东方之门超深基坑施工技术.doc

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东方之门超深基坑施工技术

郭德祥

江苏弘盛建设建团公司

[摘要]东方之门超深基坑围施工技术重点

[关键词]基坑围护支撑封底降水监测

工程概况

苏州东方之门项目位于苏州工业园区金鸡湖西侧.东临星港街，南侧为相门塘河，西侧为园区国际大厦和金融大厦，北侧为一便道和空地。

本建筑裙房8层，高50米，总67层,总高278米,总面积45.3万平方米。

是集酒店,办公,公寓,商业为一体的大型综合性建筑.地下五层底标高—23.8米。

建设中的苏州地铁1号线从本基坑穿过,基坑普遍挖深21.5米,坑中坑最大深度29米,基坑南北长216.11米,东西长124.8米,共出土60多万方.基坑从08年5月15日开挖，08年12月15日基坑土方全部开挖完成。

场地的基本地质情况简述：

本场地属长江三角洲冲、湖积平原，地形平坦，场地150.21米深度范围内的地基土为第四纪更新世Q1及后期沉积土，地面标高平均为2.20米左右，表层1.7-2.2米为填土，浅层约20米为粘土。

基坑土层基本特性是：

1.地下水静止水位埋深0.65-2.14米；

2.本建筑场地主要由粘性土、粉质粘土和砂土组成；

3.第5号土层为微承压水层，约7.1米厚；

4.第9层为承压水层，受垂直越流布给，水头埋深约7米，为粉砂层约6米厚。

渗透系数为5.11E-4——5.43E-4

5.第10层为粉质粘土层。

厚度约14-24米，渗透细数约2.55E-05—8.32E-05

本基坑围护的方案概述：

本工程采用钻孔灌注桩作为竖向围护体，桩径有1050mm@1250mm和1200mm@1400mm两种，混凝土强度等级C35，桩顶标高-7.85米，桩底标高-36.55米。

基坑北、西、南三面，坑外采取二级卸土放坡（基坑南侧坑外卸土放坡至相门塘河底），基坑东侧采用复合土钉墙作为自然地面至第一道支撑的浅部高差的围护体，该侧沿基坑竖向设置5道土钉，卸土放坡体均采用6mm@200的双向钢筋网和50mm厚的C20混凝土面层护坡。

钻孔灌注桩外侧设置单排三头水泥搅拌桩止水帷幕，桩径850MM，帷幕深入基坑周边基底下部6米，止水帷幕和围护排桩之间进行压密注浆。

基坑内设三道钢筋混凝土水平支撑，支撑中心标高分别-8.25，-13.6，和-17.9米，深坑中还有一道钢支撑用直径609毫米钢管制作。

竖向支撑采用钻孔灌注桩加型钢格构立柱，深坑底部采用三轴旋喷桩封底。

基坑中部为正在建设中的苏州地铁一号线星港街站。

基坑东部地铁端头部分土体须进行盾构进洞加固，为防止土钉伸入盾构区，该部分土钉改为搅拌桩重力式档土墙。

下图为围护结构剖面示意

由于本基坑超大超深，为国内罕见，而苏州地区地质情况较差且地下水位又高，加之坑内5号微承压水层和离坑底深坑部位仅4米左右的9号承压水层，使得本基坑的安全环境压力很大，基坑东侧紧邻园区主要干道星港街，变形要求高，而本基坑围护设计相对较为经济，基坑竖向采用排桩围护，而临城市主干道的一侧的基坑还采取了复合土钉墙结构。

按照建设主管部门要求，我们在施工前邀请了多所高校、科研单位和知名施工企业的专家召开多次专家论证会，研究论证本基坑的围护设计和施工方案。

本基坑施工的主要施工分项技术

1）关于混凝土灌注围护排桩

按照施工规范的要求应先进行试成孔施工，以确定孔深、孔斜、孔壁稳定、孔底沉渣、缩颈，扩颈和塌孔等情况。

由于本钻孔桩深度范围内有粉质粘性土层，含水量大、孔隙比大、强度高渗透性差，同时，5号土层又是砂质粉土，施工时易产生塌孔、缩径现象，因此，施工中采取提高泥浆比重，适当增加泵流量及钻压以确保施工质量。

本工程桩采用正循环施工工艺，采用GPS-10/GPS-15钻机，成孔过程中通过泥浆循环池、循环沟槽进行循环。

其基本工艺：

测量放样、定桩位—--埋设护筒，钻机就位----校正钻机磨盘水平、钻杆垂直度---正循环成孔（泥浆循环）---第一次清孔---测孔深、孔径垂直度----第二次清孔----检查沉渣厚度---泥浆处理。

