友達干部宿舍工程深基坑土釘支護技術

岳燕國 陳雪峰
　　（上海寶冶集團有限公司，上海 200941）
　　摘 要：深基坑圍護的設計、施工、監測技術要求保證基坑內正常作業安全，要防止基坑及坑外土體移動，保證基坑附近建筑物、道路、管線的安全運行，而且方案經濟合理。本工程通過對實際的施工過程，對土釘支護的施工工藝進行介紹。
　　關鍵詞：深基坑土釘；支護。

　 1 引 言
　　隨著國民經濟建設的迅速發展，國內高層建筑、大型橋梁結構以及地下空間利用不斷涌現。由此產生了大量的深基坑工程，且其規模和深度不斷加大，這給基坑的設計和施工帶來了很大的困難，尤其是在城市建筑物密集地區，施工場地鄰近已有建筑物，道路和地下管線縱橫交錯，很多情況下不允許采用比較經濟的放坡開挖，而需要在人工支護條件下進行基坑開挖。支護結構雖然是施工期間的臨時支擋結構，但其選型、計算和施工是否正確，對施工的安全、工期和經濟效益卻有巨大影響，因此成為關鍵的施工技術之一。經過長時間的研究和實踐，利用土釘支護在眾多基坑開挖工程中被證實是一種技術可行，經濟效益合理的成熟技術。
　　所謂“土釘”就是置入于現場原位土體中以較密間距排列的細長桿件，如鋼筋或鋼管等，通常還外裹水泥砂漿或水泥凈漿漿體。土釘的特點是沿桿體通長與土體接觸，以群體起作用，與周圍土體形成一個組合體，在土體發生變形的情況下，通過與土體接觸界面上的黏結力或摩擦力，使土釘被動受拉，并主要通過受拉工作給土體以約束加固或使其穩定。
　　2 設計依據
　　友達光電(蘇州)有限公司干部宿舍新建工程公寓樓地下室基坑圍護工程設計內容涉及：圍護體系方案選擇、圍護體系具體做法、基坑開挖的施工及要求、基坑工程現場監測及應急措施等。本圍護工程設計依據：
　　⑴江蘇蘇州地質工程勘察院提供的《友達光電(蘇州)有限公司干部宿舍新建工程巖土工程詳細勘察報告》。
　　⑵南京建筑設計研究院和施工單位提供的部分地下室結構圖和場布圖等。
　　⑶中華人民共和國行業標準《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）。
　　⑷中華人民共和國國家標準《建筑地基基礎設計規范》(GBJ50007-2002)。
　　⑸《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》（GB50202-2002）。
　　⑹寶冶企標《建筑地基基礎工程施工規范》（Q/BYJ-JAD126-2003）及其它有關規范及規程。
　　3 工程概況
　　本工程由友達光電(蘇州)有限公司投資建造，位于蘇州工業園區現代大道南，由主樓(分為三塔樓)、裙房及四幢別墅組成。本次論述對象為其中的主樓及裙房的地下室基坑，該工程地上15層，地下2層。
　　本工程基坑南側為勝天路，該側場地圍墻、人行道外邊線距離基坑邊軸線分別為8.6m、14.2m；基坑東側為南施街，該側場地圍墻、人行道外邊線距離基坑邊軸線分別為23.5m、26.1m；基坑西側為一條施工通道，道路邊線距離地下室邊軸線最近處僅為8.0m，道路寬7.0m；基坑北側為進出生活區的人行道，道路邊線距離地下室邊軸線12.5m，道路寬4.0m。另外基坑北側距離本場地30m 以外有一條東西向河道，河水水位比較高。基坑東側、南側有市政管線距離本基坑相對較近。
　　4 工程地質概況
　　4.1 根據勘察報告，基坑開挖影響范圍內的土層分布依次為：
　　①素填土：灰褐色，稍密。
　　②淤泥：灰色，飽和，流塑。
　　③粘土：灰黃~褐黃色，可塑。
