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1、超大超深基坑工程止水帷幕及支护设计与施工段英丽( 中铁十六局集团北京工程有限公司，北京100018)摘要燕翔饭店改扩建工程地处商业繁华地带，为超大超深基坑。基坑四周距离市政道路较近，重型车辆通过时的震动对基坑边坡的稳定性影响较大; 深基坑南侧距离海润国际公寓高层 12m，且紧挨锅炉房，确保深基坑边坡的 安全是本工程的一大重点。详细地介绍了基坑止水帷幕和护坡桩设计及施工技术。科学组织、精心施工确保了基 坑工程施工的质量、安全，为主体结构的顺利施工提供了保障。关键词深基坑; 止水帷幕; 支护; 设计; 施工技术中图分类号TU472文献标识码A文章编号1002-8498( 2013) S1-0063
2、-05Design and Construction of Waterproof Curtain and Support ofOversized Deep Foundation Excavation EngineeringDuan Yingli( China ailway 16 Bureau Beijing Project Co ，Ltd ，Beijing 100018，China)Abstract: Expansion project of Yanxiang hotel was located in the bustling commercial area，which belongs to
3、the oversized deep foundation excavation Because the municipal roads was close to foundation excavation，the vibration causing by heavy vehicles passing greatly influenced on the excavation slope stability，and ensuring the safety of deep foundation excavation slope was a major focus of this project b
4、ecause the south side of deep Foundation excavation was 12 meters far from Hairun high International Apartment and close to the boiler room This paper introduced in detail design and construction of water- proof curtain and slope protection pile of the foundation excavation The scientific organizati
5、ons and well construction to en- sure the quality and safety of excavation works provide a guarantee for the smooth construction of the main structureKey words: deep foundation excavation; waterproof curtain;supports; design; construction1工程概况北京市燕翔饭店改扩建工程位于北京市朝阳区将 台路，总建筑面积 166 293 2m2 ，其中地下 57 527 2
