搜索
1北京市昆仑公寓深基坑支护设计与施工程良奎(中冶建筑研究总院)陈三中、丁林虎（北京环国建筑工程有限公司）董小第（北京华远房地产开发有限公司）【摘要】通过本工程实例介绍对周边复杂的深基坑支护处理的一些方法及监控手段，重点介绍拉力分散型锚杆等新型支护设计在本工中的作用，发扬新技术、新工艺。【关键词】基坑、帷幕、锚杆、监控一、工程概况1、工程结构情况：本工程项目位于北京市朝阳区东三环内新源南路2号、昆仑饭店西侧，本工程东北部主塔楼地上24～25层，西南部主塔楼地上20～22层，其余部分裙楼，各建筑物均设4层地下室，基坑开挖深度为自然地面下18.50m，基坑平面面积约3080m2。2、周边环境情况：该工程周边环境复杂，周边建筑物与管线繁多，场地东侧约27m处为昆仑饭店，距离坑边8m处有直径2m埋深约2.5m～4.5m南北走向上水管，距离坑边1.5m处有直径300mm埋深约1.5m南北走向中压煤气管线；场地南侧距离坑边3m为华都饭店的锅炉用房，距离基坑约150m为亮马河；在基坑的西南角地下埋设有改移后的热力管沟、废弃热力管沟、200mm直径的施工用水及墙体；场地西侧3.0m处有5层的如意快捷酒楼和单层车库，坑边坡面上埋深约1.2m有两条1万伏南北走向的高压电缆，距离坑边2m埋深约4.5m有条南北走向的污水管；场地北侧9m处是新源南路，路下埋设有煤气、通讯、电缆、上下水等各种市政设施。2护坡桩减压井帷幕桩疏干井昆仑饭店华都锅炉房如意酒楼自行车房临建新源南路上水管线煤气管线3、水文地质与工程地质情况：3.1工程地质条件拟建场地地形较平坦，在地貌单元上位于永定河冲积洪扇区中下部。拟建场地地基土按沉积年代、成因类型分为人工堆积层（填土）、新近沉积层第四纪沉积层（粘性土和卵砾石）。自上而下为：人工堆积层粘质粉土、粉质粘土①填土，层顶标高38.78m～39.14m。新近沉积层②砂质粘土粘质粉土，层顶埋深1.5～3.5m，层顶标高35.63～37.64m。第四纪沉积层③粉质粘土粘质粉土，层顶埋深3.0～4.9m，层顶标高33.88～336.05m。④粉质粘土粘质粉土，层顶埋深5.1～7.0m，层顶标高32.14～33.05m。⑤粘质粉土、粉质粘土，层顶埋深10.0～11.1m，层顶标高28.04～29.13m。⑥粉砂、砂质粉土，层顶埋深13.5～15.70m，层顶标高23.26～25.33m。⑦粘质粉土砂质粉土，层顶埋深14.7～16.9m，层顶标高22.06～24.43m。⑧细砂、中砂，层顶埋深21.9～22.3m，层顶标高16.88～17.24m。⑨卵石、圆砾，层顶埋深25.2～27.3m，层顶标高11.65～13.85m。⑩粘质粉土砂质粉土，层顶埋深28.0～28.5m，层顶标高10.34～11.05m。11砂层、粉砂，层顶埋深34.7～36.8，层顶标高1.75～2.83m。12粉质粘土、重粉质粘土，层顶埋深38.9～39.6，层顶标高0.47～0.15m。3.2水文地质条件该场地共有4层地下水，分布情况如下：第一层为台地潜水，赋存于第3大层中的粉土和砂土中，水位深3.3～4.7m，水位标高34.08～35.66m；第二层为层间水，含水层为第4大层中的粉土层，该层地下水的水量和水位在整个场区分布不够连续，水位埋深7.0～8.8m，水位标高30.25～32.04m；第三层地下4水为层间水，赋存第6大层中的粉砂和砂质粉土中，水位埋深12.9～14.0m，水位标高25.05～26.14m；第四层地下水为承压水，赋存第8大层中细砂、中砂中，水位埋深17.2～17.8m，水位标高21.24～21.85m。二、设计理念与设计过程1、设计理念（1）、设计必须满足确保基坑周边建筑物的安全与基坑的整体稳定安全。（2）、严格控制基坑周边上水管线、昆仑饭店、如意酒家的沉降与变形（专家提供的数据为此重点部位沉降与位移极限均不超过3cm）。（3）、避免降水对周边管线与建筑物的沉降影响。