復雜地質條件下基坑支護灌注樁施工技術

許厚材

(北京城建五建設工程有限公司，北京100029)

0 引言

隨著我國城市建設的發展，城市用地越來越緊張，為充分利用地下空間資源，基坑的深度也越來越深。隨著眾多深基坑的出現，樁錨支護體系因其具有受力合理、變形小、造價低、支護穩定性好、支護深度大、基礎施工便利等優點，在深基坑支護中的應用越來越廣泛［1～4］。但是由于錨桿在地下沿基坑四周向外輻射，施工結束后，往往一直保留在土體中，成為了鄰近后續建筑物或市政工程等地下結構設施的施工障礙。樁錨支護體系中的灌注樁施工過程中，經常會遇到地下障礙物需要處理。以往關于灌注樁遇到地下障礙物的處理措施［5，6］，是針對水泥預制方樁、沉管灌注樁、木樁、古水井、塊石、條石、地下人防工事、污水化糞池等障礙物的。但是灌注樁遇地下鋼絞線的處理措施較為少見。

本文結合工程實例，介紹了復雜地質條件下基坑支護鉆孔灌注樁施工技術，提出了灌注樁遇鋼絞線的處理措施，可供類似工程參考。

1 工程概況

政泉花園公建工程，位于北京市朝陽區大屯村，北苑路西側，大屯路北側，北小河路南側，總建筑面積約50萬m2，商業A、B區地下室為連體結構，地上為獨立結構，地下室均為3層，基坑開挖深度15.0 m。受現場施工條件限制，先施工主體結構工程，然后進行4個汽車坡道施工。

主體結構基坑開挖深度15.0 m，采用土釘墻+樁錨聯合支護。采用800 mm鋼筋混凝土護坡樁，樁間距1600 mm，樁頂(連梁頂)位于－2.00 m，樁身混凝土標號為C25;樁頂連梁500 mm×800 mm，混凝土標號為C25。分別在－5.0、－10.0 m各設置1道錨桿，第1道錨桿長度為22.0 m，錨桿直徑150 mm，錨桿傾角為15°，錨索選用2束75預應力鋼絞線，兩樁一錨;第2道錨桿長度為20.0 m，錨桿直徑150 mm，錨桿傾角為15°，錨索選用3束75預應力鋼絞線，一樁一錨;樁頂連梁以上部分采用1∶0.3放坡土釘墻支護。

汽車坡道基坑最大開挖深度15 m，根據基坑周邊情況和基坑開挖深度，不同地段采用放坡掛網、土釘墻、復合土釘墻和樁錨支護，大部分地段采用樁錨支護，本次共施工護坡樁286根，樁長15～19 m。由于樁錨支護部位距離基坑外側管線、建筑物比較近，樁頂標高同自然地面。護坡樁采用800 mm鋼筋混凝土灌注樁，樁間距1600 mm，樁身混凝土標號為C25。

2 工程地質與水文地質條件

2.1 工程地質條件

根據地質勘察報告，本工程勘察揭露地層40 m范圍內，按其年代、成因類型劃分為人工堆積層和第四系沉積層2大類，并按巖性特征進一步可劃分為10個大層及亞層，簡述如下:

①人工填土，雜色，稍密，稍濕～濕，主要為磚渣、灰渣，局部表面為混凝土路面;

②粘質粉土～粉質粘土，褐黃色，濕～飽和，中密，局部夾有重粉質粘土、砂質粉土、粘質粉土;

③粉質粘土～粘質粉土，灰色，濕～飽和，中密，含云母、有機物，夾有砂質粉土、粉細砂、重粉質粘土;

④細砂～中砂，褐黃色，濕～飽和，密實，夾有圓礫;

⑤粘質粉土～粉質粘土，褐黃色，濕～飽和，中密，夾有砂質粉土、粉質粘土、重粉質粘土、粉細砂;

⑥粉質粘土～粘質粉土，褐黃色，濕～飽和，中密，夾有砂質粉土、粉質粘土、重粉質粘土、粉細砂;

⑦細砂～中砂，褐黃色，飽和，密實，夾有圓礫、砂質粉土;

⑧粉質粘土～粘質粉土，褐黃色，中密，濕～飽和，夾有砂質粉土、粉質粘土、重粉質粘土、細砂;

⑨粉質粘土～粘質粉土，褐黃色，中密，濕～飽和，夾有粘土;

