深基坑工程中的復合支護

梁奎桐 孫桂華 李 江

1 概述

近幾年,由于城市地鐵工程的迅速發展,地鐵車站、局部區域明挖等也涉及大量的基坑工程,水利、電力也存在著地下廠房、地下泵房的基坑開挖問題。無論是高層建筑、地下停車場還是人防工程等的深基坑工程,由于都是在城市中進行開挖,基坑周圍通常存在交通要道、已建建筑、管線等各種構筑物,還要考慮地下水的影響,這就涉及到基坑開挖的一個很重要內容,要保護其周邊構筑物的使用安全。因此如何選取一種在經濟技術上都合理的支護類型就必須充分考慮現場環境、工程地質條件以及工程具體要求。

現結合國家體育總局航海運動學校經營用房及博物館深基坑工程,簡述高壓旋噴樁止水帷幕+鋼管樁+錨桿噴射混凝土相結合的復合支護方案在工程中的應用。

2 工程應用

2.1 工程概況

工程位于青島市市南區某地,擬建物為1棟地上地下各兩層的經營用房及博物館,采用框架結構、獨立基礎,設計地下室底標高-6.70m,場地標高3.40m～6.03 m,基坑周長約326m,基坑開挖深度約10.0m。

基坑東側約2.0m處有一擋土墻(南段為毛石砌筑,北段為鋼筋混凝土結構),基坑北側約5.0m為青島市排水管理處南海路泵站辦公室及地下室,基坑西側和南側0.5 m～3 m為海濱木棧道,基坑西南側為海員俱樂部,基坑放坡空間不足,需支護開挖。

擬建場地地形平坦,地貌類型為剝蝕斜坡。

勘察單位對場區進行勘探時,發現舊基礎拆除處基坑內存在地下水,水位標高1.78 m。本工程基坑開挖深度較大且位于下坡地段,周邊場區地表水、地下水及西側海水易匯入其中,地下水抗浮設計水位標高按3.0m考慮。

本區不具備發生破壞性地震的構造條件,從未來地震危險區預測結果看,本區地震危險性主要受遠震的影響,其抗震烈度不大于6度。故擬建場區區域尚屬相對穩定地塊。

2.2 支護方案設計

根據場地條件和技術要求,不允許放坡,須支護開挖,基坑采用高壓旋噴樁止水帷幕+鋼管樁+錨桿噴射混凝土相結合的復合支護方案,基坑排水采用坑內設置集水井和排水溝,明排方式,在基坑頂部適當位置用紅磚砌筑排水溝,用以攔截地表水,坡頂排水溝經沉淀池與市政排水系統連通;基坑底部用紅磚砌筑排水溝,基坑底部各拐角點設置集水井,用以排除基坑內積水。

據勘察資料,基坑位于透水層中,地下水比較豐富且距離海邊較近,為保證基坑在開挖后獲得干燥的作業空間,必須對地下水進行控制才可保證基礎工程的正常施工。帷幕采用高壓噴射注漿法(旋噴)止水方案較安全、可行。

根據設計基底標高,本工程基坑開挖深度約10.0m,根據場區現場施工條件,結合止水帷幕的設置,為加快工期降低工程造價,采用噴錨+肋梁+鋼管樁支護較合理。

本工程土方開挖應分層分段進行,與基坑的支護工作密切結合,穿插施工;坡面上可視情況設置泄水孔。

2.3 施工組織設計

該基坑工程主要包括止水帷幕、基坑支護兩部分。根據現場情況,施工分兩大分項工程,進行流水作業控制施工:

第一部分:止水帷幕。主要施工內容是:高壓旋噴樁施工。

第二部分:基坑支護。主要施工內容包括:鋼管樁施工、土石方開挖、錨桿鉆孔安裝及注漿加固、腰梁肋梁及鋼筋網安裝、噴射混凝土面層、錨桿預應力施工等。

高壓旋噴樁的施工方法及質量要點:在施工軸線上按設計要求進行放線定位,各孔采用統一編號,孔位樁打入地面下0.1 m,妥善保護。高噴分兩序施工(間隔噴漿),先鉆Ⅰ序孔,為確保鉆孔垂直度,選用SGZ-Ⅲ型地質鉆機鉆孔,該鉆機具有機身重,鉆桿粗,回轉運行穩定,成孔垂直高等優點,用于高噴造孔較100型、150型地質鉆機及振動成孔有明顯優勢。鉆具采用水沖巖芯鉆具,鉆孔孔徑127mm,鉆進采用泥漿循環護壁,鉆至設計深度結束。首先按設計要求布孔,然后按Ⅰ序、Ⅱ序鉆孔,鉆孔前應將鉆機放置水平,鉆進過程中應隨時利用水平尺檢查鉆機水平狀況,以保證垂直度,偏斜不大于孔深的1%。鉆孔結束后測量孔斜率及孔斜方位,并做好記錄,對施工中出現的異常現象及時報告,以便采取相應措施,確保質量。

灌漿:保證漿液各項指標符合設計要求,同時啟動高壓水泵、空壓機、攪拌機、泥漿泵等配套設備,將各項工藝參數調整到設計要求,開始噴射,待孔口返漿后按設計要求速度開始提升,這樣就自下而上形成了高壓噴射灌漿防滲板墻。在灌漿過程中,隨時檢查漿液比重,隨時注意孔口冒漿現象,如孔中出現不返漿,說明地層中有大空隙或集中漏水通道,此時應立即停止提升,采取充砂或摻加速凝劑等措施,保證返漿以確保防滲墻的連續性,噴射過程中應隨時檢查設備運行狀況,做好各環節配合,避免中斷,如中斷應視中斷時間長短采取補救措施。