（4）、东面坡顶作为现场唯一施工重车通道、重型堆载及满足大型吊车使用要求，其它几面满足临时堆载，北面临设要求。2、设计过程本工程由于周边环境条件与地质条件的不断变化，支护设计经历了两个阶段—即最初设计阶段与设计加固阶段。（1）、最初设计阶段①、基坑降水设计为减小由于水位下降对东边上水管线与西面如意酒家的沉降，采用了桩间帷幕止水。止水帷幕采用二重管高压摆喷工艺施工，摆喷桩引孔点置于护坡桩中心轴线上，摆喷桩下端进入弱透水层⑦大层3.0m（标高约-22.50m），摆喷桩顶标高为-4.50m（现状地面下3.0m），帷5幕厚度不小于200mm，设计桩长18m。设计渗透系数为不大于scmk/1016，浆液采用P.O32.5水泥浆，水灰比为1:1。考虑到今后基坑局部集水坑、电梯井加深与周边水压对帷幕的影响，在坑内设置疏干井与减压井。疏干井井深24m，井径600mm，减压井井深28m，井径600mm。②、基坑支护设计由于地面往下2.5m范围内地下管线与地下障碍物较多，采用顶部摘帽2.5m做挡土墙或挂网喷护与桩锚结合支护方式，具体设计参数如下：（护坡桩桩间距1500mm，护坡桩砼为C25，腰梁为2根25b工字钢）部位桩径（mm）桩长（m）主筋箍筋锚杆长度（m）锚杆型号张拉/锁定值（KN）1-1段（47根）φ80021.813φ25φ8@250244-7φ5516/330234-7φ5692/3802-2段（35根）φ80021.812φ25φ8@250224-7φ5466/280213-7φ5651/3703-3段（19根）φ80021.814φ25φ8@250244-7φ5506/320245-7φ5767/4004-4段（54根）φ80021.812φ25φ8@250224-7φ5466/280214-7φ5651/370（2）、设计加固阶段①、第一次加固设计当南面两排锚杆与东面南段、西面南段第一排锚杆施工完毕后，6土方开挖后发现基坑南面与东面坡体外来水流量很大，沿锚杆自由段外流，大大改变了锚杆所在土体的土力性质。同时锚杆施工过程中发现地质条件发生变化，第一排锚杆（标高在-7.0m处）成孔过程中钻进7m后沿锚杆孔往外流淤泥，同时锚杆张拉时位移偏大。3月29日在南面开挖至-13.0m时，坡顶发生突变位移，最大位移值为42mm，通过多次组织国内知名专家会诊，认为主要是由于外来水引起。为确保基坑与周边管线、建筑物的安全，基坑增加一道锚杆。具体设计参数如下：锚杆部位锚杆标高（m）水平间距锚杆长度（m）自由段长（m）轴向设计拉力（KN）锁定荷载（KN）钢绞线根数（1860）备注东侧未施工锚杆区-6.0一桩一锚2083082503临近地下管道，坡顶作为施工通道荷载30KN-10.0226（14）5424204-14.0215（13）6084604已施工首层锚杆区-7.02463043304-10.0226（14）5584204-14.0215（13）6164604南侧已施工两道锚杆区-7.0一桩一锚2262802804考虑一层平房-9.5226（14）5043804-13.02146124604西侧已施工两道锚杆区-7.0一桩一锚2262802804临近围墙及自行车棚-9.5三桩二锚226（14）5484204-13.0一桩一锚2146374804已施工首层锚杆区-7.0一桩一锚2463132804临近5层楼房-9.5226（14）6224604-14.0215（13）6775104北侧未施工锚杆区-6.0一桩一锚2082912203临近2层临设-10.0226（14）5254004-14.0215（13）63048047注：表中标高是指地面以下深度，已施工的锚杆参数以阴影表示。加固设计的锚杆均采用拉力分散型锚杆。②、第二次加固设计当东面按照加固设计施工至-14.0m时，在外来水与大暴雨的影响下，于5月15～18日东面坡体发生突变位移，最大位移达58mm，超过规定的东面极限位移值30mm。