宜地采用综合支护方案,则既可确保基坑的安全,也可做到造价经济。

5 基坑支护设计

5.1 Ⅰ区支护设计

Ⅰ区基坑开挖深度5.05 m,支护总长度约为71 m。

该区基坑采用垂直开挖和支护,自然地面标高按18.30 m考虑,边坡开挖前先沿坡肩打入一排竖向微型钢管桩抗滑加固,微型钢管桩顶端施工冠梁,坡面采用喷锚支护,分三层开挖,设置三排预成孔注浆锚杆(如填土层孔隙过大无法预成孔,则采用冲击器打入48/3 mm钢管代替),锚头与钢管桩之间需采用25螺纹钢横向焊接。

微型钢管桩的施工采用最普通的100型工程钻机。该钻机施工占地少,对周围环境扰动小。

经加固设计,边坡整体稳定性安全系数及抗隆起安全系数满足规定要求。

5.2 Ⅱ区支护设计

Ⅱ区基坑开挖深度5.05 m,支护总长度约为70 m。

该区基坑采用一级放坡开挖和支护,自然地面标高按18.30 m考虑,坡面的开挖坡率为1∶0.4,坡面采用喷锚支护。分三层开挖,设置三排预成孔注浆锚杆(如填土层孔隙过大无法预成孔,则采用冲击器打入48/3 mm钢管代替)。

经设计验算,整体稳定性安全系数满足规定要求。

5.3 Ⅲ区支护设计

Ⅲ区基坑开挖深度5.05 m,支护总长度约为60 m。

该区基坑采用一级放坡开挖和支护,自然地面标高按18.10 m考虑,坡面的开挖坡率为1:0.4,坡面采用喷锚支护。分三层开挖,设置三排预成孔注浆锚杆(如填土层孔隙过大无法预成孔,则采用冲击器打入48/3 mm钢管代替)。

经设计验算,整体稳定性安全系数满足规定要求。

6 地下水处理

场区地下水类型为上层滞水。

由于场地上部杂填土直接接受大气降水和地表散水补给,为防止开挖期间上层滞水渗入基坑,造成基坑积水,可采用封堵与疏导相结合的办法处理。

该基坑采用了喷锚支护和护面,因而基坑侧壁的上层滞水已被封堵在基坑外;而该区局部杂填土较厚,为便于其间的上层滞水排泄,在基坑坡面上每隔一定距离应设置导流孔。基坑喷锚施工时,若遇地下水较大,可加大速凝剂用量及提高水泥含量。

基坑开挖期间,对基坑内仍存在的少量滞水,可采用坑内明沟导流集中于集水坑内用潜水泵明排到坑外。

为防止地表水或雨水渗(流)入基坑内,沿基坑四周上口线外应作2.0 m宽地面硬化层,硬化层厚度为100 mm厚C20素砼,硬化层宜作成反坡,反坡坡率0.5%。硬化层外设300 mm×300 mm排水沟,以方便基坑内向外排水。

7 效果分析

(1)通过对开挖后的基坑进行监测,最大位移22 mm,最大沉降<5 mm,基坑周边地面无明显变形,紧邻基坑的建筑物无沉降开裂。

(2)在施工场地狭窄的情况下,采用微型钢管桩+喷锚网支护是一种行之有效的方法。

[1] DB 42/159—2004,湖北省深基坑工程技术规定[S].武汉:湖北省建设厅,2004.

(责任编辑:李 雯)

Application of Min i Steel Tub Piles+Anchorage and Shotcrete Support in Support of a Foundation Pit,Huangshi City

LIU Huangra
(GeologicalB rigade of Northeastern Hubei,X iaogan,Hubei432100)

Based on a description of example on engineering design of foundation pit support,the paper illustrates supporting design suitmeasures to local conditions in special conditions.The right combination is chosen.As a result,mini steel tub piles+anchorage and shotcrete support scheme in narrow space is an effective way.

mini steel tub piles+anchorage and shotcrete support;scheme comparison;supporting design

TU473

A

1671-1211(2010)04-0367-03

2010-01-19;改回日期:2010-03-08

刘焕然(1961-),男,高级工程师,地球物理勘探专业,从事地质找矿、工程地质勘查、基础工程施工、矿业开发等方面的工作。E-mail:liuhuanran6688@163.com