阿联酋双塔宾馆项目深基坑支护工程施工技术研究

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　　摘 要：阿联酋双塔宾馆项目深基坑支护体系，设计为钻孔咬合围护桩，桩体外拉三圈锚索，桩面挂网喷锚支护；施工最大开挖深度18m，围护桩运行期间监测桩顶最大变形7mm；桩体渗水经过处理，完全满足施工防水要求。文中针对桩体外拉锚索施工中少数失败，进行了充分的研究和探讨。
　　关键词：深基坑支护；钻孔咬合围护桩；桩体外拉锚索；施工技术研究
　　中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0139-02
　　1 概述
　　诺富特-艾比斯賓馆，位于阿联酋阿布扎比市穆萨发工业开发区S-25区块，第C-38、C-39地块。宾馆建于海沟南岸，是集住宿、餐饮、娱乐为一体的综合性商业建筑，总建筑面积60816m2。地下四层，地上23层，建筑总高度87.85m，工程为框架剪力墙结构。深基坑支护工程包括：基坑围护桩、桩顶混凝土冠梁、预应力锚固、桩面网喷混凝土和施工期井点降水。
　　2 工程地质条件
　　工程位于阿拉伯海湾的阿布扎比海岸线，地势平坦，主要为平原，地层为更新世或新近的碳酸盐沉积物以及砂、淤泥质粉砂、生物碎屑砂。地表沉积物在风力和蒸发作用下形成；海洋的潮汐分选使得沿海沉积了大量生物碎屑砂、淤泥质砂。区域内大风、干旱少雨，昼夜温差较大，相对湿度大，风蚀较强。施工区内地层主要为粉砂、淤泥质粉砂、泥岩、结晶体石膏沉积。粉砂层：中密～密实，标准贯入10～47击；泥岩层：非常不牢固到不牢固，泥岩芯样的抗压强度为0.6～15.6MPa；晶体状石膏层：不牢固到中度不牢固，中度破碎，中度侵蚀，包含泥岩；石灰泥岩夹层：不牢固，轻度破碎，中度侵蚀，含有微量晶体状石膏。晶体状石膏芯样抗压强度1.3～11.0MPa。
　　3 施工设计
　　基坑支护系统采用钻孔咬合桩围护，桩顶钢筋混凝土梁锁口，桩身三圈锚索岩土层锚固，桩面挂网喷射混凝土的支护设计。施工期基坑内大口径井点降水，基坑外侧轻型井点降水，围护桩孔内预设降水管结合筏板基岩内排水沟管网降水。
　　3.1 围护桩
　　围护桩轴线长296m，桩孔由-0.7m～-20.0、-25.0m高程深度不等；桩孔直径Φ1000mm，桩长19.3～21.3m，预埋降水管桩长24.3m；素混凝土桩和钢筋混凝土桩按1：1相间布置，桩间咬合15cm；素桩混凝土设计为C25，钢筋桩为C40。
　　桩顶钢筋混凝土冠梁，断面尺寸0.6m×1.0m，C40混凝土。
　　桩身三圈锚索，布置在-2.5m（-3.5m）、-7.25m、-11.5m高度；锚索为1000KN级无粘结锚索，钻孔方位垂直桩面，倾角水平向下30°，锚孔深度16.0～25.0m，锚固段长度10m，设计张拉力990KN（702KN），锚固力745KN（526KN）；钢绞线为符合ASTM A416/A426M-99标准的1860MPa级，7Φ5mm左旋，截面面积140mm2，弹性模量在1.95～2.0×105N/mm2的低松弛高强钢。锚孔布置在素桩上，水平间距3.4m和1.7m两种。锚索的张拉力通过规格为2UC 254×254×73和2PFC430×100×64两种形式的型钢钢梁，传递给钢筋桩，使围护桩结构整体均匀受力。
　　桩面网喷混凝土，设计厚度10cm，湿喷，混凝土为C25，挂网为20cm×20cm，Φ6mm钢筋的成品网片。
　　3.2 降水
　　基坑内布置13个直径Φ450mm，深度25.0m的大孔径井点降水孔；基坑外南侧，紧靠围护桩，在100m长度范围内，布置@1.0mΦ40mmL=6.0m的轻型井点降水系统。为了降低筏板扬压力，围护桩内布置了13Φ450mm，L=24.3m的降水管，在筏板基岩内开挖沟槽埋入Φ6″PVC花管，回填碎石，与桩内降水管联通，构成基础降水管网。
　　4 工程施工
　　4.1 围护桩