6、m2 。 现浇钢筋混凝土框架结构，地下 4 层，地上诺金饭店 28 层，地上首旅大厦 25 层，主搂内设核心筒结构，采用筏 板基础。本工程基坑长约 181 8m，宽约 97 5m，基坑面积17 725 5m2 ; 由于功能分区不同，基坑开挖深度有所不 同，基底标高最深 20 57m。2场地岩土工程条件2 2水文地质条件2 2 1地下水类型及埋藏条件根据岩土工程勘察报告，钻孔中实测到 4 层地下 水，具体是: 水位埋深 7 10 7 50m 为层间水; 22 00 22 70m 为层间水; 25 60 29 30m 为承压水; 42 30m为承压水。场地周边环境条件2 2 2场区东北侧为将台路，
7、东南侧紧邻海润国际公寓，西南侧靠近丽都花园，西北侧正对丽都假日饭店，基坑 东、北、西侧均为城市小型道路，道路距离基坑开挖线 在 10m 之外。基坑南侧东段邻近一排建筑，其中海润国际公寓 ( 28 层) 及其地下车库距离基坑最近处约为 12m; 基坑 南侧车库弧顶距离海润公寓锅炉房围墙仅 1 6m。工程地质条件北京市地层岩性自西向东由碎石土、砂土渐变至以 黏性土、粉土为主的交互地层。该工程按成因年代可划 分为人工堆积层和第四纪沉积层两大类。由上到下依 次为房渣土、碎石填土、粉质黏土素填土、黏质粉土、粉 质黏土、重粉质黏土、粉砂、细砂、中砂、有机质重粉质黏 土、有机质黏土、砂质粉土、重粉质黏土、细
8、砂等。2 13基坑止水帷幕、支护设计方案3 1止水帷幕设计本工程止水帷幕采用护坡桩 + 桩间高压旋喷桩止 水帷幕桩的布置方式，其中二重管高压旋喷桩布置在 基坑南侧，其余部分采用三重管高压旋喷桩，不同工艺 的帷幕桩，基坑帷幕，支护平面布置如图 1 所示。作者简介 段英丽，副总经理，总工程师，E-mail: duanyingli1969 126 com收稿日期2013-08-06施工技术2013 增刊64图 1 基坑帷幕、支护平面布置帷幕桩设计参数如下: 桩位 桩轴线位于护坡 桩轴线外 150mm，置于 2 个护坡桩中间( 具体见支护结 构平面布置图 2，个别护坡桩桩由于间距较大桩间布 置 2 根
9、帷幕桩) ; 桩径 900mm; 桩间距 1 400mm; 桩顶 标高为地表下 6 0m; 桩底标高为进入基底下 1 0m; 有 效帷幕体桩长 13 7 15 6m。图 3 AA 基坑边坡支护设计剖面及支护大样程JGJ1202012。内力及位移采用 m 法计算，共计算5 个工况，全部工况下的最大内力位移如下: 最大桩 ( 墙) 顶 部 位 移 为 24 56mm; 最 大 桩 ( 墙 ) 位 移 为35 96mm; 最大正弯矩为 797 30kNm; 最大负弯矩为 570 20kNm; 最大正剪力为 460 40kN; 最大负剪力 为 402 10kN。桩配筋计算如下。1) 配筋参数桩按均匀方
10、式配筋。受拉钢筋圆心角为 120，受压钢筋圆心角为 90; 混凝土强度等级为 C25，弯曲抗压强度为 13 5MPa; 钢 筋级别为 HB400 级，强度设计值为 360MPa; 桩直径 为 800mm，混 凝 土 保 护 层 厚 50mm; 螺 旋 筋 级 别 为 HB335 级，6 200; 加 强 筋 级 别 为 HB335 级，16 2 000。2) 内力参数正弯矩 计 算 值 为 797kN m，弯矩放大系数为 0 85，故正弯矩设计值 = 797 0 85 = 678kNm。负弯矩 计 算 值 为 570kN m，弯矩放大系数为 0 85，故负弯矩设计值 = 570 0 85 =
