2024年4月6日发(作者：拱丰)
结合工程实例探讨岩土工程深基坑施工技术
摘要:岩土工程深基坑不仅是一个系统工程而且是一个古老且
具有时代特点的工程课题。文章通过对某工程具体工程案例探讨了
岩土工程深基坑工程的施工技术,对岩土工程深基坑施工技术中所
遇到问题要点进行了分析。
关键词:工程实例 深基坑; 设计施工开挖与爆破
结合江苏沿海地区的地质特点,介绍局促场地条件下岩土类超
深基坑工程施工要解决的问题,如:上土体边坡的止水及支护稳定
问题、下卧岩体的爆破开挖保证土体边坡的稳定问题.工程概况江
苏某大厦工程设3层地下室,地上设1座50层公寓楼和1座39层
办公楼,工程±0·000对应绝对标高6·800 m,两主楼基底开挖深
度约为23 m,主楼以外基底开挖深度约为17·5 m,工程基础底面积
6 500 m2,属于超深基坑.本工程场地狭小局促,周边环境敏感复杂,
北侧15·5 m距离紧邻某40层星级酒店,该酒店地下2层,基底相
对标高约-13 m;南侧14·7 m距离紧邻某13层住宅楼,该住宅楼地
下1层,基底相对标高约为-4·0 m;东侧紧邻交通繁忙的某公路,靠
近本工程一侧人行道下消防、电力、通信、有线电视、给排水及煤
气等管线密集,见图1.
根据地质勘察报告,本工程地质均为第四系全新统以来形成的
海岸阶地,表层受人工回填整平改造,原始地貌基本保存.主要岩性
为上覆素填土、粗砂等,厚度6~12 m,其下为分布广泛的花岗岩层,
其中强风化带揭露厚度1·10~8·70 m,层底标高-16·50~-2·09 m;
强风花带下为中风化带,其揭露厚度大于5·0 m,地质勘探未穿透本
层,工程的持力层均坐于中风化基岩中.工程土方量和石方量均约
55 000m3.
2基坑支护止水的设计与施工
2.1基坑支护方案设计分析
经对地质勘察报告、周边环境进行系统的分析,本工程属于青岛
沿海地区典型的上部砂土层下部岩石的地质条件.本工程超深基坑
支护方案[1]设计如下:上部砂土层采用钢筋混凝土长螺旋灌注桩
和高压旋喷止水桩间隔相交施工的桩锚体系,本体系在基坑开挖前
施工完毕;下部岩石层坡面采用锚喷体系作为支护方案[2].其中上
部的桩锚支护体系长螺旋钢筋混凝土灌注桩设计直径600 mm,相邻
桩间距1 000mm,相邻的长螺旋灌注桩之间设计直径800 mm的高压
旋喷桩,如图2所示.
2.2基坑的止水与排水
根据地质勘察报告,本工程地下水类型主要为第四系孔隙潜水
和基岩承压裂隙水,潜水主要赋存于填土层和砂土层中,承压水主
要赋存于基岩裂隙中,地下水埋深1·50~5·50 m,基岩裂隙水在场
区主要以层状、带状赋存于基岩强风化带和岩脉旁侧裂隙密集发育
带中.根据上述的支护设计方案,两两相交的长螺旋灌注桩和高压
旋喷桩在基坑周边封闭成一道连续的止水帷幕,将赋存于填土层和
砂土层中的潜水有效的阻截在基坑以外.对于基岩裂隙中的承压水,
由于其本身具有水压力,在下部锚喷体系施工过程中通过设置导管
有序的引流至基坑周边的临时排水沟中,最后通过水泵排至基坑以
外.
