靠近深基坑高聳構筑物的加固與糾偏技術

張永剛

1 工程概況

杭州地鐵某車站為地下2層島式車站,圍護結構采用咬合樁,車站采用明挖順作法施工。距車站基坑3.5 m為臨平城市標志塑像,高28.8 m,重約600 t,靠城標附近基坑寬 18.3 m,深約15.34 m。城標采用群樁基礎,樁基礎埋深比車站基坑底部高約30 cm,共設置34根沉管樁,樁徑為377 mm,有效樁長15 m,樁頂標高為相對于原地面下2.9 m,樁體籠頂鋼筋錨入承臺,承臺為鋼筋混凝土結構。

車站場區(qū)地形平坦,位于杭嘉湖平原與浙西山區(qū)交匯處的浙北平原地區(qū),錢塘江下游之江段,江杭運河南端。場地位于杭州北部沖海積平原區(qū),第四紀覆蓋層厚度達40.0 m～45.0 m。城標與車站相對位置及地層分布情況見圖1。

2 設計階段車站圍護結構的選擇

設計階段考慮到城標保護的重要性,圍護結構方案使用鉆孔咬合樁,而沒有使用地下連續(xù)墻,兩種施工工藝對比見表1。

3 采取的保護措施

3.1 設計階段采取的保護措施

1)在城標附近20 m長的基坑范圍,水平鋼管支撐間距均控制在2 m,減少基坑開挖對城標的影響;2)基坑外城標附近不允許降水,避免降水引起城標的不均勻沉降。

表1 地下連續(xù)墻和鉆孔咬合樁施工對比表

3.2 施工階段采取的保護措施

1)減少振動對城標的影響,降低沖抓高度或采用旋挖鉆機成孔。2)城標附近的咬合樁不設置施工縫,咬合樁連續(xù)施工通過城標位置。3)嚴格控制施工質量,對可能存在質量缺陷的位置,提前采取堵漏措施。4)根據(jù)工程院院士劉建航提出的深基坑開挖“二十三條”的要求:基坑每塊土方的開挖在16 h內(nèi)完成,并在8 h內(nèi)完成支撐的安裝,有效控制基坑變形。5)制定詳細的監(jiān)測方案。做到信息化施工,以確保在施工過程中圍護體系和城標的安全。城標布設的沉降監(jiān)測點位置見圖2(S1～S8)。

4 項目實施初期出現(xiàn)的問題及原因分析

雖然前期進行了周密的布置,但隨著地鐵基坑圍護結構咬合樁施工,城標開始產(chǎn)生不均勻沉降,咬合樁圍護結構施工完成時,最大沉降S2點為5.8 cm,最小沉降S7點為1.6 cm,不均勻沉降達4.2 cm,城標變形4.37‰,超過設計允許變形3‰。

對城標產(chǎn)生不均勻沉降的原因進行分析,歸納如下:1)咬合樁成樁過程中的沖抓產(chǎn)生的振動是造成城標沉降最主要的原因,成樁前期沖抓成孔為主,城標沉降速率較大,后灌水反壓,加大護筒超前深度,均未明顯降低沉降速率,改為旋挖鉆機成孔為主,沉降速率明顯降低。2)咬合樁施工過程中插拔護筒,對周邊土體進行擾動,造成城標周邊水土流失。咬合樁護筒利用機械設備旋轉插拔,整個施工過程不斷擾動土體,對周邊土體擾動較大。3)城標自重及機械負重影響。城標總重量超過600 t,高聳建筑物對周邊不均勻荷載的影響反映較為敏感。咬合樁施工機械重40 t,緊鄰城標施工也加劇了城標的變形。

5 城標加固與糾偏處理方案

5.1 加固方案及實施效果

1)整體加固方案。對城標靠近基坑側采用旋噴樁加固,加固范圍為臨近基坑側及相鄰兩側進行旋噴樁加固,形成U形槽,與咬合樁樁長同深,U形槽內(nèi)進行雙液漿注漿加固,加固深度為基坑底3 m。旋噴樁U形加固體見圖2。

