某大廈深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案比選及施工工藝

工程概況擬建成都XX大廈位于成都市羊市街西延線吉祥街和長順街的交角處,總建筑面積約21000m2,建筑物高達(dá)99.3m,局部高達(dá)106.2m,屬于超高層建筑,上部結(jié)構(gòu)為框筒式結(jié)構(gòu),地基基礎(chǔ)為板筏式基礎(chǔ)。.該大廈地上28層.地下3層,基坑埋深為7.2m,而電梯埋深達(dá)15.4m,此基坑屬于深基坑。XX大廈的施工場地較小。大廈北鄰長順街,基坑距路邊5m,該側(cè)鋪設(shè)有城市排水管線;大廈對面XX大廈地上22層是幢高層建筑,距基坑邊約25m;基坑西側(cè)是一棟五層住宅樓,基坑邊距路約2m,局部地方已與住宅樓相接；東側(cè)臨進(jìn)吉祥街，基坑邊距路約7m，該側(cè)鋪設(shè)有城市派水管線,南側(cè)建有兩層簡易工棚,距基坑約2?；悠矫婧唸D見圖1-1所示。地質(zhì)概況工程地質(zhì)情況根據(jù)冶金部西南勘察工程總公司二公司提供的地質(zhì)勘察報告，該建筑范圍的地基底層主要為岷江I級沖積階地，地基地層自上而下詳見圖1-2所示。該場地大地構(gòu)造為于西褶皺帶的成都拗陷。西以龍們山，東以龍泉斷裂為界，與成都平原一致。場地內(nèi)無明顯斷裂通過，周邊無明顯活動痕跡，故場子地處于相對穩(wěn)定地塊，宜于建筑。地層結(jié)構(gòu)根據(jù)場地內(nèi)勘探鉆孔揭露情況知場地地層結(jié)構(gòu)式由上至下為：雜填土、素填土、粉質(zhì)粘土、粉土、卵石及基巖等，現(xiàn)分述如下：（1）雜填土：灰色主要為磚、瓦塊建筑垃圾，厚0~3.7m。（2）素填土：灰——褐黃，可塑分布不連續(xù)，以粉質(zhì)粘土為主。（3）粉質(zhì)粘土（）：灰黃色，可塑——硬塑、稍濕、含鐵錳質(zhì)結(jié)核，厚0.7—1.5m場地內(nèi)均有分布。（4）粉土（）：在剖面上屬第五巖性層，可分幾個小層，分述如下：A、卵石：層頂部，局部分布有薄層細(xì)砂層，灰褐色，含漂石。B、礫石：埋深一般7——9.5m范圍內(nèi)普通分布，厚0.5——1.5m，呈灰褐色，較松散，卵石及圓礫磨圓度較好，中等風(fēng)化。C、稍密卵石：主要分布于12m以上的地層中，厚0~3m，夾有圓礫層透鏡體。本層卵石粒徑多為2~8cm，含量50~60%，充填細(xì)沙，礫石呈中等風(fēng)化，磨圓度較好，呈次圓——圓狀，成分多為花崗石等火成巖石。D、中密卵石：分布廣、厚度大，主要分布于12m以下埋地層中，上部也有分布。于密實(shí)卵石層互層。卵石含量60~70%，充填物為細(xì)砂，卵石磨圓度好，粒徑多為2~8cm，少量大于8cm，呈中等風(fēng)化，成分以花崗石為主。E、密實(shí)卵石：主要分布于卵石層下部，在頂部見少量分布，該卵石層厚度大，力學(xué)性質(zhì)好，卵石含量大于70%，填有10%左右細(xì)砂，卵石粒徑以5~10cm為主，大于10cm的卵石約占20%，卵石成分以花崗巖為主，呈次圓面積——圓狀，中等風(fēng)化，局部夾有中密卵石層，多呈透鏡體狀。深部偶夾稍密卵石及細(xì)砂薄層透鏡體。F、基巖：為泥巖，粉沙質(zhì)混巖，紫紅色，厚層狀表層強(qiáng)風(fēng)化。3.水文地質(zhì)情況場地由于卵石層厚度大，滲透性好，是良好的含水層，下臥層泥巖為相對隔水層，場地內(nèi)主要為第四系孔隙水層，潛水受大氣降水影響及岷江徑流補(bǔ)給地下水位，埋深約7m，變幅1.8~2.5m，地下水滲透系數(shù)15~20m3/d?？