雙塔賓館項目深基坑支護工程施工技術(shù)研究

1 概述
　　諾富特-艾比斯賓館，位于阿聯(lián)酋阿布扎比市穆薩發(fā)工業(yè)開發(fā)區(qū)S-25區(qū)塊，第C-38、C-39地塊。賓館建于海溝南岸，是集住宿、餐飲、娛樂為一體的綜合性商業(yè)建筑，總建筑面積60816m2。地下四層，地上23層，建筑總高度87.85m，工程為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。深基坑支護工程包括：基坑圍護樁、樁頂混凝土冠梁、預應力錨固、樁面網(wǎng)噴混凝土和施工期井點降水。
　　2 工程地質(zhì)條件
　　工程位于阿拉伯海灣的阿布扎比海岸線，地勢平坦，主要為平原，地層為更新世或新近的碳酸鹽沉積物以及砂、淤泥質(zhì)粉砂、生物碎屑砂。地表沉積物在風力和蒸發(fā)作用下形成；海洋的潮汐分選使得沿海沉積了大量生物碎屑砂、淤泥質(zhì)砂。區(qū)域內(nèi)大風、干旱少雨，晝夜溫差較大，相對濕度大，風蝕較強。施工區(qū)內(nèi)地層主要為粉砂、淤泥質(zhì)粉砂、泥巖、結(jié)晶體石膏沉積。粉砂層：中密～密實，標準貫入10～47擊；泥巖層：非常不牢固到不牢固，泥巖芯樣的抗壓強度為0.6～15.6MPa；晶體狀石膏層：不牢固到中度不牢固，中度破碎，中度侵蝕，包含泥巖；石灰泥巖夾層：不牢固，輕度破碎，中度侵蝕，含有微量晶體狀石膏。晶體狀石膏芯樣抗壓強度1.3～11.0MPa。
　　3 施工設(shè)計
　　基坑支護系統(tǒng)采用鉆孔咬合樁圍護，樁頂鋼筋混凝土梁鎖口，樁身三圈錨索巖土層錨固，樁面掛網(wǎng)噴射混凝土的支護設(shè)計。施工期基坑內(nèi)大口徑井點降水，基坑外側(cè)輕型井點降水，圍護樁孔內(nèi)預設(shè)降水管結(jié)合筏板基巖內(nèi)排水溝管網(wǎng)降水。
　　3.1 圍護樁
　　圍護樁軸線長296m，樁孔由-0.7m～-20.0、-25.0m高程深度不等；樁孔直徑Φ1000mm，樁長19.3～21.3m，預埋降水管樁長24.3m；素混凝土樁和鋼筋混凝土樁按1：1相間布置，樁間咬合15cm；素樁混凝土設(shè)計為C25，鋼筋樁為C40。
　　樁頂鋼筋混凝土冠梁，斷面尺寸0.6m×1.0m，C40混凝土。
　　樁身三圈錨索，布置在-2.5m（-3.5m）、-7.25m、-11.5m高度；錨索為1000KN級無粘結(jié)錨索，鉆孔方位垂直樁面，傾角水平向下30°，錨孔深度16.0～25.0m，錨固段長度10m，設(shè)計張拉力990KN（702KN），錨固力745KN（526KN）；鋼絞線為符合ASTM A416/A426M-99標準的1860MPa級，7Φ5mm左旋，截面面積140mm2，彈性模量在1.95～2.0×105N/mm2的低松弛高強鋼。錨孔布置在素樁上，水平間距3.4m和1.7m兩種。錨索的張拉力通過規(guī)格為2UC 254×254×73和2PFC430×100×64兩種形式的型鋼鋼梁，傳遞給鋼筋樁，使圍護樁結(jié)構(gòu)整體均勻受力。
　　樁面網(wǎng)噴混凝土，設(shè)計厚度10cm，濕噴，混凝土為C25，掛網(wǎng)為20cm×20cm，Φ6mm鋼筋的成品網(wǎng)片。
　　3.2 降水
　　基坑內(nèi)布置13個直徑Φ450mm，深度25.0m的大孔徑井點降水孔；基坑外南側(cè)，緊靠圍護樁，在100m長度范圍內(nèi)，布置@1.0mΦ40mmL=6.0m的輕型井點降水系統(tǒng)。為了降低筏板揚壓力，圍護樁內(nèi)布置了13Φ450mm，L=24.3m的降水管，在筏板基巖內(nèi)開挖溝槽埋入Φ6″PVC花管，回填碎石，與樁內(nèi)降水管聯(lián)通，構(gòu)成基礎(chǔ)降水管網(wǎng)。
　　4 工程施工
　　4.1 圍護樁
　　圍護樁是通過素混凝土樁和鋼筋混凝土樁相互咬合，形成支擋和防滲的結(jié)構(gòu)物。本工程采用砂層套管護壁，旋挖鉆機成孔，直升導管法澆筑水下樁孔混凝土，液壓沖擊振動錘起下套管，套管最大下入深度14.7m，一般深度11.0m～13.0m。