2.3支护桩桩脚的嵌固
鉴于本工程局促的场地条件所限,基坑边坡部位只能贴近支护
桩采取无放坡开挖,这种无放坡开挖施工对于上部桩锚下部锚喷的
复合基坑支护体系来讲需要解决的一个关键问题是岩土结合面处
的支护桩桩脚嵌固问题.由于受长螺旋灌注桩工艺所限,无法确保
其桩脚的入岩深度,另外,本地区土层以下的基岩面处为粗粒强风
化花岗岩带,由于裂隙发育,这种岩石一旦裸露或受扰动,将出现沿
裂隙面滑落的情况,长螺旋支护桩桩脚将处于悬空的状态,给基坑
的安全带来严重的隐患.为了解决这个问题,基坑开挖至岩土结合
面时在桩脚部位的坡面上设计施工了200 mm厚c20喷射钢筋混凝
土锚板墙,锚板墙上部、中部及下部均设置预应力锚杆进行锁定,有
效地解决了此类地质条件下垂直开挖基坑支护长螺旋灌注桩桩脚
容易出现吊脚桩的问题,见图3.
3基坑的开挖与爆破
3.1土方开挖
本工程基坑土方的开挖结合支护桩预应力锚杆的施工进行了分
步分层分区开挖[3],见图4.分层开挖是为了给预应力锚杆及腰梁
的施工创造施工工作面,分区开挖是为了避免预应力锚杆施工并最
终进行预应力锁定前基坑边坡暴露面过大、时间过长而对基坑造成
的安全隐患.第1步开挖:为了减少支护桩的长度以相应降低造价,
基坑支护桩施工以前先沿其外边线外侧1·0 m开始,整个场区下挖
1·5m,并分区及时组织周边支护桩及高压旋喷止水帷幕施工,待支
护桩上部的钢筋混凝土冠梁具备相当强度后,上砌1·5 m高240mm
厚砖砌体挡土墙,外侧回填整平.第2步开挖:在长螺旋灌注桩及高
压旋喷止水桩施工完成后贴近围护体系内立面分层进行无放坡开
挖,单层开挖深度2 m,开挖过程中及时穿插预应力抗拔锚杆的施工,
待抗拔锚杆预应力锁定到设计值后根据坡面预应力锚杆的竖向间
距继续分层开挖,依此进行,直至开挖到支护边坡锚板墙上部的锚
杆处.第3步开挖:在岩土结合面桩脚部位需配合围护体系的锚板墙
进行开挖,从锚板墙上部的支护锚杆处一次性开挖到基岩面,然后
立即组织上半部锚板墙的施工,此部分锚板墙具备相应强度后实施
锚杆预应力的张拉和锁定,随后可实施下部岩石的分层爆破开挖.
3.2岩石爆破
考虑边坡锚喷体系中锚杆的竖向间距采用分层钻孔毫秒微差延
时爆破松动技术,近边坡相应距离内采取静力破碎松动岩石.本工
程正式爆破施工以前先进行试爆,结合周边建筑物及基坑支护体系
的情况,试爆时设了南北两个爆区,共设置67个炮孔,采用毫秒微差
爆破工艺,每4个炮孔为1段,段与段间隔时间100 ms,单孔药量为
150 g.根据需要重点保护的爆区周边环境情况,爆破时保护住了基
坑支护体系则相应就保护住了基坑周边的建筑和管线.本次试爆分
别在爆区附近的支护桩冠梁上选择不同距离设置了两组测点,北爆
区设置了1号、2号、3号3个传感器,南爆区设置了4号、5号、6
号3个传感器,爆区平面距测点的高度差为11 m,测试仪器选用了
idts3850爆破振动自记仪,测点处实测的爆破最大振动速度见表1.
根据表1试爆结果,建议取参数k=205,α=1.8,从而得到爆破时
不同部位的装药量的理论依据.根据爆破测试报告,本次爆破的主
频范围为30~50hz,适用的安全允许振速v应为2·3~
2·8 cm/s.由于对土体中的支护桩安全允许振速没有相应的经
验,且考虑到需最大限度的保证附近居民楼和大酒店的安全及生活
不受影响,设计取振速v=2cm/s作为现场爆破工程的安全标准[4].