傮w來說，本工程場地土層情況良好，為中硬場地土，屬于II級建筑場地。設(shè)計(jì)依據(jù)該基坑工程主樓部分開挖深度為14.2m，裙樓部分為7.2m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)不是主體結(jié)構(gòu)的一部分，故基坑工程等級可定為二級。工程地質(zhì)勘測資料（1）根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告提供，采用如下的參數(shù)：雜填土：厚h=2.0mc=0粉粘土：厚卵石：（2）超載：緊鄰建筑物段落：道路側(cè)：含水層厚17.0m，滲透系數(shù)。深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案比選及施工工藝一、方案比選（一）懸臂式鋼板樁：懸臂式鋼板樁要求土中要有足夠的深度，以使樁板成行作為寬懸臂梁來支撐疏浚線以上的側(cè)向土壓力這類墻因懸臂作用使其側(cè)向饒度將相當(dāng)大。墻前侵蝕和沖刷，即疏浚線下降，應(yīng)加以控制，因墻的穩(wěn)定性主要依賴于墻前的土產(chǎn)生的壓力。懸臂式鋼板樁的工藝原理1.錘擊打入帶鎖口的鋼板樁，使之在基坑四周閉合，并保證水平、垂直和抗?jié)B質(zhì)量。2.鋼板樁作為懸臂式、坑內(nèi)支撐、上部拉錨等支護(hù)方式，作為在土方開挖和基礎(chǔ)施工時抵抗板樁背后的水、土壓力，達(dá)到基坑內(nèi)外穩(wěn)定。3.鋼板樁的形式有U型、Z型及直腹板等，常用的U型咬口式。懸臂式鋼板樁的施工方法鋼板樁修整。安裝圍檁（單圍，雙圍）支架。打設(shè)鋼板樁。使鋼板樁軸線封閉合攏。懸臂式鋼板樁的優(yōu)點(diǎn)：它能承受在硬層或含石塊土中打入時產(chǎn)生的高的應(yīng)力。重量相對較輕?？梢灾貜?fù)應(yīng)用多次。作適當(dāng)防護(hù)后無論在水下或是在水上都有較長的使用壽命。便于用焊接或柳接接長。當(dāng)接口充滿土和石子打樁時，接頭變形很小。腹板成拱形和Z形的樁用于抵抗大的彎矩。懸臂式鋼板樁的缺點(diǎn)鋼板樁一次性投資大?？梢园纬觯貜?fù)使用，僅出攤銷費(fèi)，故費(fèi)用較省。但如不拔出或不拔，則造成很大浪費(fèi)。打樁時易于傾斜，要使全部鋼板樁無誤的封閉合攏，有些困難，但已有辦法。鋼板樁剛度較其它樁的剛度小。錘擊鋼板樁時有噪音、振動、擾民。懸臂式鋼板樁的適用范圍適用于軟土、淤泥質(zhì)土及地下水多的地區(qū)，易于施工。難于打入密砂及硬黏土中。鋼板樁間的咬合不好（必須保證咬合），就易滲水，涌砂。懸臂式鋼板樁示意圖：(二)預(yù)制混凝土板樁：適用于基坑教淺，一般小于7米時用預(yù)制混凝土板樁。利用軟土和水泥樁之間的作用形成一定強(qiáng)度的樁墻。特點(diǎn)：1.水泥用量少。2.減少沉降量，提高邊坡穩(wěn)定。3.防止地下水滲透。4.節(jié)省費(fèi)用。(三)懸臂灌注樁：懸臂灌注樁是混凝土的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，用來把地表的荷載傳遞到土體中的較深處。荷載傳遞可以通過荷載沿樁身豎向分布或通過樁尖使荷載直接作用到下面的土體中。懸臂灌注樁的施工工藝：一根灌注樁是先在地基中鉆孔然后用混凝土填充而成的。這個孔可以是鉆孔，但更多的是在地基中打入一個外殼或套管來成孔。套管內(nèi)先插入芯棒，待芯棒抽出后套管就空了。套管底部也可以帶一個樁尖打入，接著就可用混凝土填入套管。套管也可以先開口打入，等套管打完后就射水排出殘留在套管中的土。