　　围护桩是通过素混凝土桩和钢筋混凝土桩相互咬合，形成支挡和防渗的结构物。本工程采用砂层套管护壁，旋挖钻机成孔，直升导管法浇筑水下桩孔混凝土，液压冲击振动锤起下套管，套管最大下入深度14.7m，一般深度11.0m～13.0m。
　　施工采用3台旋挖钻机，2台液压振动锤，3台50t履带吊，2台反铲，1台混凝土泵车，1台灌浆泵，1台套注浆拌制输送一体机。从基坑北侧东段开始施工，分段连续作业，逆时针方向跟进，完成基坑围护桩封闭。单桩施工工艺：先施工素混凝土桩，后施工钢筋混凝土桩，7-9个桩孔为一个循环。
　　4.1.1 施工方法
　　（1）导向槽采用C30钢筋混凝土结构，导向槽顶宽1.5m，高0.5m，断面为矩形，桩孔直径D102cm，相邻桩孔中心距85cm。
　　（2）造孔先素桩孔，后钢筋桩孔，按每次7～9孔分段进行。液压振动锤在50t吊车配合下，下入该段内的全部素桩护壁套管，旋挖钻机套管内钻进至设计孔深。套管下入深度在相对坚硬层以上，一般11～13m。
　　素桩混凝土浇筑后，立即用振动锤进行套管起拔，起拔时间一般控制在混凝土浇筑后2小时内。在素桩混凝土终凝后，强度达到10%～20%设计强度，2.5～5.0MPa时进行钻孔。振动锤打入套管，旋挖钻套管内钻孔至设计深度，对于段内两端的钢筋桩孔，钻孔完成后要用砂土回填形成砂桩，等下一施工段内素桩完成后才能进行该钢筋桩（砂桩）施工。一般段内钢筋桩钻孔施工，时间控制在素桩混凝土浇筑后4～12小时以内。
　　（3）采用直升导管法浇筑混凝土桩孔。用50t履带吊起吊Φ150mm浇筑导管，导管距孔底不大于20cm，导管在混凝土内的埋深不小于3m。依据施工实际，单桩孔混凝土纯浇注时间一般为20～30min，导管提升速度控制在0.5 ～0.8m/min以内。
　　4.1.2 质量缺陷及原因分析 　　施工质量缺陷：桩间及桩体的渗漏、钢筋桩的露筋、桩体偏斜、素混凝土桩环状裂纹。
　　（1）渗漏水：从工艺原因分析，钻孔偏斜较大桩体间有缝隙，形成渗漏通道；混凝土浇筑中塌孔，混凝土上升速度快，形成泥沙包裹或孔壁泥沙没有被混凝土挤出，成桩后泥沙驻留部位成为渗漏通道；套管起拔时机掌握不好，时间稍晚，素桩出现环状裂纹，钢筋桩出现宽度等于钢套管壁厚的桩间宽缝，形成渗漏通道。
　　（2）桩体露筋：清孔不达要求、浇筑中塌孔、孔内泥沙岩渣含量较大；浇筑中混凝土上升速度较快，导管提升速度也快，造成钢筋笼与孔壁间的泥沙岩渣未被混凝土挤出，驻留孔内包裹钢筋笼，开挖后露筋。
　　（3）环状裂纹：环状裂纹出现在素混凝土桩身上，与混凝土本身配合比有一定关系外，主要是套管起拔较晚，混凝土初凝后振动起拔套管对桩体形成了轻度破坏，形成水平环状裂纹，部分裂纹有渗水现象。
　　（4）桩偏斜：套管下设偏斜；钻出套管后，操作手钻进参数使用不当，造成钻孔偏斜；导向槽变形，失去导正作用，使得钻孔偏斜。
　　以上几种质量缺陷，成因不是单一的，但最后集中表现在渗漏上，围护桩最大的缺陷就是渗漏，控制好每道施工工艺，才能防止渗漏。
　　4.2 锚索
　　随着围护桩基坑的分层开挖，自上而下进行不同深度的锚索施工。
　　4.2.1 施工方法
　　（1）钻孔：锚索孔钻孔直径165mm，钻孔倾角向下30°，方位为垂直围护桩面。开孔孔位误差不大于10cm，孔深误差±10cm，倾角误差1°，方位角误差不大于2°。
　　钻孔采用全套管跟进，风水联合冲洗，孔内砂土和岩渣随冲洗液不断被带出，在套管外的钻孔形成了极为不规则孔壁。
　　（2）锚索制作安装：无粘结钢绞线锚固段需要去皮除油，然后编制成锚索束，运到孔口，人工配合钻机安装到孔内，锚束外露长度不小于1.50m。
　　（3）锚固段灌浆：锚索入孔后，起拔护壁套管一根，立即锚固段灌浆。灌浆水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆材设计标号C35（7d），水泥浆采用0.4：1水灰比。进浆管注浆至孔口出浓浆，出浆比重等于进浆比重，实际灌注量远大于理论进浆量（176L），中断灌浆，起拔套管，每拔出两根套管，补浆一次，补浆孔口返浆停止，连续补浆3次，结束灌浆。