　　④粉質粘土：灰黃色，可塑，局部軟塑。
　　⑤粉質粘土：灰色，軟塑，局部流塑。
　　⑥粉質粘土夾粉土：灰色，軟塑，局部流塑。
　　⑦粉土：灰色，濕~很濕，中密，局部稍密。
　　⑧粉質粘土：灰色，軟塑，局部流塑。
　　4.2 下表為各土層的物理力學性質指標

　　4.3 本場地下水主要有
　　4.3.1 潛水含水層
　　賦存于地表人工填土、粘性土裂隙中，其水量較小，其主要補給來源為大氣降水垂直入滲補給和周邊河流側向補給；以地面蒸發及河流側向逕流為主要排泄方式。其水位常略高于當地河水位，年升降與降水量直接相關，一般為地表下1.0～1.5m。
　　4.3.2 微承壓含水層
　　存于⑧粉土中，其含水層頂板標高為-11.50～-9.65m，厚度1.10～3.30m，其富水性和透水性均一般。勘探期間測得微承壓水初見水位標高為-2.74～-1.96m，穩定水位標高為1.26～1.70；其主要補給來源為周邊河流側向補給及大氣降水垂直入滲補給，以民井抽取及側向逕流主要排泄方式。場地內地下水對混凝土無腐蝕性。
　　5 圍護方案選擇
　　5.1 基坑情況分析
　　綜合場地地理位置、土質條件、基坑開挖深度和周圍環境條件，本基坑圍護具有如下特點：
　　⑴本工程場地比較開闊，具備放坡的條件。
　　⑵基坑開挖深度較大，到底板的開挖深度為5.30m，如果考慮圍墻外的高差，則到板底開挖深度達7.5m，圍護方案選擇時應考慮基坑本身安全。
　　⑶基坑下部土層透水性較好，場地北側有一條東西向河道，基坑開挖時應考慮相應的降水或止水措施。
　　⑷本基坑開挖剛好經歷本年度平均雨季。
　　5.2 方案分析
　　針對本工程上述特點，對本工程基坑支護可選方案作如下分析：
　　⑴放坡開挖
　　該場地比較開闊，具備放坡的條件，基坑開挖深度較淺時采用該方案是比較經濟可行的。但本工程開挖深度較大且開挖期間剛好經歷雨季，采用放坡開挖位移很難控制，且本工程采用預應力管樁作工程樁，一旦土體出現較大位移，小則工程樁偏位，大則出現工程樁斷裂甚至人員安全事故。采用該方案安全性差。
　　⑵土釘墻支護
　　土釘墻圍護結構型式具有如下特點：
　　①基坑開挖作業面寬敞，施工速度快，施工工期短。由于基坑內無支撐等障礙物，基坑開挖時能全面鋪開作業，大型施工挖土機具、運輸車輛均能直接下坑作業。土釘墻施工與基坑挖土同時進行，交叉作業，邊開挖邊支護。
　　②土釘墻施工設備輕便、方法簡單、對場地適應性強，無需大型復雜設備，施工所占場地小。
　　③土釘墻圍護結構有較好柔性，自重輕，能承受較大變形，具有良好抗動荷載的能力，坡頂還可兼作輕質堆場。
　　④土釘墻圍護結構通過對原位土體加固、充分利用原位土體的自穩能力進行支護，大幅降低了圍護造價，節約費用20%～50%。
　　⑤在基坑開挖過程中，可根據現場情況和監測數據，隨時調整土釘各參數，隨時可以采取補強加固措施，以保證基坑順利開挖和周邊環境的安全。
　　⑶基坑降（止）水
　　本場地地下水位比較高，下部土層滲透性較好，如不采取有效的降水措施，將會造成流砂或管涌現象，另外坑底如不進行降水處理，基礎工程也無法施工，根據附近類似的工程施工經驗，基坑四周采用輕型井點降水、坑內采用簡易集水井抽水是比較經濟合理的方案，考慮到場地北側有一條河道，在該側基坑一側再增設一排集水井輔助降水，坑內挖土時還可根據實際情況增設明溝、簡易集水坑方式排水。
　　5.3 本工程采用的方案
　　經過上述分析，并經過設計院設計人員的驗算，本工程地下室基坑開挖采用土釘墻支護是完全可行的，同時基坑四周布置井點降水，坑中央布置簡易集水井抽水，施工過程中坑內視實際降水效果增減臨時井點。
