青岛香格里拉大饭店二期岩体深基坑支护技术

 

魏国1，林爱国2，李海波1
(1.青岛施运机械施工有限责任公司，山东青岛266042；2.青岛建设集团公司，山东青岛266071)
[摘要]以青岛香格里拉二期工程深基坑为例，介绍了在有爆破振动的影响下，预应力锚杆与土钉结合的支护技术在岩体边坡支护工程中的应用。
[关键词]岩体边坡；预应力锚杆；土钉；
支护[中图分类号]TU753.1[文献标识码]A[文章编号]1002-8498(2005)S0-0017-05The Technology of Deep Rock Body Foundation Pit Support of theSecond Stage of Qingdao Shangri-La HotelWEI Guo1，LIN Ai-guo2，LI Hai-bo1(1.Qingdao Executes Transports the Machinery Construction Co.,Ltd.，Qingdao，Shandong 266042，China；2.Qingdao Construction Group Company，Qingdao，Shandong 266071，China)Abstract:Taking the deep foundation pit of the Qingdao Shangri-la second stage projects as an example，authors introducethe application of anchor rod and earth snail unifying support under the influence of blasting vibration.Key words:rock body side slope;prestressed anchorrod;earth nail；support1

 

工程概况1.1

工程简介青岛香格里拉大饭店二期占地面积约为12000m2，为超高层星级酒店，其中地下3层，地上由2个塔楼组成，分别为28层、32层；结构形式为框筒结构，基坑开挖面积约为11000 m2，开挖深度为15～17m。
1.2周边环境工程场区位于青岛市香港中路与山东路交界处，现香格里拉大酒店西侧，海门路东侧，香港中路北侧，原香格里拉大酒店停车场内。西侧地下室外墙距瑞纳康都售楼处外墙14m，距瑞纳康都住宅楼外墙19m；北侧地下室外墙距潜艇学院教学楼外墙距离东侧为15m，西侧为21m；东侧地下室与原酒店地下室相接，南侧、西侧地下室外墙距用地红线3m，其中含有1m的工作空间，北侧地下室外墙距用地红线5m，其中也含有1m的工作空间，如图1所示。
1.3工程地质概况及水文气象条件(1)地形、地貌场区地形经一期工程改造后总体较平坦，呈坡状由西北向东南缓倾。钻孔孔口在地面标高12.73～17.31m，平均坡降3%左右。图1基坑平面布置示意地貌基本成因类型为剥蚀斜坡～缓坡，第四系不发育，基岩多呈半裸露状态，表层后经人工回填改造整平。(2)场区内岩土层分布钻探揭示：场区内地层结构简单，层序清晰，第四系主要为人工填土，下伏基岩主要为燕山晚期粗粒花岗岩及后期侵入的脉岩－煌斑岩、细粒花岗岩。本工程共揭示了4个标准层(见图2)。

从上往下依次为：0.30～5.00m厚素填土；2.20～8.40m厚花岗岩强风化带；1.40～9.60m厚花岗岩中等风化带；2.10～10.50m厚花岗岩微风化带。图2地质剖面受断裂的影响，场区内岩体较破碎，西部和中部发育有多条后期侵入的细粒花岗岩和煌斑岩岩脉，它们一般呈岩墙状产出，走向NE，倾向SW，倾角70o～75o，宽度一般≤5m。(3)水文地质条件场区位于剥蚀地貌单元上，第四系较薄，场区地下水主要为基岩裂隙水，接受大气降水补给，勘察期间场区内地下水稳定水位埋深2.60～4.30m，水位标高为10.96～12.26m。地下水位年变幅1～2m。