技术关键

1、定位放线必须准确，根据控制轴线，利用经纬仪，钢卷尺进行放样，埋设护筒后对筒口进行标高测量，并以此控制成孔深度；

2、埋设护筒定好桩位后在桩位外侧弹出桩位十字线以便控制桩位，再进行开挖，护筒直径比桩径大15厘米，护筒保持垂直，周边填实；

3、钻机就位将桩位四周填压实，然后钻机就位，钻机底座用水平尺打好水平，达到平整稳固，已确保钻进过程中不放生移动、倾斜；

4、循环成孔采用GPS-10钻机进行正循环成孔，原土造桨，必要时采用人工浆液改善泥浆性能，采用同桩径钻头成孔，根据不同地质采用不同的钻进参数，1-6号土层钻机使用70转/分。

钻压25KPA，泵量108M3/H,泥浆密度控制在1.25，在粉粘土中，钻速40-70转/分，泥浆密度控制在1.3，在粉质粘土中适当增加钻压，减慢钻速。

钻孔深度不小于设计桩长，在5号粉砂土中，适当人工造浆，水100%，陶土粉8%，纯碱0.4-0.5%，浆糊粉0.03-0.05%；

5、清孔当钻至设计标高后，停止钻进，及时进行一次清孔：

先将钻头提离孔底10-20厘米，钻盘回转冲孔，泥浆循环不断进行，并时常串动钻具，以提高清孔效果，清孔泥浆比重应小于1.2，返浆比重应小于1.3.沉渣后度小于20厘米，一次清孔完成；

6、沉孔测试根据建设部相关标准对成孔的孔径、孔斜、孔底沉渣、孔深等进行检查；

7、二次清孔一次成孔48小时以后进行第二次清孔，然后每半小时进行沉渣厚度检查；

8、钢筋笼吊放、混凝土浇筑利用钻机本身装置掉放钢筋笼，吊放过程中应保持垂直，同时要控制好钢筋笼安放在设计高度。

混凝土浇筑按照水下混凝土灌注技术，本文不再叙述。

基坑开挖后检查仍发现有不少桩发身发生扩径的情况，分析疑为混凝土浇筑过程中供料不及时等待时间过长导致塌孔而致。

因此，应注意在水下混凝土浇筑过程中一气呵成，不能有太长的时间间隙。

另一原因是5号砂土层成孔质量不稳定所致，因此，应加强砂土层的护壁质量。

同时还发现有少量的桩露筋严重，分析认为，应与塌孔有关。

2）关于三轴搅拌桩止水帷幕和劈裂注浆

1、本工程在钻孔灌注桩外围设置了单排三头水泥浇拌桩止水帷幕，搅拌桩水泥掺入比20%，基底以上水泥掺量10%，桩径850@600；

2、水泥采用P32.5级普通硅酸盐水泥（重量比，土体容重取18KN/M3），水灰比1.5，桩体28天侧向抗压强度>1.5MPA,s施工过程重因加强计量控制；

3、水泥土搅拌桩采用二喷二搅的施工工艺，在桩体范围内必须做到水泥搅拌均匀，桩体垂直度偏差不大于1/200，施工采取严格控制桩距等有效错施以有保正搅拌桩的搭接；

4、桩体施工必须保持连续性，搅拌桩排内套打，桩与桩的搭接时间不大与12小时

为了提高防水防渗效果，经与设计协商，施工中采取劈裂注浆方法代替原设计的压密注浆

1、注浆参数注浆压力0.3-0.4MPA，注浆流量15-20L/MIN,注浆量取60-70L/M,拔管高度0.33米一次，水灰比0.55；

2、材料P32.5普通硅酸盐水泥

3、主要机械MG-/50钻机，SYB50-45液压注浆机，搅拌机等；

4、钻孔过程中应确保钻机平整度，垂直度偏差不大于1%；

通过开挖后检查，本基坑的止水帷幕效果一般。

坑壁桩缝之间渗水现象普遍出现，给基坑施工和基坑变形控制带来不利影响。

分析认为：

一是由于单道水泥土搅拌桩止水帷幕质量不高；二是由于本基坑较深而地下水位又太高；三是注浆点的位置与灌注桩间缝不重复，尤其是基坑东南角，在08年9月18日挖至-14.5米第二道水平支撑处原市政污水管道截断出，出现漏水涌砂现象给基坑施工和周边环境安全带来不利影响，经参建各方并邀请有关专家研究，最后通过坑内覆土堵漏，坑外旋喷加固土体、双液注浆止水历时20多天才彻底根治该部位漏水漏砂的现象。