根据此标准,利用前面得出的k、α值,计算出距围护体系不同距离
处的单响最大药量见表2.
考虑到周边环境敏感复杂,最终确定实际施工过程中整个爆区
的最大单响药量不超过2 kg;在距边坡5 m以内单响最大药量不超
过0·2 kg,并在边坡内侧根据地质情况适当预留2~3 m岩石保护层
最后采用静态破碎法处理,以保护边坡支护体系的安全.
4结论
在复杂地质条件下,建造高层建筑,其地质勘察工作更应加强,
为结构设计提供的地质报告更应详尽、准确。工程地质勘察布孔较
一般情况下为密,深度应探至基岩面,针对岩土结合地质条件、周边
复杂的环境及狭小的场地条件,深基坑采用上部桩锚下部锚喷的深
基坑围护及无放坡开挖技术;锚板墙的设计可以有效地解决岩土结
合面处长螺旋灌注支护桩桩脚的嵌固问题.对于深基坑下卧基岩,
通过爆破试爆得出准确的爆破参数,有利于在正式爆破施工过程中
保障无放坡开挖时边坡支护体系的安全稳定,从而保证基坑支护体
系及基坑以外周边环境的安全.
参考文献:
[1]张同波,李华杰,姜振燕.邻海复杂地质条件下的止水帷幕及
地基处理技术[j].建筑施工,2005,27(11):10-13.
[2]王洪选,孙雪涛,李兆金.基坑加深后的边坡支护技术[j].青
岛理工大学学报, 2007,28(3):134-137.
[3]赵顺廷,刘海宁,李华杰.青岛国际帆船中心大型深基坑开挖
技术[j].施工技术,2006,35(2):36-37.
[4]中华人民共和国国家质量监督检验局.gb 6722-2003,爆破安
全规程[s].北京:中国标准出版社,2004.
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。
2024年4月6日发(作者：拱丰)
结合工程实例探讨岩土工程深基坑施工技术
摘要:岩土工程深基坑不仅是一个系统工程而且是一个古老且
具有时代特点的工程课题。文章通过对某工程具体工程案例探讨了
岩土工程深基坑工程的施工技术,对岩土工程深基坑施工技术中所
遇到问题要点进行了分析。
关键词:工程实例 深基坑; 设计施工开挖与爆破
结合江苏沿海地区的地质特点,介绍局促场地条件下岩土类超
深基坑工程施工要解决的问题,如:上土体边坡的止水及支护稳定
问题、下卧岩体的爆破开挖保证土体边坡的稳定问题.工程概况江
苏某大厦工程设3层地下室,地上设1座50层公寓楼和1座39层
办公楼,工程±0·000对应绝对标高6·800 m,两主楼基底开挖深
度约为23 m,主楼以外基底开挖深度约为17·5 m,工程基础底面积
6 500 m2,属于超深基坑.本工程场地狭小局促,周边环境敏感复杂,
北侧15·5 m距离紧邻某40层星级酒店,该酒店地下2层,基底相
对标高约-13 m;南侧14·7 m距离紧邻某13层住宅楼,该住宅楼地
下1层,基底相对标高约为-4·0 m;东侧紧邻交通繁忙的某公路,靠
近本工程一侧人行道下消防、电力、通信、有线电视、给排水及煤
气等管线密集,见图1.
根据地质勘察报告,本工程地质均为第四系全新统以来形成的
海岸阶地,表层受人工回填整平改造,原始地貌基本保存.主要岩性
为上覆素填土、粗砂等,厚度6~12 m,其下为分布广泛的花岗岩层,
其中强风化带揭露厚度1·10~8·70 m,层底标高-16·50~-2·09 m;
强风花带下为中风化带,其揭露厚度大于5·0 m,地质勘探未穿透本
层,工程的持力层均坐于中风化基岩中.工程土方量和石方量均约
55 000m3.