2技术难点及方案选择
2.1技术难点(1)本工程基坑周边环境复杂，西侧与道路紧邻，北侧与潜艇学院教学楼相邻，东侧紧邻香格里拉一期建筑物，对边坡位移控制要求很高。(2)确保香格里拉酒店一期正常营业，潜艇学院教学楼和道路的正常使用，对基坑爆破的振动要求很高，不能影响其正常使用。业主要求爆破施工时香格里拉酒店一期工程裙楼的振动速度不能超过1.0cm／s。(3)受区域断裂带的影响，场区内岩体较破碎，西部和中部发育有多条后期侵入的细粒花岗岩和煌斑岩岩脉，它们一般呈岩墙状产出，走向NE，倾向SW，倾角70o～75o，宽度一般≤5m。由于岩脉的侵入，对花岗岩岩基起着一种充填、胶结、凝固作用。但是，由于在岩脉形成过程中往往产生宽度不大的节理密集发育带，形成良好的地下水通道，增加了岩石的透水性和风化深度，容易造成“风化漏斗”现象。
2.2方案选择2.2.1岩石和边坡的性质本工程基坑边坡的破坏形式主要为滑移破坏。边坡滑塌区范围可按下式估算:L=H/tgè式中，L为边坡坡顶滑塌区边缘至坡底边缘的水平投影距离(m)；H为边坡高度(m)；è为边坡的破裂角(o)，根据?建筑边坡工程技术规范?GB50330-2002的相关规定，经计算取破裂角è=60o。根据地质报告提供的资料，结合本工程的实际情况，按《建筑边坡工程技术规范》的相关规定，将本工程岩质边坡的安全等级定为一级。2.2.2边坡稳定性分析(1)稳定性分析根据地质报告介绍，花岗岩强风化带岩石裂隙发育，稳定性较差，且易产生再风化，遇水易软化、局部失稳等现象，因此建议采用锚喷支护方案；花岗岩中等-微风化带、煌斑岩中等风化带节理、裂隙发育，建议在爆破开挖过程中对边坡进行挂网喷浆，局部可采用锚栓支护，以防止因其自身原因或边载过大、施工振动等因素造成失稳或掉块。(2)边坡稳定性计算边坡稳定性计算方法采用平面滑动法，边坡稳定性系数按下式计算：Ks=?Vcosètg?+Ac?Vsinè式中，?为岩土体的重度(kN/m3)；c为结构面的粘聚力(kPa)；?为结构面的内摩擦角(o)；A为结构面的面积(m2)；V为岩体的体积(m3)；è为结构面的倾角(o)。?建筑边坡工程技术规范?GB50330-2002规定的一级边坡稳定安全系数取1.35。
2.2.3支护段的划分划分依据：根据边坡开挖深度；边坡土质情况；边坡放坡系数；坡顶荷载及管网情况。根据现场实际情况，将施工现场的支护段划分为3段。(1)第支护段香格里拉饭店一期、二期交接处为第支护段，该段长度50m，开挖总深度约为15m，因该部位边坡紧贴一期建筑物地下室独立基础(J5、J6、J7)下挖，其一期基础垫层底标高-6.75m，本次开挖底标高为-14.6m，则从一期基础垫层底至本次开挖底标高需开挖深度为7.85m，按目前已有资料得知，该坡面没有放坡空间。(2)第支护段香港中路一侧、海门路一侧南段(长约45m)、香格里拉饭店原有建筑物南北两翼三侧四边段划分为第支护段，该段长度224m，开挖深度约为15m，边坡按无放坡设计，垂直开挖，仅海门路一侧坡顶考虑行车附加荷载。(3)第Ⅲ支护段相邻潜艇学院一侧—海门路一侧北段(长约75m)划分为第Ⅲ支护段，该段总长度182m，开挖深度{zd0}约为17m，边坡按无放坡设计，垂直开挖，仅海门路一侧坡顶考虑行车附加荷载。
2.2.4方案选择根据本工程的地质情况和同类工程的施工经验，拟采用上部预应力锚杆加肋梁与中风化以下土钉墙喷面的联合支护方法。锚喷支护形式是一种硬质岩土层基坑支护形式，其{zd0}的优点是减少基坑位移和沉降，不单独占用工期。该支护结构的机理是充分利用岩土层自身(或预处理)的稳定性，随基坑开挖分层喷射加钢筋网混凝土，以避免土层及岩石边坡的节理破碎滑塌，并把岩土层的压力传至锚板，锚杆的锚固力在基坑出现位移前通过预应力的施加，即得以发挥作用，控制边坡的位移和沉降。

