某基坑工程止水及支护设计.docx

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1、某基坑工程止水及支护设计孙会哲I李宏义2曹红印3刘洪平4【摘要】：北京某基坑工程地下水埋藏浅，赋存条件复杂，基坑紧邻建筑物，增加了基坑降水及基坑支护难度。根据场地地质条件，在充分论证的基础上，本工程使用了深层搅拌水泥土桩止水帷幕作为止水方案，为降低造价，以止水帷幕配合短土钉作为通常地段的支护方案，重要部位以悬臂式钢筋混凝土灌注桩支护，取得了很好效果。本文介绍了深层搅拌水泥土桩止水帷幕与钢筋混凝土灌注桩在该基坑止水及支护中的成功应用。关键词：基坑止水、支护，深层搅拌水泥土桩止水帷幕，钢筋混凝土灌注桩，土钉1 .工程概述拟建工程位于北京市朝阳区，拟建地下车库地下1层，建筑物长84m,宽36m,上部

2、覆土1.5m,基础底面为地下6.00m,现浇钢筋混凝土框架结构，墙下筏板基础，基坑开挖深度约6.0mo因基坑开挖深度较大，且紧邻建筑物，地下水位埋藏较浅，需采取支护及降排水措施，以保证基坑开挖及周围建筑物稳固。2 .场地岩土工程条件2.1 工程地质条件拟建场地地貌单元属永定河冲洪积扇的东北边缘，地形平坦，地基土要紧由新近沉积粉质粘土与第四系沉积粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土、粉细砂构成：新近沉积粉质粘土：黄褐色，湿，可塑，土质不均，含铁、锦氧化物，偶见诚屑。本层上部为素填土薄层。层厚1.502.00m0粘质粉土：褐黄色，饱与，土质不均，含铁、锈氧化物及云母片，属中高低压缩性土。层厚3.303.8

3、0m0粉质粘土粘土-1：褐黄色，饱与，软塑可塑，土质不均，含少量姜石及铁、镒氧化物。呈透镜体分布于粉质粘土层中。属中中高压缩性土。粘质粉土：灰色，饱与，土质不均，含铁、锌氧化物及云母片，属中低低压缩性o层厚1805.90m粉质粘土灰色，饱与，软塑可塑，土质不均，含少量姜石及铁、镒氧化物及钙质条纹。呈透镜体分布于粉质粘土层中。砂质粉土2：灰色，饱与，土质不均，含细砂团及云母片。呈透镜体分布于粉质粘土层中。粉细砂：灰色褐黄色，饱与，密实，要紧矿物成分以石英、长石。层厚1505.20mo夹砂质粉土1透镜体。中粗砂：灰黄色，饱与，密实。要紧矿物成分为长石、石英，含少量砾、卵石。层厚0.505.00m,

4、层底标高21.7222.53m。1、2、3、4：中国兵器工业北方勘察设计研究院粉质粘土：灰黄褐色，饱与，可塑硬塑，土质不均，含铁、锌氧化物斑点，夹粘质粉土薄层，属中低低压缩性土。层厚2.506.80m,层底标高15.372O.O3m。地基土层抗剪及渗透指标表1土层名称C(kPa)（度）k(md)粘质粉土20250.1粉质粘土粘土-120100.05粘质粉土15200.1粉质粘土-120150.1砂质粉土-210200.5粉细砂O302.0砂质粉土-15200.5中粗砂O355.0粉质粘土20200.12.2 水文地质条件根据岩土工程勘察报告，拟建场地地层为永定河冲洪积层，勘察期间在勘察深度45

5、m范围内发现三层地下水，第一层为潜水，要紧分布在粉细砂、中粗砂中，地下水具微承压性质，含水层埋深7.410.7m,厚度2.26.6m,静止水位埋深899.8m因勘察期间受邻近建筑工地降水影响，水位埋深较大；第二层为潜水，要紧含水层为粉质粘土，静止水位埋深17.70m；第三层为微承压水，要紧含水层为粉细砂、中粗砂，静止水位埋深26.10m。根据资料，场地历年最高地下水位接近自然地表。为调查场地地下水变化情况，在基坑开挖前对地下水进行了长期观测，基坑影响范围内观测到两层地下水，第一层为上层滞水，稳固水位埋深3.5m,第二层为贮存于粉细砂、中砂的微承压水，稳固水位埋深为4.5m。根据施工要求，本次降