2基坑支护止水的设计与施工
2.1基坑支护方案设计分析
经对地质勘察报告、周边环境进行系统的分析,本工程属于青岛
沿海地区典型的上部砂土层下部岩石的地质条件.本工程超深基坑
支护方案[1]设计如下:上部砂土层采用钢筋混凝土长螺旋灌注桩
和高压旋喷止水桩间隔相交施工的桩锚体系,本体系在基坑开挖前
施工完毕;下部岩石层坡面采用锚喷体系作为支护方案[2].其中上
部的桩锚支护体系长螺旋钢筋混凝土灌注桩设计直径600 mm,相邻
桩间距1 000mm,相邻的长螺旋灌注桩之间设计直径800 mm的高压
旋喷桩,如图2所示.
2.2基坑的止水与排水
根据地质勘察报告,本工程地下水类型主要为第四系孔隙潜水
和基岩承压裂隙水,潜水主要赋存于填土层和砂土层中,承压水主
要赋存于基岩裂隙中,地下水埋深1·50~5·50 m,基岩裂隙水在场
区主要以层状、带状赋存于基岩强风化带和岩脉旁侧裂隙密集发育
带中.根据上述的支护设计方案,两两相交的长螺旋灌注桩和高压
旋喷桩在基坑周边封闭成一道连续的止水帷幕,将赋存于填土层和
砂土层中的潜水有效的阻截在基坑以外.对于基岩裂隙中的承压水,
由于其本身具有水压力,在下部锚喷体系施工过程中通过设置导管
有序的引流至基坑周边的临时排水沟中,最后通过水泵排至基坑以
外.
2.3支护桩桩脚的嵌固
鉴于本工程局促的场地条件所限,基坑边坡部位只能贴近支护
桩采取无放坡开挖,这种无放坡开挖施工对于上部桩锚下部锚喷的
复合基坑支护体系来讲需要解决的一个关键问题是岩土结合面处
的支护桩桩脚嵌固问题.由于受长螺旋灌注桩工艺所限,无法确保
其桩脚的入岩深度,另外,本地区土层以下的基岩面处为粗粒强风
化花岗岩带,由于裂隙发育,这种岩石一旦裸露或受扰动,将出现沿
裂隙面滑落的情况,长螺旋支护桩桩脚将处于悬空的状态,给基坑
的安全带来严重的隐患.为了解决这个问题,基坑开挖至岩土结合
面时在桩脚部位的坡面上设计施工了200 mm厚c20喷射钢筋混凝
土锚板墙,锚板墙上部、中部及下部均设置预应力锚杆进行锁定,有
效地解决了此类地质条件下垂直开挖基坑支护长螺旋灌注桩桩脚
容易出现吊脚桩的问题,见图3.
3基坑的开挖与爆破
3.1土方开挖
本工程基坑土方的开挖结合支护桩预应力锚杆的施工进行了分
步分层分区开挖[3],见图4.分层开挖是为了给预应力锚杆及腰梁
的施工创造施工工作面,分区开挖是为了避免预应力锚杆施工并最
终进行预应力锁定前基坑边坡暴露面过大、时间过长而对基坑造成
的安全隐患.第1步开挖:为了减少支护桩的长度以相应降低造价,
基坑支护桩施工以前先沿其外边线外侧1·0 m开始,整个场区下挖
1·5m,并分区及时组织周边支护桩及高压旋喷止水帷幕施工,待支
护桩上部的钢筋混凝土冠梁具备相当强度后,上砌1·5 m高240mm
厚砖砌体挡土墙,外侧回填整平.第2步开挖:在长螺旋灌注桩及高
压旋喷止水桩施工完成后贴近围护体系内立面分层进行无放坡开
挖,单层开挖深度2 m,开挖过程中及时穿插预应力抗拔锚杆的施工,
待抗拔锚杆预应力锁定到设计值后根据坡面预应力锚杆的竖向间
距继续分层开挖,依此进行,直至开挖到支护边坡锚板墙上部的锚
杆处.第3步开挖:在岩土结合面桩脚部位需配合围护体系的锚板墙
进行开挖,从锚板墙上部的支护锚杆处一次性开挖到基岩面,然后
立即组织上半部锚板墙的施工,此部分锚板墙具备相应强度后实施
锚杆预应力的张拉和锁定,随后可实施下部岩石的分层爆破开挖.
