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。

車站場區地形平坦,位于杭嘉湖平原與浙西山區交匯處的浙北平原地區,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,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內完成,并在8 h內完成支撐的安裝,有效控制基坑變形。5)制定詳細的監測方案。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。城標布設的沉降監測點位置見圖2(S1～S8)。

4 項目實施初期出現的問題及原因分析

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 M=2.5。

4)施工影響分析。根據旋噴樁施工時城標監測數據顯示,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后因數據過大暫停施工,5 d后繼續施工,通過監測數據顯示對城標的影響持續減少,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,最終壓力達到3.5 MPa以后,鉆機提升30 cm～50 cm,繼續注漿穩定到3.5 MPa壓力,城標不再發生變化,停止注漿。注漿抬升總計實施10 h,利用全站儀全程監控,根據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。

2)實施效果。根據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據變化曲線見圖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)監測工作的重要性。本工程通過科學合理的監測,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:中國建筑工業出版社,1997.

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

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