为此，针对基坑的特殊性及可能会出现的风险情况组织专家会诊，确定在基坑东面-4.5m处再补加一道锚杆，控制坡顶变形，保护上水管线。锚杆参数为：一桩一锚，锚杆长度24m，自由段8（16）m，锚固段16（8+8）m，设计轴向拉力400KN，锁定值250KN，钢绞线4根（1860）。同时东面坡顶离上水管道1m处布设一排加筋水泥浆体微型桩，桩径150mm，桩长7.0m，桩间距1.0m，控制坡顶上水管线滑移与改变其滑移面。在基坑东南角、东北角与西北角桩顶连梁处加角撑。如图：牛腿承压板3根架子管角撑斜撑根25槽钢角撑桩顶连梁护坡桩角撑结构示意图三、施工过程1、护坡桩的施工8护坡桩施工采用传统的反循环钻机成孔，水下混凝土灌注成桩工艺，从桩位、垂直度及混凝土质量上控制了护坡桩的质量。2、止水帷幕施工采用高压二重管摆喷工艺施工；引孔点布置在护坡桩轴线，居两桩中间，用普通地质钻机引孔；复喷工艺自下而上进行，注意及时回灌浆液；水泥浆喷射压力不小于20Mpa，气流压力为0.7Mpa，提升速度一般0.1～0.25m/min，旋转速度一般5～20r/min，摆动速度一般为10～300/sec；摆喷角度为350，现场根据试验结果做适当调整，保证帷幕厚度不小于200mm。3、锚杆施工①、试验锚杆的施工与试验情况由于本工程最初设计要求锚杆的设计张拉值较大，而锚杆所处的地质条件较差，设计要求锚杆注浆采用二次劈裂注浆。在锚杆的正式施工前，先施工三根锚杆进行基本试验，其中两根进行二次劈裂注浆，一根进行高压注浆，由于劈裂注浆试验过程中未能很好地把握劈裂的时间，二次劈裂时没有劈开，最终试验结果，高压注浆锚杆的张拉数据比劈裂锚杆数据要理想些，又因为高压注浆比劈裂锚杆容易操作，科学客观地选择了锚杆高压注浆。为解决锚杆成孔问题，根据试验锚杆成孔情况，当锚杆钻进约7m沿锚杆孔口外流淤泥，无法成孔下钢绞线，当锚杆钻进进入淤泥层后采用同锚杆注浆体水灰比相同的水泥浆压浆钻进保证成孔。最初试验锚杆张拉曲线图：9二次劈裂注浆锚杆高压注浆锚杆0501001502002503003504004505007080901001101201301400100200300400500020406080②、普通锚杆的施工A、锚杆采用螺旋压浆钻进工艺，注浆高压注浆。浆液按设计水灰比0.5配制，采用P.O32.5水泥净浆，浆液搅拌均匀，搅拌时间不得少于3分钟，随拌随用。注浆时孔口采用孔口塞封堵，注浆管必须随锚杆插入孔底，拔管时要慢速，保证孔内注浆压力，保证注浆充盈、饱满。并对锚杆进行2-3次补浆。B、基本试验合格后，进入锚杆的施工阶段，张拉时，由监理工程师随机抽取5%的锚杆进行验收试验，即张拉至轴向设计拉力的1.2倍，检验锚杆的是否有足够的安全储备。C、锚固体强度大于15.0Mpa，并达到设计强度70%后方可进行张拉。普通锚杆张拉：第一道锚杆采用普通锚杆张拉，即三根钢绞线一起张拉至设计值的100%或105%，锁定至锁定值。③、拉力分散型锚杆的施工A、锚杆的成孔、注浆与普通锚杆相同。B、锚杆体的组装：组装前先清除钢材表面的油污和膜锈，将锚杆自由段套软塑料管，两头用铁丝扎紧；将注浆套管与锚索进行绑扎牢，一起放入钻孔，注浆管内端距孔底50～100mm为宜。每隔2.0m设置10一支架，保证锚杆对中。拉力分散型锚杆分两个单元锚杆，每个单元锚杆由两根1860钢绞线组成，两单元锚固段均为8m，自由段不同分别为6（14）m或5（13）m，为保证严格区分不同单元，自由段为6m或5m的单元1采用蓝色软塑料管，自由段为14m或13m的单元2采用红色软塑料管，下锚前必须经过严格的验收检查无误后方可下锚。见示意图如下：1单元2单元2单元1单元6(14)m5(13)m自由段8m8m锚固段C、分散型锚杆张拉：锚固体强度大于15.0Mpa，并达到设计强度70%后方可进行张拉。采用分次张拉，以补偿由于自由长度不等而引起的弹性变形差，即先张拉底端单元锚杆，然后两个单元一起拉。补偿弹性变形差值的计算：（以东侧未施工锚杆区第