6、水要求降至基坑开挖面下列0.5m处，水位埋深-6.5m。基坑降水要求及水文地质条件见图1.2.3 周边建筑环境场地周边施工场地狭小，基坑南侧距离新建3#住宅楼电梯井约1m,新建3#住宅楼高12层，一层地下室，筏板基础，基础埋深3m,基坑不具备放坡条件，需进行必要支护措施保证3#楼稳固，同时避免降水作业可能造成3#楼的地基沉降。基坑平面位置及建筑环境详见图2。3 .设计方案3.1 设计目的满足基坑开挖所需的降水、止水要求；保证开挖及施工期间基坑侧壁与周围建筑的稳固；3.2 方案论证图1基坑降水及水文地质条件示意图高层住宅道跖图2.基坑平面示意图(1)受周边场地条件限制，场地狭小无降水井施工场地，

7、同时降水有可能对周边建筑物造成危害，本工程不能使用降水方案，为消除地下水给施工带来的影响及对周围建筑物造成危害，设计使用止水帷幕方案。同时，基坑开挖深度较大，南部建筑物距离太近，为保证施工期间基坑侧壁的稳固性及周边建筑物的安全，需采取必要的基坑支护措施。初步考虑使用深层搅拌水泥土桩墙既可作为止水帷幕起到操纵地下水作用，并作为重力式支护结构保证基坑的稳固性。(2)考虑以搅拌水泥土桩墙作为重力式支护结构来保证基坑稳固，西、北、东三侧是能够的，但作为重力式支护结构要保证紧邻3样楼的南侧基坑稳固，经计算，挡墙宽度需达到2.4m,受场地限制，南侧同意施工场地只有1m,只能施工一排搅拌桩，经计算不能满足要

8、求，因此选用钢筋混凝土灌注桩与深层搅拌相结合的方案作为南侧基坑支护方案。(3)根据止水帷幕的设计要求，止水帷幕宜插入含水层底板下列23m,止水帷幕渗透系数小于1OX1OJm/d。根据地层条件，最大加固深度应为地表下列17m。按照此设计参数施工，施工难度较大，现有施工设备难以完成，且成本较高，最终选用悬挂式止水帷幕，坑内结合集水井明排设计方案。(4)为降低造价，考虑地下水在地表下3.50m,设计深层搅拌止水帷幕桩桩顶位于地面下3.5m,以上地层使用短土钉及喷射混凝土面层支护。3.3 设计方案(1)综合考虑支护及止水结构，基坑四周确定深层搅拌桩，桩径600mm,桩间距450mm,共布置深层搅拌桩1

9、排，桩顶距地表3.5m,桩长9m。顶部铺设厚度为20Omm钢筋混凝土顶部压板，并与挡墙用插筋连接，插筋为1q12,长度Irrio(2)基坑南侧临近3#楼地段因距基坑距离较小，使用悬臂钢筋混凝土灌注桩作为支护结构。悬臂护坡桩方案如下：护坡桩桩径600mm,桩间距1350mm,桩顶距地表1.5m,桩长7.7m,嵌固深度3.3m。桩顶冠梁宽600mm,高500mm0混凝土：桩身及冠梁混凝土使用C25混凝土。灌注桩配筋：主筋8中18,加劲箍。122000,螺旋箍筋48200。冠梁配筋：主筋616,螺旋箍筋8200。(3)东、北、西侧基坑为减小搅拌水泥土桩墙所承受土压力，水泥土桩墙以上部位使用短土钉及喷

10、射混凝土面层对上部土体加以保护。设计方案为：地表下列3.5m范围内使用土钉墙支护，边坡按1：0.1放坡开挖，根据场地条件，土钉支护结构设计参数见下表：土钉支护设计参数表2土钉道号竖向间距(m)水平间距(m)入射角()长度(m)孔径(mm)钢筋(H级)11.01.3010.04.51001622.21.3010.04.51001633.41.3010.04.510016浆体材料使用水灰比为0.40-0.45的P.O32.5#水泥净浆。面层构造：面层使用挂中6250x250钢筋网，喷射C20混凝土面层，厚度80mm,基坑顶部宽出基坑外缘IOOOmm,每道土钉设中12水平加强筋，以增强面层的整体性。