3.2岩石爆破
考虑边坡锚喷体系中锚杆的竖向间距采用分层钻孔毫秒微差延
时爆破松动技术,近边坡相应距离内采取静力破碎松动岩石.本工
程正式爆破施工以前先进行试爆,结合周边建筑物及基坑支护体系
的情况,试爆时设了南北两个爆区,共设置67个炮孔,采用毫秒微差
爆破工艺,每4个炮孔为1段,段与段间隔时间100 ms,单孔药量为
150 g.根据需要重点保护的爆区周边环境情况,爆破时保护住了基
坑支护体系则相应就保护住了基坑周边的建筑和管线.本次试爆分
别在爆区附近的支护桩冠梁上选择不同距离设置了两组测点,北爆
区设置了1号、2号、3号3个传感器,南爆区设置了4号、5号、6
号3个传感器,爆区平面距测点的高度差为11 m,测试仪器选用了
idts3850爆破振动自记仪,测点处实测的爆破最大振动速度见表1.
根据表1试爆结果,建议取参数k=205,α=1.8,从而得到爆破时
不同部位的装药量的理论依据.根据爆破测试报告,本次爆破的主
频范围为30~50hz,适用的安全允许振速v应为2·3~
2·8 cm/s.由于对土体中的支护桩安全允许振速没有相应的经
验,且考虑到需最大限度的保证附近居民楼和大酒店的安全及生活
不受影响,设计取振速v=2cm/s作为现场爆破工程的安全标准[4].
根据此标准,利用前面得出的k、α值,计算出距围护体系不同距离
处的单响最大药量见表2.
考虑到周边环境敏感复杂,最终确定实际施工过程中整个爆区
的最大单响药量不超过2 kg;在距边坡5 m以内单响最大药量不超
过0·2 kg,并在边坡内侧根据地质情况适当预留2~3 m岩石保护层
最后采用静态破碎法处理,以保护边坡支护体系的安全.
4结论
在复杂地质条件下,建造高层建筑,其地质勘察工作更应加强,
为结构设计提供的地质报告更应详尽、准确。工程地质勘察布孔较
一般情况下为密,深度应探至基岩面,针对岩土结合地质条件、周边
复杂的环境及狭小的场地条件,深基坑采用上部桩锚下部锚喷的深
基坑围护及无放坡开挖技术;锚板墙的设计可以有效地解决岩土结
合面处长螺旋灌注支护桩桩脚的嵌固问题.对于深基坑下卧基岩,
通过爆破试爆得出准确的爆破参数,有利于在正式爆破施工过程中
保障无放坡开挖时边坡支护体系的安全稳定,从而保证基坑支护体
系及基坑以外周边环境的安全.
参考文献:
[1]张同波,李华杰,姜振燕.邻海复杂地质条件下的止水帷幕及
地基处理技术[j].建筑施工,2005,27(11):10-13.
[2]王洪选,孙雪涛,李兆金.基坑加深后的边坡支护技术[j].青
岛理工大学学报, 2007,28(3):134-137.
[3]赵顺廷,刘海宁,李华杰.青岛国际帆船中心大型深基坑开挖
技术[j].施工技术,2006,35(2):36-37.
[4]中华人民共和国国家质量监督检验局.gb 6722-2003,爆破安
全规程[s].北京:中国标准出版社,2004.
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。