3支护及开挖技术
3.1爆破开挖技术由于本工程开挖深度为15～17m，基底位于微风化层，因此需要采用爆破施工，但爆破对于基坑边坡稳定及一期酒店建筑物安全有很大影响，为此，采取以下措施来减轻爆破振动的影响。(1)爆破前，利用爆破振动测试仪检测爆破振速，将其控制在规范及设计要求的范围以内，并随时调整爆破参数。根据业主要求，爆破时香格里拉酒店一期建筑物裙楼的振动速度不能超过1cm/s，因此，将振速1cm/s作为本工程爆破的安全标准。根据此标准，利用爆破检测测试出的K、á值，可以计算出保护不同目标不同距离处的单响{zd0}药量。(2)一、二期交接处采用静态爆破施工。(3)甲区大面积爆破施工时，于甲、乙区分界线位置设置减震沟(见图3)。(4)由于本工程边坡可放坡空间很小，基本垂直开挖，因此靠近边坡处采用预裂爆破，保证满足开挖尺寸，同时减轻爆破振动对边坡的影响。预裂爆破应力示意如图4所示。3.2支护方案3.2.1一、二期交接处支护方案(见图5、6)(5)大面积爆破采用毫秒微差爆破并结合密钻孔、少装药的浅孔台阶式爆破方法，严控爆破振动。图3减震沟、静态爆破区域断面示意图4预裂爆破应力示意图5一、二期交接处支护示意图6一、二期交接处支护立面示意微差爆破时，根据Qmax=R3(v/k)3/a，确定的允许安全振速为1cm/s，允许安全药量计算如表1所示。松动爆破药量单耗q=0.3kg/m3，并根据现场试爆调整单耗。表1允许安全药量距离/m 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15.5 16.5 17.5 18.5药量/kg 1.29 1.67 2.18 2.75 3.41 4.16 5.02 5.99 7.07距离/m 19.5 20.5 21.5 22.5 23.5 24.5 25.5 26.5 27.5药量/kg 8.28 9.62 11.1 12.7 14.5 16.4 18.5 20.8 23.2即临近一期原有建筑物的部位，按业主及设计要求该段为二期工程乙区施工区域，可在后期施工，特别是临近原有建筑较近时，应在其他边坡已完，尤其是在爆破施工已全部结束，方可进行该段施工。由于开挖时会xx暴露基础根部且超挖，重点要确保该处万无一失。除了尽量减少振动，如做预裂隔震、距离边坡3m以内采用无声静态爆破外。要采用预应力锚杆加肋梁联合支护保证的方法，确保原有建筑物基础底部岩石的整体性和稳定，并喷面防护至中风化层底部。(1)原有建筑物独立基础防风化保护尽量留足原有建筑物独立基础边缘与开挖坡面上口的净距离以加大受力面积及增加稳定性；达到预定坡面之后迅速使用水泥砂浆等喷面进行隔离保护，减少原有建筑物独立基础部位周围岩石裸露风化。该部位的土石方开挖先挖至第1排锚杆的位置，待锚杆及混凝土肋梁完成以后，再向下将竖向混凝土肋梁施工的工作面挖出来。(2)锚杆设置从一期原有建筑物独立基础底部以下1.5m处开始做第1排预应力锚杆，往下设置2排，锚杆水平间距如图6所示，基础底范围两端优先设置，垂直间距2.5m。2排锚杆长度均为10m，杆体采用2?25钢筋，其自由段端部焊接φ45mm的螺栓，作为张拉锚杆用，钻孔直径110mm，锚杆锁定荷载为80kN。第3、4排设置2排土钉，从第2排锚杆下来1.8m处开始打土钉，土钉水平间距为1.8m，垂直间距为1.5m。2排土钉长度依次为5、3m，杆体采用1φ25钢筋，钻孔直径90mm。土钉端部采用2φ14螺纹钢筋纵横焊接连接在一起，加强土钉墙的整体稳定。(3)肋梁做法在土方挖至独立基础底标高以后，紧贴基础外边向下先将第1排水平肋梁的范围挖出来，并将梁底整平，绑扎肋梁钢筋骨架，采用直接喷射细石混凝土形成；然后向下分别挖至第1排、第2排锚杆的位置，采用直接喷射细石混凝土形成水平、纵向混凝土肋梁，其截面尺寸为300mm×300mm，主配筋4φ14，箍筋，混凝土强度等级为C20。(4)细石混凝土面层采用直接喷射细石混凝土形成，厚度100mm，混凝土强度等级为C20，面层内铺设钢筋网。范围为自顶部土钉以下，并应注意与顶部的弥合。3.2.2香港中路一侧支护方案(见图7)采用预应力锚杆加混凝土肋梁，并结合土钉墙喷面的联合支护方法，喷面防护至中风化层底部。(1)锚杆设置从坡顶下来2.5m开始做第1排预应力锚杆，依次往下共打2排，锚杆水平间距为2m，垂直间距为2.5m。2排锚杆长度均为15m，杆体采用2φ25钢筋，其自由段端部焊接φ45mm的螺栓，作为张拉锚杆用，钻孔直径110mm。锚杆锁定荷载为100kN。图7香港中路一侧支护示意(2)土钉设置从第2排锚杆下来2m开始打土钉，依次往下共打3排，土钉水平、垂直间距均为2m，梅花型布置，3排土钉长度依次为9、7、5m，杆体采用1φ25钢筋，钻孔直径90mm。土钉端部采用2φ14螺纹钢筋纵横焊接连接在一起，以加强土钉墙的整体稳定。(3)肋梁做法预应力锚杆端部采用C20钢筋混凝土肋梁纵横加以连接，该肋梁直接喷射形成，其截面尺寸为250mm×250mm，配筋4φ14，箍筋。(4)细石混凝土面层采用直接喷射细石混凝土形成，厚度100mm，混凝土强度等级为C20，面层内铺设钢筋网。从坡顶往外至围挡基础的地面范围也采用挂网喷面封闭，防止雨水渗透边坡。3.2.3相邻潜艇学院一侧支护方案(见图8)图8潜艇学院一侧支护示意采用预应力锚杆加混凝土肋梁，并结合土钉墙喷面的联合支护方法，喷面防护至中风化层底部。(1)锚杆设置从坡顶下来2.5m开始打第1排预应力锚杆，依次往下共打3排，锚杆水平间距为2m，垂直间距为2.5m。3排锚杆长度依次为153、153、12m，杆体采用2φ25钢筋，其自由段端部焊接φ45mm的螺栓，作为张拉锚杆用，钻孔直径110mm。锚杆锁定荷载为100kN。(2)土钉设置从第3排锚杆下来2m开始打土钉，依次往下共打3排，土钉水平、垂直间距均为2m，梅花形布置，3排土钉长度依次为9、7、5m，杆体采用1φ25钢筋，钻孔直径90mm。土钉端部采用2φ14螺纹钢筋纵横焊接连接在一起，以加强土钉墙的整体稳定。(3)肋梁做法预应力锚杆端部采用C20钢筋混凝土肋梁纵横加以连接，该肋梁直接喷射形成，其截面尺寸为250mm×250mm，配筋4φ14，箍筋。(4)细石混凝土面层采用直接喷射细石混凝土形成，厚度100mm，混凝土强度等级为C20，面层内铺设钢筋网。从坡顶往外至围挡基础的地面范围也采用挂网喷面封闭，防止雨水渗透边坡。3.2.4边坡稳定性验算以潜艇学院一侧为例，验算边坡的整体稳定性。(1)计算简图(见图9)图9稳定性计算(2)计算过程K s=[(W+P)cosè+Ntsin17ocosè+Ntcos17osinè]tgè+cA(W+P)sinè+Ntsin17osinè-Ntcos17ocosè式中，Nt为锚杆轴向拉力设计值，è为结构面倾角，取60o；P为坡顶均布荷载，取20kPa。代入相应的数据计算得Ks=2.13>1.35，满足规范要求。