11、485kNm。轴力设计值为 0; 剪力设计值为 460kN。3) 配筋计算分别按最大正负弯矩计算配筋，取钢筋面积的最 大值并满足 0 2% 的最小配筋率经计算，钢筋根数为 17，桩的抗剪一般不必计算。图 2 支护结构平面布置3 2基坑内疏干井设计抽水井孔径 600mm，井间距约 20 0m 20 0m， 抽水井深度 23 0m。井管为 400mm 的水泥砾石滤水 管; 井管外填入碎石滤料，砂层部位填入直径为 2 4mm 的砾石。3 3支护设计本项目场地土层由砂性土与黏土交互组成，含有 机质，力学性质差，地下水埋深较浅。现场十分有限， 无放坡空间。鉴于本工程的场地条件、基坑的使用要 求及工程重要
12、性，基坑支护整体上均采用桩锚支护的 形式。根据基坑周边环境及深度的不同，基坑边坡划分 为 A、B、C、D、E 5 个剖面，各个剖面护坡桩桩顶均置于 地表，各个剖面桩锚支护结构形式不同，具体的支护形 式如图 3 所示。支护设计计算( 以基坑 AA 剖面为例)土压力和桩配筋计算依据建筑基坑支护技术规3 42013 增刊段英丽: 超大超深基坑工程止水帷幕及支护设计与施工65质粉土层，基坑支护结构的锚拉部分会延伸进入该土层。技术处理不当，不仅会涉及自身拉锚结构的强度 问题，也会直接扰动临近建筑基底持力土层的岩性，降 低基底持力土层的强度，直接加大临近建筑的沉降，进 而影响临近建筑物的安全。4) 水文条
13、件复杂 勘察报告表明，建设场区基坑 开挖深度范围内涉及两层地下水，第 1 层静止水位埋 深 7 10 7 50m，其类型为层间水; 第 2 层静止水位埋 深 22 00 22 70m，其类型为层间水，赋存于基底以下 细砂层。根据上述重难点，设计施工时采取如下措施。对基坑深度不同地段、周边环境不同地段，设计采 用相应的技术措施: 临近建筑物的地段，控制锚拉部分 的设计、施工质量，尽量降低对临近建筑基底持力土层 的扰动，并适当增加锚拉结构整体刚度，增强自身支护 结构的整体稳定性，有效控制边坡变形。对部分位于 建筑物基础下部的锚拉体，在钻孔设备和施工工艺上， 采用“英格索兰”带套管锚杆钻机成孔并采用
14、隔孔跳 打、劈裂注浆、合理控制锚杆注浆和拔套管时间等控制 措施，把对临近建筑物的不利影响降到最低。另外，做好信息化监测，确切掌握基坑变形发展情 况，施工时设置基坑位移观测点，将安全隐患消灭在初 始状态。4止水帷幕及支护重难点分析及措施4 1 止水帷幕重难点分析及措施本工程基坑面积较大，深度较深，止水帷幕工程量 大，且随着基坑深度的增大，基坑下部的水压力也逐渐 增大，对止水帷幕施工质量的保证造成了不利的影响。1) 止水 帷幕施工工艺客观上的 缺 点: 不 能100% 保证紧密咬合，未咬合部位就会出现局部渗漏的 情况。如果采用的帷幕工艺不当，随着基坑深度的 增加，帷幕桩会出现不同程度的缩颈。措施:
15、 首先，严格控制护坡桩间距，为帷幕桩施工 创造有利条件; 其次，帷幕桩采用高压旋喷施工工艺， 可以杜绝缩颈问题; 第三，严格控制水泥浆施工参数和 旋喷注浆压力，可有效保证与护坡桩的接触面积，防止 坑壁漏水，另外，在基坑内部增设一定数量的疏干井， 在基坑外围设置一定数量的减压井、观测井作为有效 的预防措施。2) 由于选择了止水帷幕工艺，控制了基坑外部的 地下水不影响基坑内施工，可是基坑的内部的地下水 依然存在，需要处理; 另外，基坑开挖后，有可能局部范 围内基坑外水头压力过大，会引起支护结构的失稳。 所以，必须考虑适当的堵漏、减压等措施，保证基坑的 稳定性，保证干槽作业。措施: 在基坑内部增设一
16、定数量的疏干井，将区域 内残余的地下水抽除，同时，在基坑外围设置观测井， 随时掌握地下水位的变化情况，如有需要立即启用减 压井，降低基坑周边的水头压力。3) 锚杆施工对止水帷幕的影响。帷幕范围内的锚 杆施工过程中需要在止水帷幕上钻一个孔，帷幕后面 的地下水会由锚杆孔流入基坑。措施: 锚杆注浆达到初凝后，用黏土球及时封孔， 必要时加入水玻璃或其他速凝材料，封孔厚度满足防 渗的要求。5施工总体安排5 1第 1 阶段 护坡桩、帷幕桩、冠梁及疏干井施工分段施工护坡桩、帷幕桩和冠梁，护坡桩中间的帷 幕桩施工需要在护坡桩施工完成 5d 后进行; 护坡桩、 帷幕桩施工完成后即刻进行冠梁施工。第 2 阶段 第