懸臂灌注樁的施工方法：1.護(hù)筒埋設(shè)成孔時孔口應(yīng)埋設(shè)護(hù)筒，護(hù)筒一般可用可用4-8mm鋼板制作，其內(nèi)徑應(yīng)大于鉆孔直徑100mm，上部宜開設(shè)1-2個溢漿口。護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、垂直、四周應(yīng)用土夯實(shí)，護(hù)筒中心線與樁位中心的偏差不得大于30mm。護(hù)筒的埋設(shè)深度在粘性土中不宜小于1.0m，在砂性土中不宜小于1.5m，其高度尚應(yīng)滿足泥漿面高度的要求。如有特殊要求，護(hù)筒的制作、埋設(shè)應(yīng)符合工程要求。2.鉆機(jī)就位必須穩(wěn)固，周正、水平、確?！叭c(diǎn)一線”。鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤中心與樁位中心誤差不大于20mm。3.成孔前應(yīng)對鉆頭，、鉆桿用鋼尺丈量其直徑與長度，鉆頭直徑一般不應(yīng)小于設(shè)計(jì)孔徑，鉆桿長度誤差小于1.5%。護(hù)筒底部鉆進(jìn)時宜采用慢速轉(zhuǎn)動，以防止碰刮護(hù)筒。4.鉆進(jìn)時根據(jù)不同的地層應(yīng)選用不同的技術(shù)參數(shù)。5.對于淤泥、粘性土的鉆進(jìn)，應(yīng)保持進(jìn)尺的均勻性，防止產(chǎn)生的泥塊。對于易產(chǎn)生傾斜的地層，鉆進(jìn)時可設(shè)置不小于3倍鉆孔直徑的導(dǎo)向扶正裝置。鉆進(jìn)過程中，每加桿、換層或發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)速度明顯改變時，均應(yīng)準(zhǔn)確記錄有關(guān)情況。6.反循環(huán)成孔時，應(yīng)確保泥漿補(bǔ)給量。終孔前應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，加大泵量，以利清孔。終孔時，應(yīng)由專業(yè)人員對孔深進(jìn)行驗(yàn)收，合格后方可提鉆。7.成孔時對于一般地層可采用原土造漿護(hù)壁，盡可能保持良好的性能，比重一般控制在1.20-1.40。對于原土造漿不能滿足施工工藝要求的，應(yīng)選用高塑性粘土或膨潤土，必要時可摻入化學(xué)制品，以改善泥漿性能。8.下導(dǎo)管：導(dǎo)管壁厚不小于3mm，內(nèi)徑一般為200-300mm，可根據(jù)樁徑合理選用。導(dǎo)管連接一般采用法蘭或雙螺扣連接，應(yīng)盡可能選擇使用雙螺扣導(dǎo)管。導(dǎo)管連接后應(yīng)具有良好的密封性能。導(dǎo)管底部離樁底一般為300-500mm，底管長度一般不小4m。9.清孔：鉆進(jìn)終孔后，將鉆頭提離孔底80-100mm，采用大泵量向孔內(nèi)輸入比重為1.05-1.08的新泥漿，維持循環(huán)30分鐘以上，直到清除孔底沉碴和孔壁泥皮。清孔時，泥漿上返速度不應(yīng)小于0.25m/s。清孔過程中，應(yīng)不斷置換泥漿，直到澆注水下混凝土。10.灌注混凝土前，孔底沉碴厚度應(yīng)符合下列規(guī)定：端承樁≤50mm；磨擦端承、端承磨擦≤100mm；磨擦樁≤300mm。懸臂灌注樁的優(yōu)點(diǎn)：灌注樁施工較為方便，無振動、無噪音、不擾民。比較經(jīng)濟(jì)節(jié)省。