 

4实施效果
4.1位移监测利用经纬仪于基坑边坡设置位移观测点。本工程设计图纸上布置了20个观测点，对于一、二期交接处，在原有建筑物裸露出来的独立基础上各设置1个观测点，增加6个观测点，这样本工程位移观测点为26个。从基坑开始开挖，1d观测1次，并作好记录。遇下雨天及爆破作业，1d观测2次。
4.2沉降监测利用水准仪观测位移设置点的高程变化。对本工程，将位移观测点和沉降观测点合二为一。点设置好后，利用水准仪测出点的{jd1}高程，做好记录。观测周期同位移观测。
4.3监测分析根据施工过程中各阶段的观测结果分析，在基坑开挖深度至8～10m时，{zd0}位移点(2、3号观测点)的位移值为22mm，占施工期间{zd0}位移值(30mm)的73.33％；其它观测点位移值很小。主要原因：①该部位顶部素土层厚度较大，达到3m；②边坡顶部强风化层厚度较大，达到6m；③边坡坡度太小，基本直立。基坑开挖完成后，各观测点中{zd0}位移点(2、3号)的位移值为29mm，而通过设计计算的临界位移值为48mm，因此，基坑位移满足规范及设计要求。根据施工过程中各阶段的观测结果分析，各观测点中{zd0}沉降点(2、3号)的沉降值为12mm，而通过设计计算的临界沉降值为21mm，因此，基坑沉降满足规范及设计要求。
4.4位移随时间变化曲线2、3号观测点位移－时间曲线如图10所示。图10位移-时间曲线5结语(1)该支护技术能有效地控制边坡边形，在边坡出现位移之前，通过预应力的施加，使锚杆的锚固力得以发挥作用。(2)通过采用控制性爆破技术，减小爆破振动对边坡及支护结构的影响。临近支护边坡部位采用预裂爆破；一、二期交接部位采用静态爆破；甲、乙区分界线部位设置减震沟。(3)一、二期交接部位，紧贴一期建筑物基础垂直下挖8m，采用爆破静态爆破技术，分层爆破、开挖，分层支护，确保建筑物及边坡的安全。(4)在工期紧张的情况下，为节约锚杆的张拉养护时间，锚杆注浆采用添加早强剂及提高水泥等级的措施，将锚杆张拉间歇期由7d缩短至4d，有效地节约了时间，使工期得以保证。(5)严格遵循先张拉锚杆，后开挖边坡土方的原则。在锚杆锚固力发挥作用以后，才能将支护边坡依托的土体挖除。