　　由于該支護的特點是邊開挖邊支護，分層開挖，分層支護，所以要求土方開挖必須和支護施工密切配合，嚴格做到開挖一層、支護一層，嚴禁超挖，土方按護坡挖土技術交底開挖并修坡，應保證坡面平整。為保證護壁跟邊坡的整體穩定性，整個基坑邊坡從上到下全部采用土釘墻錨桿護壁。
　　本工程采用1：0.5進行放坡，其中選3-3剖面為例。土釘全部采用鋼管土釘，土釘傾角為150，土釘長度及豎向間距（如圖2所示）。水平間距1000mm，面層混凝土板墻厚度為100mm，強度等級為C20，內配Φ6.5@200鋼筋網，有土釘處沿橫向配置2Φ16同長加強筋（縱向配置2Φ20，L=200mm）。（如圖3所示）

　　6 施工工藝
　　6.1 施工工藝流程
　　土方開挖—基坑邊坡修整—放點—成孔（鉆孔）—放入錨筋及注漿管—注漿
　　—設置泄水孔—墻面布筋—噴射混凝土—養護。
　　6.2 鉆機定位成孔
　　成孔設備采用7655氣腿式鑿巖機。基坑采用分層開挖的方式，挖完第一層后設備立即進場進行土釘施工，避免土坡暴露時間過長。
　　6.3 土釘錨釘的安裝與孔內注漿
　　土釘全部采用鋼管土釘，長度L=6000~9000mm。鋼管前端封閉，從離開坑壁2.0m的位置開始每隔0.3～0.5m旋轉90度設Φ8圓孔一個直至管底。土釘注漿采用純水泥漿，水灰比0.5，注漿終孔壓力不小于0.4MPa，注漿前應進行清孔，清除管內的砂土。
　　6.4 錨固端處理與噴射混凝土板墻
　　有土釘處沿橫向配置2Φ16同長加強筋（縱向配置2Φ20，L=200mm）。如圖4所示。

　　噴射混凝土配合比為水泥:石子:中砂＝1:2:2，內摻速凝劑及早強劑，要求混凝土強度達C20 以上。噴射前，先在邊壁面上垂直打入短鋼筋段作為標志，以保證施工時的噴射混凝土厚度達到規定值。鋼筋網在噴射一層砼后鋪設，鋼筋保護層厚度不宜小于20mm，本工程第一次噴射混凝土厚度為400mm，然后鋪設鋼筋網，鋼筋網與土釘通過加強筋連接，之后噴射第二層混凝土面層。在繼續下步噴射混凝土工作時要求工人仔細清除預留施工縫結合面上的浮漿層和松散碎屑，并噴水使之潮濕，待混凝土終凝后2小時，立即開始連續噴水養護5～7天。
　　6.5 排水系統的設置
　　本工程采用輕型井點降水，井點管間距1.2m，管長6.0m，濾管長度1.2m，60m總管為一組。井點采用沖孔埋設，沖孔直徑不小于300mm，孔下部用加工砂回填，上部1.0m用粘性土封閉。井點系統在正式抽水前應進行試抽水至清水，現場應配備雙路供電（或自備發電機，有效總功率應滿足全部井點功率總和）以保證降水的連續性，斷電時間不得大于0.5小時。
　　基坑四周設置互通的300×300mm(H)地面排水溝，排水溝每隔40m設一只1.0×1.0×1.5m(H)沉淀池，將地面雨水、施工廢水沉淀后，排入城市下水管網。
　　7 施工質量要求
　　⑴認真討論支護技術方案，做好向施工人員技術交底工作，使其明確施工工藝、技術要領和質量標準。
　　⑵對錨桿的安裝、注漿、噴砼、焊結等關鍵工序實行工程技術人員跟班作業，確保質量符合設計要求。
　　⑶施工前應調查場地內的地下障礙物情況、場地周邊環境情況以及復核場地標高，如有異常情況應及時與設計聯系。
　　⑷開挖出作業面后，應立即進行土釘墻支護作業(坑壁暴露時間不得超過12小時)。上層土釘施工完畢后，待上層土釘漿體噴射砼面達到設計強度70%后方可開挖下層土方，最后一層土釘施工完畢，必須立即施工地下室墊層，墊層應鋪至支護結構坡腳。
