综合门诊楼项目地下两层,地上七层。地下两层主要为机械停车库、设备机房,局部为人防区域。基坑最大开挖深度11.75m,平面面积10136m2。基坑周围分布着外科楼、内科楼、医技楼、急诊中心、住宅楼等建筑,还有很多地下管线,距离基坑最近的地方不到1.50m。在基坑施工过程中,需要确保医院各项工作正常开展。综合确定基坑安全等级为一级。
基坑支护结构设计主要为护坡桩+锚索支护,护坡桩直径1.20m,间距1.50m。一桩一锚,两道预应力锚索,第一道锚索距地表3.0m,长度21.0m;第二道锚索距地表7.0m,长度20.0m。采用桩间高压旋喷和护坡灌注桩共同组成止水帷幕,基坑内降水为主。
根据岩土工程勘察报告,本基坑工程所涉及各土层的岩性特征自上而下的描述如下:
第①层:杂填土,杂色,稍湿,松散,主要以粉土为主,含砖块、碎石等。
第②层:中粗砂,黄褐色,松散-稍密,主要以石英、长石组成,含云母,磨圆度中等,含粘性土。
第②1层:粉质粘土,深灰色,软塑,切面稍有光泽,干强度和韧性中等,含细砂。
第③层:粉质粘土,浅红褐色,软塑-可塑,切面稍有光泽,韧性低,干强度中等,土质不均匀,混有细砂,夹淤泥质。
第③1层:中粗砂,深灰色,松散,饱和,主要以石英、长石组成,含云母,粘性土与砂土混合一起,粘性土含量约30%。
第④层:粉质粘土,黄褐色,软塑-可塑,切面稍有光泽,干强度和韧性中等,土质不均,含粉土。
第⑤层:中粗砂,褐黄色,中密-密实,主要以石英、长石组成,含云母,磨圆度较差,含粘性土。
第⑥层:砾砂,褐黄色,中密-密实,饱和,主要以石英、长石组成,含云母,磨圆度较差,呈棱角状,局部含卵石、粘性土。
第⑦层:圆砾,中密-密实,饱和,砾石含量约40%,中粗砂充填,混少量卵石,卵石最大粒径6cm。卵石、砾石成分杂,以岩浆岩、沉积岩为主,卵石、砾石磨圆度中等,呈亚圆状、棱角状。
第⑧层:强风化混合花岗岩,褐黄色-灰褐色,主要矿物成分为斜长石、石英及少量角闪石、黑云母。组织结构大部分破坏,岩芯为砂土状、碎块状,手捏可碎,干钻不易钻进。
地下水位埋深为1.4-2.1m,相应高程为0.63-1.78m,地下水位类型为第四系孔隙潜水,地下水年变幅为1.0m左右,属潜水,大气降水影响地下水位的升降。地下水补给来源主要为大气降水和周边河水。近5年最高水位高程可按照黄海高程2.20m考虑。
预应力锚索主要成孔方法主要有:①人工洛阳铲成孔。适应地层稳定性较好,可以干作业,孔深较浅情况;②机械螺旋钻成孔。适应干作业成孔,效率较高;③地质钻机单管泥浆护壁成孔。适应有地下水,但水压较小,地层稳定性较好情况;④锚杆钻机全套管跟进成孔。适应高水压复杂地层中成孔,有利于保持孔壁稳定性。施工机械复杂,效率较低,造价高。
综合门诊楼项目基坑地下水位很高,锚索穿越地层以松散-中密状态砂土层和软塑-可塑状态粉质粘土为主,孔壁容易坍塌。基坑四周环境复杂,需要确保孔壁稳定,不发生塌孔现象。所以综合选择全套管跟进成孔工艺施工预应力锚索。全套管钻进又分为单动双管和双动双管两种工艺,考虑到本项目地层有较密实的粗砾砂层和圆砾层,所以采用双动双管施工工艺。
在高水压砂卵石地层中锚索施工质量控制主要分为三个方面:一是地下水控制;二是成孔质量控制;三是钢绞线安放和注浆质量控制。
1、地下水控制是在锚索施工过程中短时间降低基坑外侧地下水,以减小锚孔中的水压。在锚索施工完成后很快恢复基坑外侧地下水位,保证不影响基坑周边建筑物和管线因水位降低产生过大沉降。在施工前应计算允许的水位降深,即计算满足周边建筑物位置允许发生沉降变形值时的最大降水深度。或者计算一定降水深度时周边建筑物发生的沉降值是否小于允许值。该综合门诊楼项目经过降水沉降计算,确定当基坑边坡位置降水深度距地表小于8.0m时,不会引起周边建筑物的过大沉降。在锚索施工过程中还应加强对周边建筑物和管线的变形监测,如发现变形超过允许值应立即停工,查明原因采取必要措施后再复工。