　　施工采用3臺旋挖鉆機，2臺液壓振動錘，3臺50t履帶吊，2臺反鏟，1臺混凝土泵車，1臺灌漿泵，1臺套注漿拌制輸送一體機。從基坑北側(cè)東段開始施工，分段連續(xù)作業(yè)，逆時針方向跟進，完成基坑圍護樁封閉。單樁施工工藝：先施工素混凝土樁，后施工鋼筋混凝土樁，7-9個樁孔為一個循環(huán)。
　　4.1.1 施工方法
　?。?）導向槽采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，導向槽頂寬1.5m，高0.5m，斷面為矩形，樁孔直徑D102cm，相鄰樁孔中心距85cm。
　?。?）造孔先素樁孔，后鋼筋樁孔，按每次7～9孔分段進行。液壓振動錘在50t吊車配合下，下入該段內(nèi)的全部素樁護壁套管，旋挖鉆機套管內(nèi)鉆進至設(shè)計孔深。套管下入深度在相對堅硬層以上，一般11～13m。
　　素樁混凝土澆筑后，立即用振動錘進行套管起拔，起拔時間一般控制在混凝土澆筑后2小時內(nèi)。在素樁混凝土終凝后，強度達到10%～20%設(shè)計強度，2.5～5.0MPa時進行鉆孔。振動錘打入套管，旋挖鉆套管內(nèi)鉆孔至設(shè)計深度，對于段內(nèi)兩端的鋼筋樁孔，鉆孔完成后要用砂土回填形成砂樁，等下一施工段內(nèi)素樁完成后才能進行該鋼筋樁（砂樁）施工。一般段內(nèi)鋼筋樁鉆孔施工，時間控制在素樁混凝土澆筑后4～12小時以內(nèi)。
　　（3）采用直升導管法澆筑混凝土樁孔。用50t履帶吊起吊Φ150mm澆筑導管，導管距孔底不大于20cm，導管在混凝土內(nèi)的埋深不小于3m。依據(jù)施工實際，單樁孔混凝土純澆注時間一般為20～30min，導管提升速度控制在0.5 ～0.8m/min以內(nèi)。
　　4.1.2 質(zhì)量缺陷及原因分析 　　施工質(zhì)量缺陷：樁間及樁體的滲漏、鋼筋樁的露筋、樁體偏斜、素混凝土樁環(huán)狀裂紋。
　　（1）滲漏水：從工藝原因分析，鉆孔偏斜較大樁體間有縫隙，形成滲漏通道；混凝土澆筑中塌孔，混凝土上升速度快，形成泥沙包裹或孔壁泥沙沒有被混凝土擠出，成樁后泥沙駐留部位成為滲漏通道；套管起拔時機掌握不好，時間稍晚，素樁出現(xiàn)環(huán)狀裂紋，鋼筋樁出現(xiàn)寬度等于鋼套管壁厚的樁間寬縫，形成滲漏通道。
　?。?）樁體露筋：清孔不達要求、澆筑中塌孔、孔內(nèi)泥沙巖渣含量較大；澆筑中混凝土上升速度較快，導管提升速度也快，造成鋼筋籠與孔壁間的泥沙巖渣未被混凝土擠出，駐留孔內(nèi)包裹鋼筋籠，開挖后露筋。
　?。?）環(huán)狀裂紋：環(huán)狀裂紋出現(xiàn)在素混凝土樁身上，與混凝土本身配合比有一定關(guān)系外，主要是套管起拔較晚，混凝土初凝后振動起拔套管對樁體形成了輕度破壞，形成水平環(huán)狀裂紋，部分裂紋有滲水現(xiàn)象。
　　（4）樁偏斜：套管下設(shè)偏斜；鉆出套管后，操作手鉆進參數(shù)使用不當，造成鉆孔偏斜；導向槽變形，失去導正作用，使得鉆孔偏斜。
　　以上幾種質(zhì)量缺陷，成因不是單一的，但最后集中表現(xiàn)在滲漏上，圍護樁最大的缺陷就是滲漏，控制好每道施工工藝，才能防止?jié)B漏。
　　4.2 錨索
　　隨著圍護樁基坑的分層開挖，自上而下進行不同深度的錨索施工。
　　4.2.1 施工方法
　?。?）鉆孔：錨索孔鉆孔直徑165mm，鉆孔傾角向下30°，方位為垂直圍護樁面。開孔孔位誤差不大于10cm，孔深誤差±10cm，傾角誤差1°，方位角誤差不大于2°。
　　鉆孔采用全套管跟進，風水聯(lián)合沖洗，孔內(nèi)砂土和巖渣隨沖洗液不斷被帶出，在套管外的鉆孔形成了極為不規(guī)則孔壁。
　　（2）錨索制作安裝：無粘結(jié)鋼絞線錨固段需要去皮除油，然后編制成錨索束，運到孔口，人工配合鉆機安裝到孔內(nèi)，錨束外露長度不小于1.50m。