17、 1 道锚杆施工及养护、张拉，第 15 2步土方开挖( 4 5 5 5m)土方开挖的整个过程应按照优先进行基坑周边的开挖的原则进行，为锚杆的施工提供工作面。此阶段可与第 1 阶段交叉进行，护坡桩、帷幕桩和 冠梁施工均完成一段后，即进行该段开挖，开挖至第 1 道锚杆的标高( 4 5 5 5m) ，进行第 1 道锚杆施 工。本阶段施工也与第 3 阶段有交叉进行，锚杆张拉 合格后开挖该部位的土方至第 2 道锚杆的设计标高。 锚杆施工养护足够的时间后方可进行张拉，锚杆张拉合格后可进行下一步土方的开挖。锚杆施工的同 时土方可进行基坑中心区的土方挖运，土方马道位于 北坡。4 2支护重难点分析及措施1) 基
18、 坑 边 坡 深 度 大，支 护 距 离 长 ( 基 坑 周 长 约570m) ，使用时间长( 约 1 年) ，临时性的基坑支护工程面临较大挑战。假若支护处理不当，边坡的局部失稳 就会造成边坡的整体失稳，从而造成整体支护结构的 破坏。2) 周边环境条件复杂 本工程场地处于城市商业 繁华地带。基坑南侧临近海润国际公寓，其余四周均 为市政道路，场地支护施工空间较小，且基坑四周埋设 多条地下管线。为后期施工考虑，对基坑四周的超载 提出了较高的要求，超载值在 30 40kPa，且超载距离 基坑边线近。第 3 阶段 第 2 道锚杆施工及养护、张拉，第 25 3步土方开挖( 8 5 9 5m)本阶段施工与
19、第 4 阶段有交叉进行，锚杆张拉合格后开挖该部位的土方至第 3 道锚杆的设计标高，锚 杆施工的同时进行基坑中心土方收土，土方马道位于 北坡。此步加快施工东坡马道位置的第 3，4 道锚杆，3) 土层 条 件 差场 区 杂 填 土 层 厚 度 达 2 50 3 50m，填土固结尚未完成，对基坑施工及基坑安全造成不利影响。地表下 7 0m 即为地下水极为丰富的砂施工技术2013 增刊66施工后将该处回填，以为将北坡马道移至东坡做准备。5 4第 4 阶段 第 3 道锚杆施工及养护、张拉，第 3步土方开挖( 12 5 13 5m)本阶段施工与第 5 阶段有交叉进行，锚杆张拉合 格后开挖该部位的土方至第
20、4 道锚杆的设计标高，锚 杆施工的同时进行基坑中心土方收土，将马道改至东 坡，补做北坡处的第 1 道、第 2 道锚杆。5 5第 5 阶段 第 4 道锚杆施工及养护、张拉，第 4步土方开挖( 16 17 5m)本阶段施工与第 6 阶段有交叉进行，锚杆张拉合 格后开挖该部位的土方至基础桩或锚杆施工保护层顶 标高，锚杆施工的同时进行基坑中心土方收土，土方马 道位于东坡。或用模板支平。冠梁使用 C25 混凝土，浇注完毕后注意养护。6 2止水帷幕高压旋喷桩施工本工程在基坑四周两护坡桩之间采用止水帷幕桩 以阻隔地下水，帷幕桩位于护坡桩后 15cm，在同一轴 线上，定位偏差50mm。采用三重管高压旋喷桩施工
21、 方法。6 2 1施工参数空气压力: 0 5 0 7MPa，0 8 1 0m3 / min; 浆液压力: 0 3 1 0MPa，70 80L / min; 水 压 力: 3035MPa，60 70L / min; 提升速度: 10 20cm / min; 水灰比: 1 1; 水泥用量 450kg / m。施工工序6 2 2第 6 阶段 第 5 步土方开挖( 基础桩或锚杆施工保护层顶标高)本阶段的土方开挖应按照结构施工的流水顺序， 优先开挖基础桩施工的部位，提供基础桩施工的作业 面，各个部位土方开挖至打桩、人工清槽的工作面，并 预留好打桩、清土的马道，支护跟进做护坡桩桩间土的 支护。基础桩施工完