懸臂灌注樁示意圖：（四）錨桿加土釘墻方案：土層錨桿是在巖土錨桿的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在20世紀(jì)50年代前巖石錨桿就在隧道襯砌結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。1958年德國首先在深基坑開挖中用于擋土墻支護(hù)，錨桿進(jìn)入非粘性土層。錨桿是一種新型的受拉桿件，它的一端與工程結(jié)構(gòu)物或擋土樁墻聯(lián)結(jié)，另一端錨固在地基的土層或巖層中，以承受結(jié)構(gòu)物的上脫力、拉拔力、傾側(cè)力或擋土墻的土壓力、水壓力，它利用地層的錨固力維持結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定。使用錨桿技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1.用錨桿代替內(nèi)支撐，它設(shè)置在圍護(hù)墻背后，而且在基坑內(nèi)有較大的空間，有利于挖土和施工；2.錨桿的施工機(jī)械及設(shè)備的作業(yè)空間不大，因此可為各種地形及場地所適用；3.錨桿的設(shè)計(jì)拉力可由抗拔試驗(yàn)來獲得，因此可保證設(shè)計(jì)有足夠的安全度；4.錨桿可采用預(yù)加拉力，以控制結(jié)構(gòu)的變形量；5.施工時的噪聲和振動均很小。缺點(diǎn)：穩(wěn)定性及變形依賴于錨的效果。在天然土層中，錨固方法以鉆孔灌注為主，一般稱為灌注錨桿。受拉桿件有粗鋼筋、高強(qiáng)鋼絲束和鋼絞線等不同的類型，錨桿層數(shù)從一層發(fā)展到深基坑中的四層錨桿。土釘墻支護(hù)是在基坑開挖過程中將較密排列的細(xì)長桿間土釘置于原位土體中，并在坡面上噴射鋼筋網(wǎng)混凝土面層。通過土釘、土體和噴射混凝土面層的共同作用工作，形成復(fù)合土體。土釘墻支護(hù)充分利用土層介質(zhì)的自承力，形成自穩(wěn)結(jié)構(gòu)，承擔(dān)較小的變形壓力，土釘承受主要拉力，噴射混凝土面層調(diào)節(jié)表面應(yīng)力分布，體現(xiàn)整體作用。同時由于土釘排列較密，通過高壓注漿擴(kuò)散后使土體性能提高。在實(shí)際施工中事變開挖邊支護(hù)。施工快捷簡便，經(jīng)濟(jì)可靠，得到廣泛的應(yīng)用。土釘墻支護(hù)適用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、雜填土及非松散砂土和卵石土等。對于淤泥質(zhì)土、飽和軟土應(yīng)采用復(fù)合性土釘墻支護(hù)。最常用的土釘材料是變形鋼筋、圓鋼、鋼管及角鋼等。土釘材料的自入可分為鉆孔置入、打入或射入方式。最常用的是鉆孔注漿型土釘。土釘墻支護(hù)的特點(diǎn)有：1.土釘墻支護(hù)是通過沿土釘通長與周圍土體接觸形成復(fù)合體。在土體發(fā)生變形的條件下，通過土釘與土體接觸界面上的粘結(jié)力或摩擦力，使土釘被動受拉，并通過受拉工作面給土體約束加固，提高整體穩(wěn)定性和承載能力，增強(qiáng)土體變形的延性。2.土釘墻是原位土中的加筋技術(shù)，是在從上至下的開挖過程中將土釘置入土中，形成以土釘和其它周圍加固了的土體為一體的類似重力式擋土墻結(jié)構(gòu)。3.土釘墻支護(hù)是變開挖邊支護(hù)，流水作業(yè)，不占獨(dú)立工期，施工快捷。4.設(shè)備簡單單，操作方方便，施工工所需場地地小。材料料用量和工工程量小，經(jīng)經(jīng)濟(jì)效果好好。5.