　　（3）錨固段灌漿：錨索入孔后，起拔護壁套管一根，立即錨固段灌漿。灌漿水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿材設(shè)計標號C35（7d），水泥漿采用0.4：1水灰比。進漿管注漿至孔口出濃漿，出漿比重等于進漿比重，實際灌注量遠大于理論進漿量（176L），中斷灌漿，起拔套管，每拔出兩根套管，補漿一次，補漿孔口返漿停止，連續(xù)補漿3次，結(jié)束灌漿。
　?。?）錨索鋼梁安裝：鋼梁采用型鋼，規(guī)格為：2UC 254×254×73，2PFC 430×100×64kg/m兩種，第一圈為2UC型鋼，第二、三圈為2PFC型鋼，型鋼梁水平安裝在錨索孔相應高程，鋼梁與每根鋼筋樁體緊密接觸。
　?。?）錨索加載安裝：錨具15-7、錨具15-5，錨板外型尺寸分別為：Φ135×60mm、Φ115×45mm。
　　錨索張拉均在內(nèi)錨段漿體達到設(shè)計齡期后3天內(nèi)進行。張拉前計算每根錨索的理論伸長值，張拉采用逐級加載逐級測量伸長量，以125%的設(shè)計張拉力P進行加載安裝。
　　1）張拉分級：25%P預緊→50%P→75%P→100%P→125%P安裝。2）預緊：單根預緊張拉力30KN，整體預緊張拉力25%P。3）分級張拉每級穩(wěn)壓5min，最后一級穩(wěn)壓10min。張拉符合BSI/BS8081：1989規(guī)范要求。
　?。?）錨索二次灌漿：錨索加載安裝完成后，立即進行二次壓力灌漿，灌漿后孔口應不再發(fā)生滲水，對仍有滲水的則采取速凝水泥堵漏、再次灌漿、埋管引流等措施進行處理。
　　4.2.2 特殊情況處理
　　（1）鋼絞線加長：開挖使部分錨索外露鋼絞線嚴重變形，張拉長度不能滿足要求，采用雙夾片高強接手加長鋼絞線。
　?。?）由于地層和設(shè)計原因，在第二圈錨索施工中出現(xiàn)了錨根段滑移現(xiàn)象。實際巖層變化情況，砂層到泥巖的地質(zhì)界線在-14.2m～-15.0m之間，分界線上的泥巖性狀非常不牢固、中度破碎，第二層錨索布置在高程-11.25m處，錨索孔深度分別為20m、22m，錨固段10m，進入泥巖層的錨固段分別為4.5m、6.5m，地勘報告提供的-15.0m～-28.0m的泥巖表面摩擦極限值為3.6kg/cm2，鉆孔直徑按15～20cm進行考慮，設(shè)計張拉力按100t計算，錨固段極限長度應5.9m～4.42m，理論計算：（100000kg/3.6kg/cm2）/（3.14159×20cm）=442cm=4.42m。
　　鉆孔采用直徑165mm時，最小極限長度4.68m；如果安全系數(shù)按2.0考慮，錨固段長度應為9.36m，取整為10m。設(shè)計計算說明書，錨固段長度應不小于5m。從失敗的錨索統(tǒng)計看，95.6%為孔深20m的，從分布位置上看，65%以上在基坑的南側(cè)。這說明錨固段深度設(shè)計不夠，特別是南側(cè)錨索應再深入泥巖，使錨固段避開較薄弱的地層分界線。對于錨固段滑移錨索，采用下移孔位1.5m，使錨固段不再處于地層分界處，為了圍護樁的安全，對失敗的錨索按一個失敗增補兩個的原則處理。
　?。?）第二圈錨索進行整體調(diào)整，錨索水平間距由3.4m調(diào)為1.7m，最大張拉力由1404KN調(diào)為702KN，增加錨索數(shù)量，降低錨索單束張拉力，使圍護樁的整體受力更好。
　　4.3 樁面噴射混凝土
　　基坑開挖到-16.00m后噴射混凝土施工。由基面搭設(shè)腳手架到樁頂位置，由上向下分層分段進行網(wǎng)噴作業(yè)。打孔埋設(shè)Φ6mm鋼筋，人工掛Φ6mm20×20cm的鋼筋網(wǎng)片，按3m×2.5m間排距布置埋設(shè)混凝土測餅，測餅厚度等于混凝土網(wǎng)噴厚度。設(shè)計混凝土C25，噴射厚度10cm，混凝土骨料最大粒徑5mm。采用濕噴法進行混凝土噴射施工。
　　5 施工期變形監(jiān)測
　　在圍護樁鎖口梁頂面布置變形觀測點，定期觀測樁的位移變化，通過半年多的測量監(jiān)測，最大位移僅7mm，隨開挖深度的增大，圍護樁基本沒有發(fā)生顯著位移變化。隨著錨索鋼梁的自下而上分段拆除，錨固力卸荷，監(jiān)測結(jié)果表明，樁頂位移變化，局部最大10mm。