2)旋噴樁技術要求。旋噴樁施工采用二重管旋噴樁樁機。噴樁徑800 mm,咬合 250 mm,旋噴深度至基坑底3 m,為減少對城標的影響,旋噴樁跳躍施工。旋噴樁采用32.5普通硅酸鹽水泥,水泥摻量不低于500 kg/m3,成樁土體無側限抗壓強度qu≥1.2 MPa。

3)施工技術要求。施工機械選用成孔注漿一體機成孔,該鉆機可以傾斜鉆孔注漿。注漿孔間距0.8 m,呈梅花形布置,注漿材料采用水泥—水玻璃雙液漿。水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥,水玻璃采用原濃度為40 Be′的水玻璃漿液,模數(shù) M=2.5。

4)施工影響分析。根據(jù)旋噴樁施工時城標監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,旋噴樁的施工對城標初期影響較大,最大沉降達到0.6 cm/d的速率,不均勻沉降呈增大趨勢。施工2 d后因數(shù)據(jù)過大暫停施工,5 d后繼續(xù)施工,通過監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示對城標的影響持續(xù)減少,4 d后每天只有2 mm,沉降見效的原因為初期施工的旋噴樁具備強度后能初步平衡后續(xù)旋噴樁施工影響。旋噴樁U形加固體施工共16 d,城標最大沉降S2點達到 10.5 cm,最小沉降S7點為5.1 cm,不均勻沉降為5.4 cm。注漿加固對城標變形的影響非常小,僅起到了填充土體的作用。

5.2 糾偏方案及實施效果

1)糾偏方案。在加固體基本完成后,使用4臺注漿鉆機傾斜鉆孔,孔底距城標承臺底部1.5 m～2 m,水平距承臺邊緣約1/4承臺寬度,用4臺注漿機同步注漿,利用液壓原理使土體和漿液平均作用于承臺底部,產(chǎn)生抬升力,短期抬升城標承臺,最終達到糾偏目的。注漿抬升孔的布置詳見圖3。糾偏注漿漿液采用水泥—水玻璃雙液漿,凝固時間為20 s,注漿壓力一般控制在2 MPa以內(nèi),最終壓力達到3.5 MPa以后,鉆機提升30 cm～50 cm,繼續(xù)注漿穩(wěn)定到3.5 MPa壓力,城標不再發(fā)生變化,停止注漿。注漿抬升總計實施10 h,利用全站儀全程監(jiān)控,根據(jù)抬升速率不斷調整注漿壓力,確保抬升速率在可控范圍之內(nèi)。

2)實施效果。根據(jù)既定方案順利達到預期的糾偏目的,最終不均勻沉降0.7 cm。糾偏過程不均勻沉降數(shù)據(jù)變化曲線見圖4。

5.3 整體效果分析

本地鐵車站工程主體結構已經(jīng)完成,城標均勻沉降7 cm～8 cm,由于對城標進行了加固處理,后期在車站基坑開挖過程中城標產(chǎn)生的不均勻沉降非常小,車站主體結構完工后不均勻沉降1.3 cm。同時驗證了基坑開挖過程中采取保護措施的合理性。

6 結論與建議

1)設計階段是高聳構筑物保護的重點。設計階段應設計比較詳細的保護加固方案,而不能單純依靠施工控制達到保護的目的。2)注漿糾偏方案的可行性。通過本工程實例,對于具備穩(wěn)固承臺結構的高聳構筑物,通過單側注漿可以成功修正不均勻沉降,達到糾偏目的。3)常規(guī)咬合樁施工工藝不利于基坑周邊構筑物保護。咬合樁施工采用沖抓成孔,振動較大,對臨近構筑物產(chǎn)生的影響較大,上下旋轉護筒對周邊土體擾動大。施工過程中應采用旋挖鉆機成孔、灌水反壓、加大護筒超前深度等措施緩解沉降。4)監(jiān)測工作的重要性。本工程通過科學合理的監(jiān)測,實時掌握結構變形,為城標的加固糾偏提供了科學的指導。

[1] 劉建航,侯學淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[2] 徐至軍.建(構)筑物加固改造[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008.

[3] 吳國表.某深基坑開挖設計[J].山西建筑,2008,34(7):149-150.