土體位移移小，采用用信息化施施工，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)墻體變形形過大或土土質(zhì)變化，可可及時修改改、加固或或補(bǔ)救，確確保安全。局限性：1.現(xiàn)場需由由允許設(shè)置置土釘?shù)牡氐叵驴臻g。2.在松散砂砂土、軟塑塑、流塑粘粘性土以及及有豐富地地下水源的的情況下不不能單獨(dú)使使用土釘支支護(hù)，必須須與其他的的土體加固固支護(hù)方法法相結(jié)合。錨桿加土釘墻方方案即是綜綜合錨桿和和土釘墻的的的點(diǎn)進(jìn)行行的支護(hù)方方法。錨桿加土釘墻示示意圖：（五）SMW工法：SMMW工法即即勁性水泥泥土攪拌連連續(xù)墻支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)，它它是在水泥泥土攪拌樁樁中插入新新港或其它它芯材形成成的同時具具有承力與與防滲兩種種功能的支支護(hù)形式。該方式具有如下下優(yōu)點(diǎn)：1.占用場地地小。一般般鋼筋混凝凝土地下連連續(xù)墻，墻墻體加導(dǎo)墻墻寬度約1.0～1.2m；雙頭攪攪拌樁加灌灌注樁寬22m以上，而SMW工法一一般單排為為0.65～0.855m，國產(chǎn)產(chǎn)設(shè)備雙頭頭攪拌樁為為1.2mm。2.施工速度度快。一般般情況下施施工周期可可縮短30％左右。3.對環(huán)境污污染小，無無廢棄泥漿漿。施工噪噪音低，對對環(huán)境影響響小。4.施工方法法簡單，施施工過程中中對周邊建建筑物及地地下管線影影響小。5.耗用水泥泥鋼材少，造造價低。特特別是H型鋼能夠夠回收，成成本大大降降低。6.止水效果果好，墻身身強(qiáng)度高。缺點(diǎn)：應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)不足，H型鋼不易易回收。SMW支護(hù)結(jié)構(gòu)的的施工以水水泥土攪拌拌樁為基礎(chǔ)礎(chǔ)，因此凡凡是適合應(yīng)應(yīng)用水泥土土攪拌樁的的場合都適適合使用，特特別是以粘粘土和粉性性土為主的的軟土地區(qū)區(qū)。開挖深深度可較大大，應(yīng)用前前景好。SMW結(jié)構(gòu)適用的的基坑深度度與施工機(jī)機(jī)械有關(guān)，國國內(nèi)一般適適用基坑開開挖深度6～10m，國國外已有開開挖20mm深度的例例子。經(jīng)過過不斷的工工程實(shí)踐，它它極有可能能逐步代替替鉆孔灌注注樁圍護(hù)，在在某些工程程中也有可可能代替地地下連續(xù)墻墻。SMW工法示意意圖：（六）水泥土攪攪拌樁擋墻墻方案：水水泥土深層層攪拌樁是是加固軟土土地基的一一種新方法法，它是利利用水泥、石石灰等材料料作為固化化劑，通過過深層攪拌拌機(jī)械，將將軟土和固固化劑（漿漿液或粉體體）強(qiáng)制攪攪拌，利用用固化劑和和軟土之間間所產(chǎn)生的的一系列物物理－化學(xué)學(xué)反應(yīng)，是是軟土硬結(jié)結(jié)成具有整整體性、水水穩(wěn)定性和和一定強(qiáng)度度的樁體。優(yōu)點(diǎn)：施工噪音音低，振動動小，速度度快，止水水效果好，造造價經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：寬度大，需需占極地紅紅線內(nèi)一定定面積，位位移大。深層攪攪拌法最適適宜于各種種成因的飽飽和軟粘土土，包括淤淤泥、淤泥泥質(zhì)土、粘粘土和粉質(zhì)質(zhì)粘土等。加加固深度從從數(shù)米