2、锚索成孔质量的控制主要是选择能够保证孔壁稳定的成孔方法。如前所述,该项目选择双动双管全套管跟进施工工艺。钻杆和套管的端头装设有合金钢钻头,具有回转和冲击单作用及双作用钻进功能,套管与钻杆同时钻进,实现套管跟进护壁。成孔过程中采用比重1.05左右的稀泥浆护壁,泥浆从钻杆内泵入,从钻杆和套管间空腔流出孔口,将钻屑泥土带出。优点是避免了泥浆对孔壁的冲刷,套管和泥浆共同保护孔壁,先注浆后拔套管,有效防止塌孔。
3、钢绞线制作安装需要按照设计和规范要求进行,这里不在赘述。为了保证预应力锚索的抗拔承载力,采用二次注浆工艺。一次注浆与二次注浆都使用纯水泥浆,水灰比0.5:1,搅浆用水为基坑降水井内的地下水,水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥。一次注浆为常压注浆:用高压水冲洗钻孔并一次注浆完成后,即可安放锚索杆体,由于注入的水泥浆较孔内残留的泥浆、清水比重大,故能依次将泥浆、清水置换出来,由孔底开始注浆,当孔口冒出的水泥浆与新浆相同时,再继续注满水泥浆即可,拔套管时及拔完套管需补2-3次水泥浆,保持孔内水泥浆为注满状态。二次高压注浆:在一次注浆结束后水泥浆液达到初凝前拨出套管。拨管后应注意检查锚索筋体位置是否正确。在水泥浆液达到终凝后通过预埋的注浆管高压注浆,管内水泥浆在高压作用下,劈裂一次注浆时的水泥结石体,向锚固端土壤扩散,渗透压缩周边土体,增大锚索直径,提高锚索抗拔力。
以第二道锚索为例进行二次高压注浆压力计算,计算简图见图2,土平均重度按20 kPa,水深按5m,管路等压力损耗系数按20%计算:P=(20×12+10×5)×1.2=348kPa。实际施工时选用0.5～1.5MPa。初始注浆时需要克服水泥结石体强度,压力最高可以达到3.0 MPa。
秦皇岛某医院综合门诊楼项目基坑锚索施工过程中,由于施工工艺选取得当,预防措施到位,监测到的最大沉降值不到10mm,没有造成基坑周边建筑物的过大沉降变形。
高水压砂卵石地层中锚索施工按照本文的阐述方法进行施工基本能够保证安全。但在水压特别高特别松散的地层中施工还要特别注意,需要结合监测信息法去施工,必要时对设计进行调整。
另外在该项目锚索施工完成后,锚索孔有渗水现象,这也是桩锚+止水帷幕基坑支护方法普遍存在的问题,今后应加强研究,争取采取有效措施避免这种情况发生。
摘要：为了充分开发利用地下空间,现代建筑物地下埋置深度及体积越来越大,基坑工程的难度也越来越大。特别是当地下水位很高,为了避免基坑降水给周边建(构)筑物以及地下管线等造成不良影响,采取止水帷幕措施时,在施工预应力锚索过程中,由于锚索孔内水压较大,经常会遇到涌水、涌砂、塌孔等问题,尤其是在松散的砂卵石地层中施工,更容易导致成孔困难、基坑变形过大,危及基坑安全的情况发生。所以高水压砂卵石地层中锚索施工就成为基坑工程中特别关键的工序之一,其质量控制也成为基坑工程质量控制的重点,也是关系到基坑工程安全的关键因素之一。下面以秦皇岛市某医院综合门诊楼基坑工程为例,阐述高水压砂卵石地层中预应力锚索施工质量控制。
关键词：高水压,锚索施工,质量控制,沉降变形
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