11、间隔布置泄水孔。(4)支护结构嵌固深度确定后，对基坑底抗隆起稳固性及抗渗流稳固性进行验算。基坑底抗隆起稳固性按(1)式验算：YD二_ncto+Y(z+r)+(，)式中：MA承载力系数,取5.14to一由十字板试验确定的土体强度，本工程根据抗剪强度指标求出，0=58kPa;了一士的重度(kNmr;1支护结构入土深度(m)；q地面荷载(kPa)；人一基坑开挖深度(m)计算结果：YD=2.5基坑坑底抗渗流稳固性按(2)式验算：_Ym+，)(2)yRw-PW式中：Vm-透水后以上土的饱与重度(kNm3);/+t透水层顶面距基坑底面的深度(m)；Pw-含水层水压力(kPa)；Vrw-渗流稳固抗力分项系数

12、计算结果：YRw=1.4；基坑底抗隆起稳固性及抗渗流稳固性均满足安全性要求。止水帷幕及支护设计见图3。b.南侧止水、支护班c.东西北侧止水桩设诗平面图设计平面图图3.I上水帷幕及支护设计图(5)排水措施：坑底四周距离侧壁30Omm布置明排水沟及集水井，在搅拌桩之上间隔布置泄水孔。4 .施工概况(1)注浆材料的选择水泥土重度比原土提高约3%,含水量降低约10%,渗透系数约为105106md,抗渗等级为0.20.4MPa级，水泥土抗渗性能随水泥掺入比提高而提高，随龄期增加而提高。为增加帷幕抗渗性能，水泥掺量宜取高值，在本工程中，水泥土中水泥掺量为15%,水泥使用P.O32.5o(2)工艺流程：为保

13、证隔水效果，木次施工使用“二次喷浆、三次搅拌”工艺。就位一预搅下沉一制备水泥浆一提升喷浆搅拌一沉钻复搅一重复提升搅拌一移位一清洗。(3)深层搅拌桩施工技术要求施工机械选用喷浆型双轴深层搅拌机,搅拌头直径600mm,深层搅拌机械就位时应对中，最大偏差不得大于2cm,机械垂直度偏差不得大于1%桩长，搅拌头下沉到设计深度时，再次检查并调整机械的垂直度。当搅拌机的切削与提升搅拌负荷太大，电动机超过额定电流时，应降低速度，适当补给清水，当发生卡钻、停转现象时，应将搅拌头提出地面，重新启动。灰浆制备系统应保证水平泵送距离不大于50m,确保注浆压力，水泥浆不得有硬结块，每根桩灰浆将压完时，应注入适量清水，以

14、压送管内残留灰浆。灰浆泵及管路应定期拆开清洗。样槽开挖：深层搅拌施工过程中，会出现较大涌土现象，高于原地面，为桩顶标高操纵及后期混凝土面板施工带来烦恼，为克服涌土带来的不利后果，在水泥土墙施工前开挖一定深度的样槽，样槽深1m,宽出水泥土墙500mm。施工前清除施工范围内一切隙碍，清除障碍范围较大或者深度较深时，做好覆土压实，防止机架倾斜。水泥使用新鲜、不受潮、无结块的水泥，搅拌时注意操纵搅拌时间、水灰比、及外加剂掺量，严格称量下料。正式施工前进行了工艺试桩，确定合理的提升速度及注浆速度，与钻进深度、灰浆配合比、喷浆压力等，克服注浆不均匀及缺浆冒浆的缺点。深层搅拌使用搅拌头上下各二次的搅拌工艺，

15、喷浆时提升(或者下沉)速度不大于0.5mmin,水泥浆水灰比不宜大于0.5,泵送压力大于0.3MPa,泵送流量恒定。为保证隔水效果，相邻桩的搭接不小于150mm,前桩水泥土尚未固化时进行后续搭接桩施工，时间间隔不得大于10小时。钻头及搅拌叶检查：经常性制度性的检查搅拌叶磨损情况，当发生过大磨损时，应及时更换或者修补钻头，钻头直径偏差不超过3%,并应保持注浆孔畅通。(4)灌注桩施工因地下水影响，灌注桩施工不能采取干作业施工，本次施工使用压灌成桩，振动沉入钢筋笼。5 .效果评价(1)止水效果本工程若不使用排水措施，按照承压水完整井计算基坑出水量：2=2.73.(3)Igd+-)式中Q基坑总涌水量(m3d)M承压含水层厚度(m)k渗透系数(md)R影响半径(m)ro概化基坑圆半径