22、毕后，收基坑最后的马道。6主要分项施工工艺及操作要点6 1护坡桩施工5 6定位放线钻孔下喷射管制浆喷射提升回灌冲洗。施工操作要点6 2 31) 定位放线 按设计要求放线定孔位，反复丈量孔距，每孔误差5cm，用钢筋固定，并准确测量孔口 地面高程。2) 钻孔 采用 XXY-100 型钻机钻进，泥浆护壁， 钻进过程中，须随时注意观察钻机的工作情况，钻孔不 垂直度控制在 0 5% 范围内。3) 下喷射管 将高喷台车移至孔口，先进行地面 试喷以调整喷射压力，为防止水、气嘴堵塞，下管前可 用胶布包扎，下喷射管要下到喷射深度。4) 制浆 按设计要求制备浆液，并进行抽检。5) 喷射提升 喷射管下到设计深度，开
23、始送入符 合要求的水、气、浆，待浆液冒出孔口后，即按设计的提 升速度，自下而上开始喷射、旋转、提升，直到设计的终 喷高度停喷，并提出喷射管。喷射过程中严格控制各 个管的压力满足施工参数的要求。6) 回灌 喷射灌浆结束后，应利用水泥浆进行回 灌 ，直到孔内浆液面不下沉为止。7) 冲洗 喷射结束后，应及时将管路冲洗干净，以 防堵塞。施工工序6 1 1放桩位线 钢筋笼制作、验收 钻机就位 技术人员复测成孔清孔验孔下钢筋笼灌注混凝 土冠梁施工。6 1 2施工操作要点1) 钢筋笼制作 护坡桩的主筋采用焊接，单面焊长度为 10d，双面焊长度为 5d，钢筋笼同一截面受拉钢筋 搭接数量不得超过 50% 。焊缝
24、应饱满、表面平整，厚度、 宽度满足规程要求，焊条采用 E5003 焊条。钢筋笼以 10 个为一个验收批，请监理工程师检验合格后，搬运至指 定场地码放，为防止变形，不得多层堆叠码放。2) 灌注混凝土 采用“水下灌注”工艺。吊放固定 钢筋笼完毕，根据孔深吊放钢导管，导管下放至距孔底0 30 0 50m。浇注过程中，若需拔管，须严格控制每次 上拔 导 管 的 长 度，保 证 导 管 埋 入 混 凝 土 中 的 深 度2 0m。混凝土灌注至桩顶以上 50cm，保证桩顶质量。 采用 C25 的混凝土，要求坍落度 18 22cm。混凝 土采用商品混凝土。成孔后的桩应尽快浇筑，而且当 天成孔当天浇完，严禁成
25、孔后灌注时间间隔超过 24h。3) 冠梁施工 在进行冠梁施工之前，应按设计要 求标高对桩顶进行量测，凡标高超出要求在 10cm 以外 的灌注桩必须凿桩头，要求凿出的桩头平整。凿桩头工作完毕后，开始进行冠梁施工。冠梁施 工分段进行，直接在土中挖槽做模具。施工中要求放 线准确，模深一致，模壁平直，有塌土处，可用灰土抹平锚杆施工采用英格索兰钻机或螺旋锚杆钻机。6 3 1施工工序钻机就位 成孔 杆体制作、检验及放置 注浆 ( 检验浆液配比) 养护( 达到 M15 ) 制作、检验、安 装腰梁锚杆验收试验张拉锁定。6 3施工操作要点6 3 21) 钻孔定位 锚杆位置应准确放点，每间隔 10m设一控制点，保
26、证锚杆在同一标高线上。2) 成孔 采用锚杆钻机进行成孔作业，钻孔孔径130 150mm。钻机就位，要求钻杆垂直于边坡坡面， 钻头对准孔位点。锚杆开钻前，应进行试钻，观察成孔2013 增刊段英丽: 超大超深基坑工程止水帷幕及支护设计与施工67离开边坡坡脚不应小于 0 3m，排水沟内填筑碎石。排水沟底面应比挖土面低 0 3 0 4m，集水井底面应比 沟底面低 0 5m 以上。效果。3) 杆体制作、检验及放置锚杆杆体按设计要求采用 15 的普通低松弛钢绞线，杆体应事先检查有无铁锈油污等，否则应除锈、去油污。下料长度误差50mm。钢绞线上每隔 1 5m 设置 1 个隔离架，同时利 用隔离架作为杆体导向