　　（4）锚索钢梁安装：钢梁采用型钢，规格为：2UC 254×254×73，2PFC 430×100×64kg/m两种，第一圈为2UC型钢，第二、三圈为2PFC型钢，型钢梁水平安装在锚索孔相应高程，钢梁与每根钢筋桩体紧密接触。
　　（5）锚索加载安装：锚具15-7、锚具15-5，锚板外型尺寸分别为：Φ135×60mm、Φ115×45mm。
　　锚索张拉均在内锚段浆体达到设计龄期后3天内进行。张拉前计算每根锚索的理论伸长值，张拉采用逐级加载逐级测量伸长量，以125%的设计张拉力P进行加载安装。
　　1）张拉分级：25%P预紧→50%P→75%P→100%P→125%P安装。2）预紧：单根预紧张拉力30KN，整体预紧张拉力25%P。3）分级张拉每级稳压5min，最后一级稳压10min。张拉符合BSI/BS8081：1989规范要求。
　　（6）锚索二次灌浆：锚索加载安装完成后，立即进行二次压力灌浆，灌浆后孔口应不再发生渗水，对仍有渗水的则采取速凝水泥堵漏、再次灌浆、埋管引流等措施进行处理。
　　4.2.2 特殊情况处理
　　（1）钢绞线加长：开挖使部分锚索外露钢绞线严重变形，张拉长度不能满足要求，采用双夹片高强接手加长钢绞线。
　　（2）由于地层和设计原因，在第二圈锚索施工中出现了锚根段滑移现象。实际岩层变化情况，砂层到泥岩的地质界线在-14.2m～-15.0m之间，分界线上的泥岩性状非常不牢固、中度破碎，第二层锚索布置在高程-11.25m处，锚索孔深度分别为20m、22m，锚固段10m，进入泥岩层的锚固段分别为4.5m、6.5m，地勘报告提供的-15.0m～-28.0m的泥岩表面摩擦极限值为3.6kg/cm2，钻孔直径按15～20cm进行考虑，设计张拉力按100t计算，锚固段极限长度应5.9m～4.42m，理论计算：（100000kg/3.6kg/cm2）/（3.14159×20cm）=442cm=4.42m。
　　钻孔采用直径165mm时，最小极限长度4.68m；如果安全系数按2.0考虑，锚固段长度应为9.36m，取整为10m。设计计算说明书，锚固段长度应不小于5m。从失败的锚索统计看，95.6%为孔深20m的，从分布位置上看，65%以上在基坑的南侧。这说明锚固段深度设计不够，特别是南侧锚索应再深入泥岩，使锚固段避开较薄弱的地层分界线。对于锚固段滑移锚索，采用下移孔位1.5m，使锚固段不再处于地层分界处，为了围护桩的安全，对失败的锚索按一个失败增补两个的原则处理。
　　（3）第二圈锚索进行整体调整，锚索水平间距由3.4m调为1.7m，最大张拉力由1404KN调为702KN，增加锚索数量，降低锚索单束张拉力，使围护桩的整体受力更好。
　　4.3 桩面喷射混凝土
　　基坑开挖到-16.00m后喷射混凝土施工。由基面搭设脚手架到桩顶位置，由上向下分层分段进行网喷作业。打孔埋设Φ6mm钢筋，人工挂Φ6mm20×20cm的钢筋网片，按3m×2.5m间排距布置埋设混凝土测饼，测饼厚度等于混凝土网喷厚度。设计混凝土C25，喷射厚度10cm，混凝土骨料最大粒径5mm。采用湿喷法进行混凝土喷射施工。
　　5 施工期变形监测
　　在围护桩锁口梁顶面布置變形观测点，定期观测桩的位移变化，通过半年多的测量监测，最大位移仅7mm，随开挖深度的增大，围护桩基本没有发生显著位移变化。随着锚索钢梁的自下而上分段拆除，锚固力卸荷，监测结果表明，桩顶位移变化，局部最大10mm。
　　6 结语
　　深基坑支护工程整体施工技术风险大，对于海边高地下水位基坑，渗漏问题是难点和重点，本项目有效的处理了渗漏，正确的判定了失败锚索原因，采取了有效措施进行了补救处理，效果良好。围护桩运行期没有发生显著位移变化，最大位移仅7mm。
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