采用高壓噴射灌漿,通過試驗落實各項施工參數。Ⅰ序孔、Ⅱ序孔灌漿間隔時間不小于7 d,遇特殊情況,及時進行處理,確保板墻連續完整性。從孔口冒出的部分漿液,除了被切割的地層顆粒外,大部分為水泥漿,將冒漿導入沉淀池,使地層中粗顆粒沉淀,并盡快將沉淀后的水泥漿泵送回攪拌機回收利用,這樣既節約水泥、節省投資,又保護了環境。

回灌:待噴射管提到設計高程后,噴射灌漿結束,然后向孔內不斷灌入合乎質量要求的水泥漿,直到漿液不再下沉為止。

因停電、機械故障造成停噴時間達24 h以上,繼續噴射時則應將噴頭下插50cm開噴,確保板墻在高度上的連續性。

封孔:采用回漿回灌封孔,上部不滿部位采用粘土回填夯實封孔。

棄漿排放:舍棄的漿液排放至指定地點。

根據本工程的特點,采用XY-300型工程鉆機進行鋼管樁鉆孔施工,樁孔終孔后,利用泥漿將沉渣沖出,直至孔內沉渣厚度小于100mm,為了保證施工質量,必要時進行二次清孔,鋼管樁所選用鋼管為直徑168壁厚5mm的無縫鋼管,鋼管長度根據孔深及地面標高、樁頂標高確定,鋼管焊接必須平直,不得有局部彎曲,鋼管樁的傾斜度小于1%,施工平面位置誤差為±10cm,每根鋼管樁均用砂漿填滿,管樁頂300×300冠梁連接,φ 168鋼管樁6.0m長,整根無需焊接;φ 168鋼管樁12.0m 長,內襯焊接,樁內灌注純水泥漿水灰比0.5,純水泥漿摻入適量黃砂,膨脹劑摻入量根據現場試驗確定。

待高壓旋噴樁結合鋼管樁形成的止水帷幕達到要求強度,即可進行帷幕內土石方開挖,嚴格分層開挖,分層支護,基坑邊坡支護主要內容有:錨桿成孔、桿體安裝及注漿加固,腰梁、肋梁及鋼筋網安裝、噴射混凝土面層、施加錨桿預應力等。錨桿鉆孔前,根據設計要求和土層條件,定出孔位,做出標記,按設計要求制作錨桿,為使錨桿處于鉆孔中心,應在錨桿桿件上安設定中架或隔離架(粗鋼筋桿體沿軸線方向每隔2.0m設置一個定中架)。安放錨桿桿體時,應防止桿體扭曲、壓彎,注漿管宜隨錨桿一同放入孔內,管端距孔底為50mm～100mm,桿體放入角度與鉆孔傾角保持一致,安好后使桿體始終處于鉆孔中心。注漿材料選用水灰比0.40～0.45的純水泥漿,必要時可加入一定量的外加劑或摻合料,漿液硬化后不能充滿錨固體時,應進行補漿,注漿量不得小于計算量,其充盈系數為1.1～1.3。注漿完畢應將外露的鋼筋清洗干凈,并保護好。肋梁及腰梁截面為300×300,混凝土C20,配筋為4Φ 20,主筋通長配置,箍筋φ 6@200。鋼筋質量符合規范要求,采用綁扎或焊接施工,鋼筋網緊貼巖面并與錨桿連接牢固。噴混凝土采用濕噴法施工工藝,用TK-961型混凝土噴射機自上而下分層噴射,人工噴水養護。網噴混凝土施工工藝采用:施工準備→巖面沖洗、驗收→噴基層混凝土(3cm～5cm)→鉆孔→注漿→錨桿安裝→掛網→面層分層噴混凝土→回彈料清理→灑水養護。

為了基坑工程施工的安全,順利按計劃進行,保證工程質量,并且在施工過程中,使周圍已有建筑物、市政設施、地下管線等不受損傷、少受干擾,必須對基坑工程全過程進行系統監測。在施工過程中,隨時掌握基坑圍護結構的位移、沉降、受力水平及周圍建筑物的動態(沉降或傾斜),以科學數據為依據,做到信息指導施工,對可能出現的工程隱患及時預報以采取相應措施,防患于未然。

帷幕形成后基坑采用明排降低地下水位,具體施工方法為:在基坑四周開挖排水溝,在基坑四角設置集水井抽水。

3 結語

根據該工程實際效果,高壓旋噴樁止水帷幕+鋼管樁+錨桿噴射混凝土相結合的復合基坑支護方案在地下水位較高,基坑開挖坡度較大的深基坑支護中能夠起到良好的止水及護坡作用,也是目前工程中常采用的基坑支護方案。

[1]CECS 22∶2005,巖土錨桿(索)技術規程[S].

[2]JGJ 120-99,建筑基坑支護技術規程[S].

[3]GB 50330-2002,建筑邊坡工程技術規范[S].

[4]GB 50086-2001,錨桿噴射混凝土支護技術規范[S].

[5]GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規范[S].

[6]GB 50010-2002,混凝土結構設計規范[S].

[7]DBJ 14-024-2004,建筑基坑工程監測技術規程[S].