27、器。杆体保护层不小于 20mm。 锚杆自由段使用塑料管包裹，与锚固段相交处的塑料 管口应用铅丝绑紧密封。锚杆钻孔完成后，立即放置 杆体。堵漏措施基坑开挖后，如出现局部缝隙渗漏，先疏后堵，即 在渗漏处预埋导流水管，将渗漏出来的水疏导出去; 然 后在缝隙间使用瞬凝混凝土封堵，待混凝土达到一定 强度后，最后封堵导流管。而以水泥土材料为主体的围护结构( 旋喷桩) 出 现局部渗漏。由于水泥土的强度低、胶结性能差，使用 上述瞬凝混凝土加导流管堵漏法，堵漏难度较大。为 此，采用疏堵结合的物理“膨胀材料堵漏法”，效果较 好。7 24) 注浆采用高压专用注浆泵。浆液采用水灰比0 50 0 55 的素水泥浆，现场
28、边搅拌边灌注，必要时可加入一定量的外加剂( 如膨胀剂、早强剂) 。注浆时 孔口端部应进行封口。5) 制作、检验、安装腰梁 腰梁的焊接要保证焊缝 的质量，锚杆施工完毕后，进行腰梁安装，腰梁安装前 要确定好腰梁的型号。对于工字钢组合钢梁，应控制 钢梁截面形心高度与锚杆高度对应。6) 锚杆验收试验 锚杆注浆后浆体强度达到 M15以上后( 经验值为养护 14d 左右) ，按设计要求，选取5% 的锚杆进行验收试验。发现异常情况，尽快采取措 施进行处理。7) 锚杆张拉 锚杆注浆后养护 14d 左右，经验收 试验合格后，进行集中统一张拉施工。锚杆锚头部位 设置台座，其承压面平整且与锚杆的轴线方向垂直。7 3
29、管涌处理措施7 3 1降水减压通过基坑外降水，减小水压力差，可以消除管涌危 害。在管涌发生部位对应基坑外侧设置井点降水，经 抽排该段地下水位降低，切断管涌水力供应，管涌将逐 渐减弱。7 3 2滤水围井在管涌口处用编织袋或麻袋装土抢筑围井，井内 同步铺填反滤料，从而制止涌水带砂。7 3 3注浆注浆封堵是采用水泥浆和水玻璃溶液按一定的配 比施加固定的压力注入地下原有“管涌”形成的空洞 中和土中的孔隙中，增强旋流池周边土和围护结构的 抗地下水渗透能力。当发现槽底有发生管涌的先兆 时，可采取回填土方，在基坑护坡桩间斜向注浆的方式 予以处理。基坑漏水处理疏排措施1) 坡面明排导水若在开挖过程中出现潜水，
30、可在潜水层设置潜水77 1排水管，采取明排措施，用排水管引流坡面以外排至基底排水沟，经集水井集中抽排。导水管采用 25mm 塑 料花管，外面包裹棉丝。排水管伸入土中 0 6m，外露300mm。排水管和排水孔之间用碎石滤料或粗砂填 充，外口用黏土封堵。具体如图 4 所示。结语介绍了超大超深基坑止水帷幕及支护的设计及施 工技术。截止 2013 年 6 月，地下 4 层已全部完工，主 体结构施工至 12 层以上，科学组织，精心施工，在质 量、安全、进度方面均满足工程的要求，未发生一起质 量、安全事件，取得了良好的社会和经济效益。 参考文献:81中国建筑科学研究院 GB500072011 建筑地基基础
31、设计规范S 北京: 中国建筑工业出版社，20112 中国建筑科学研究院 JGJ1202012 建筑基坑支护技术规程S 北京: 中国建筑工业出版社，20123456丁梧秀 地基与基础M 郑州: 郑州大学出版社，2011肖仁成，俞晓 土力学M 北京: 北京大学出版社，2006 王协群，章宝华 基础工程M 北京: 北京大学出版社，2006 肖明和，王渊辉，张毅 地基与基础M 北京: 北京大学出版 社，2009GB502022002 建筑地基基础工程施工质量验收规范( 2008版) S 北京: 中国计划出版社，2008图 4 坡面明排示意2) 坑内沟槽明排为将坑壁渗水及时排出基坑之外，须在槽底沿基 坑边线内侧设置临时排水沟及集水井，排水沟和集水 井 宜布置在建筑基础边净距0 4 m以上，排水沟边缘7 （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）