因此，对于搅拌桩止水帷幕的桩径、水泥掺量等技术参数还需结合土质、基坑环境等因数进一步研究。

同时，由于本基坑止水帷幕完成后，到基坑开挖间隔由两年多时间，搅拌桩随时间推移，强度会不断增长而防水性能会有所降低的情况也是不可忽视的因素。

3）关于复合土钉墙施工

本基坑东侧因紧临城市主要干道，不具备其他三面的放坡条件，因此，在围护桩顶面上设计采用钢管土钉围护，同时在围护桩的外侧设置了两排直径700@500的双轴水泥土搅拌桩，有效桩长12.5米。

土钉采用直径48MM*3.5厚的普通钢管，为控制变形，第一道和第五道土钉长15米@1200MM，其他土钉长14米，间距与上两道相同，土钉墙面层为15厘米厚的C20细石混凝土喷浆，内设双层直径8CM@200的双向钢筋，并在锚点处设置两根16CM的加强筋，喷浆混凝土强度C20，骨料粒径5-10MM,喷层初凝要求小于10分钟，终凝小于30分钟。

施工机械主要是锚杆机、空压机、XPB-90压浆泵、混凝土喷射机等。

施工工流程：

土钉制作---放线---开挖土方---清理坡面---机械钻孔—安放土钉---注浆----绑扎第一层钢筋---喷射第一层70厚混凝土---绑扎第二道钢筋---喷射第二层80厚混凝土—养护—开挖下一层---

1）土钉制作：

本土钉采用48CM*3.5MM的钢管，钢管上间距250MM开设5MM小孔，成梅花型对称布置，用以注浆；

2）开挖沟槽：

根据土钉位置现场放线，选用1M3的履带式挖土机开沟，槽宽大于15米，满足土钉安放的位置要求。

由于本基坑边较长，每段开挖控制20米左右，以减少土体变形；

3）锚杆钻机成孔：

用锚杆机在搅拌桩墙体上成孔，按设计要求土钉入土角度为6度，可以制作高底两个支架用以固定锚杆机并调整角度，以便控制锚杆角度没有偏差。

由于本基坑上部土层较好，钻进过程中需加水钻进以提高速度；

4）安放土钉：

将制作好的土钉用冲击锤直接打入土体，，施工中应注意土钉进入角度于钻孔角度一致，如无法达到设计深度，可加大成孔深度并在根部适当扩孔，土钉露出坡面控制10CM；

5）注浆：

浆液采用P32.5普通硅酸盐水泥拌制，水灰比控制在0.45-0.5，注浆压力大于0.6MPA。

设计要求40L/M注浆量。

6）绑扎钢筋网：

网片规格8CM@200,锚点设2根16MM加强筋。

点焊牢固，

7）喷射混凝土：

喷射分两次进行，喷设前先喷水湿润边坡，然后至下而上，喷头距坡面1米左右，射流方向与坡面保持垂直，为保证混凝土厚度，在土体内插入钢筋头作控制标志。

喷射一遍后带初凝后绑扎第二层钢筋，再喷射第二遍混凝土；

8）土钉抗拔试验：

按设计选取3根土钉做抗拔试验，试验在注浆体强度部低于6.0MP后进行，抗拔力为设计抗拔力的1.5倍。

通过试验本工程土钉完全符合要求；

9）土钉施工前应认真复查地下管线情况，确认不会碰管线后方可施工。

本基坑土钉施工质量较好，但土钉所设计的注浆量、注浆压力等参数实际与设计相比仍有很大出入，尚需继续研究。

而由于是复合围护结构，其控制土体变形能力与设计预想有差距，不能满足环境要求，该部分内容将在后文详述。

4、施工降水

由于本基坑场地地下水位较高，水量丰富。

通过实验，9-2层单井水量264吨/d，降水工作十分重要，按设计要求，基坑周围上部做好排水工作，防止雨水流入基坑；坑外卸土放坡开挖处坡体采用轻型井点降水（施工过程中因冲井困难，改成管井降水）；基坑开挖应采用疏干井降水；开挖到一定深度后，为防止承压水层因覆土厚度不足而导致坑底透水，应采用深井减压降水；疏干井和降压井应在基坑开完前四周完成！

同时为防止坑内加固的水泥浆堵塞管井，宜在坑内土体加固后施工。

坑内疏干井须在封闭的止水帷幕形成后方可降水，开挖前，进行予降水！

并加强观侧，降水须随着开挖进度逐步降低水头，同时，为防坑内管井失效，在坑外应布置一定数亮的观测井兼备用井。

降水后的水位距离坑底易控制在0。

5米-1。

0米。

成井工艺：

测放井位---埋设护口管---安装钻机—转进成孔----清孔换浆--