　　⑸實行全面質量管理，對每一道工序嚴把質量關，符合以下質量標準：
　　①基坑必須分層分段開挖，考慮可能的連續雨天，每層開挖深度限制在錨桿排距加0.3m，逐層開挖逐層支護，開挖深度要根據圖紙設計要求進行復核。分段開挖長度一般每段不得超過20m，開挖時應采用間隔開挖的方式進行。
　　②鑿孔：鉆孔前采用經緯儀、水準儀、鋼卷尺等進行土釘放線確定鉆孔位置，土釘布孔距允許偏差為±50mm，成孔采用錨桿鉆機，成孔中嚴格按操作規程鉆進，孔徑允許誤差±10mm，成孔偏斜度不大于30％、傾角偏差±5%，孔深允許偏差為±50mm。終孔后，應及時安設土釘，以防止塌孔。
　　③掛鋼筋網：網格允許誤差±20mm，經、緯筋搭接點用扎絲扎牢。
　　④攪拌漿液：嚴格按設計要求0.5的水灰比配料，攪拌均勻。
　　⑤注漿作業：按照設計要求，注漿采水灰比為0.5的純水泥漿。注漿終空壓力不小于0.4MPa,并根據試驗錨桿由設計單位確定注漿技術質量要求。注漿前，將孔內殘留及松動的廢土清理干凈，注漿開始或中途停止不能超過30分鐘，達到孔口稍有溢流現象時，即行堵口封死。
　　⑥噴砼：嚴格按設計要求比例配料攪拌均勻，噴砼時噴漿手要垂直層面噴，噴射作業應按分段分片依次進行，同一分段噴射順序應自下而上，注意觀察料的水量（不得有干料現象）和回彈情況，及時調整噴漿水量和距離，抽取砼試塊。嚴格掌握噴層厚度，表面平整度要求±30mm。噴砼前，埋設好噴射砼厚度的標志，由專人負責檢查土釘制作、注漿、掛網等質量是否符合設計要求，下達噴砼指令后才能開始噴砼。
　　⑦降雨量過大引起基坑坍塌的預防措施：基坑的周邊設置排水溝，作為通常情況下的排水設施。施工現場倉庫配備足夠數量的潛水泵、泥漿泵。及時獲取天氣信息，預先做好準備工作。加強排水系統的能力，并加強管理保持其暢通。
　　8 支護結構的監測
　　基坑工程除進行安全可靠的圍護體系設計、施工外，尚應進行現場監測，作到信息化施工。
　　基坑圍護體系隨著開挖深度增加必然會產生側向變位，關鍵是側向變位的發展趨勢與控制。一般圍護體系的破壞都是有預兆的，因而進行嚴密的基坑開挖監測非常重要。通過監測可及時了解圍護體系的受力狀況，可達到校正、修正設計和指揮現場施工的目的。本工程主要監測內容為：
　　基坑周邊道路以及周邊建筑物(構筑物)的沉降監測。監測過程從降水開始至回填結束。每天監測一次。
　　9 應急措施
　　⑴如地面出現裂縫，應及時灌漿修補，防止地表水滲入。
　　⑵發現土體位移過大，應馬上停止挖土，現場根據需要采取回填土等措施，同時加密監測頻率，以便根據監測數據及時采取加固等措施。
　　⑶若出現支護邊坡嚴重漏水情況，應馬上回填土，并采用壓力注漿止水，再掛網噴漿加固或增加臨時井點。
　　10 結 論
　　本工程深基坑土釘支護自2005年5月初開始施工，6月底完成。7月中旬經業主、監理、質監站等多方共同抽樣檢測，各項質量符合設計要求。
　　本文以友達光電(蘇州)有限公司干部宿舍新建工程公寓樓地下室基坑土釘墻支護為例，詳細闡述了土釘墻的施工工藝。目前深基坑土釘支護工程有很多方法，影響土釘支護結構穩定性的因素也很多，如土體含水量狀態的變化對其抗剪強度的影響、土釘長度的布置方式、地震動力作用等，如何選取一種在經濟上合理、技術上可行的支護方案，還必須充分考慮施工現場的環境、工程地質條件以及具體的工程要求，本文根據具體工程地質條件，提出合理的支護方案，為類似基坑支護設計提供了借鑒。
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