⑩細砂～中砂，褐黃色，密實，飽和，夾有卵石，一般粒徑20～40 mm，最大粒徑80 mm。

2.2 水文地質條件

根據勘察報告，本施工區共有3層地下水，第一層為潛水，埋深4.9～8.2 m;第二層為層間水，埋深12.70～13.2 m;第三層為承壓水，其水位埋深22.5～24.1 m。

根據近3～5年地下水位觀測資料分析，其水位年變化幅度一般為1.0 m左右。場區潛水天然動態類型屬于滲入～徑流型，主要接受地下徑流補給，并以地下徑流等方式排泄。從水位長期動態資料看，其水位季節變化規律一般為:5～7月水位較低，11月～來年3月水位較高，年變化幅度一般為1.0～3.0 m。

3 施工難點

3.1 現場條件概述

A1汽車坡道北側護坡樁中心線距人行道邊緣約1.0 m;A2汽車坡道東側緊鄰北苑路，基坑東側有10 kV高壓電纜溝槽，埋深約1.0 m，距基坑邊約1.0 m，施工圍擋距基坑邊約2.0 m;B1汽車坡道南側為停車場，基坑邊距離停車場鐵質圍欄約2.0 m;B2汽車坡道東側緊鄰北苑路，基坑東側有10 kV高壓電纜溝槽，埋深約1.0 m，距基坑邊約1.0 m，施工圍擋距基坑邊約2.0 m;B2汽車坡道南側有埋深約2.6 m的600 mm污水管，在東西向20 m的范圍內護坡樁外邊緣緊貼污水管。

本工程施工區原為居住區，地下留有各種舊管線、舊基礎且分布情況不明確，以及原施工基坑支護留在地層中的土釘、鋼絞線等障礙物。

3.2 施工難點

(1)基坑緊鄰地下電纜和施工圍墻等，施工空間非常有限，不具備采用大開挖整體清除地下障礙物的條件;

(2)灌注樁設計樁長15～19 m，人工挖孔樁需穿越含地下水的粉土、細砂層，對人工挖孔施工困難，且風險較大;

(3)灌注樁緊鄰地下高壓電纜，采用鉆機直接從地面開始開孔，施工風險大，不可行;

(4)遇舊管線、舊基礎，以及原施工基坑支護留在地層中的鋼絞線等障礙物，長螺旋鉆機無法鉆孔;

(5)本工程基坑最大開挖深度約15 m，基坑降水至地面以下約16 m即可滿足基坑土方挖運、支護和基礎施工要求，如采用人工挖孔則需要降水至地面下20 m(本工程最大樁長為19.0 m)，降水難度加大，增加施工成本。

4 施工技術

人工挖孔樁具有施工方便、速度較快、施工設備簡單，便于對地下障礙物的處理等優點［7，8］，在公路、民用建筑中得到廣泛應用。但是人工挖孔作業條件差、環境惡劣、勞動強度高，在有地下水的地層中施工更是具有較大的風險，孔深越大風險越大。長螺旋鉆孔后插鋼筋籠法灌注樁施工工藝，具有施工簡便、施工速度快、成樁質量可靠性高、成本低及地層適用廣泛等優點，在工業與民用建筑地基基礎施工中應用廣泛［9～11］。

考慮到本工程實際情況，采用人工挖探孔的方式對回填土層中的各種地下障礙物進行處理，挖孔至挖到原狀土，然后采用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠施工灌注樁。

4.1 總體施工流程

施工測量→地面障礙物處理→樁位布置→人工挖孔→人工挖孔質量檢查→鉆機就位→用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠施工→樁身混凝土養護。

4.2 障礙物處理

(1)對于建筑物基礎、混凝土地面及化糞池等地面可見障礙物，視情況采用人工或機械進行破碎清除。

(2)在護坡樁樁位處人工向下挖樁孔，孔徑為1.0 m，孔深以穿過回填土層為限。人工處理遇到的舊管線、土釘、舊基礎等地下障礙物。

(3)長螺旋鉆機鉆孔遇到原基坑支護鋼絞線時換用筒鉆鉆進，利用筒鉆將鋼絞線切斷后，再換用原鉆頭鉆進。

4.3 人工挖孔施工

施工工藝流程:

場地平整→測量放線、定樁位→開孔成孔作業→安裝護壁鋼筋→安裝護壁模板→灌注護壁混凝土→拆模→重復作業至設計深度。

人工挖孔完成后，對孔底土進行檢查，檢查是否進入原狀土;檢查人工挖孔孔徑、孔壁、垂直度，不符合質量標準要求時，應處理合格后再進行下道工序。

4.4 長螺旋鉆孔后插鋼筋籠施工

4.4.1 施工工藝流程

施工準備→鉆機就位→鉆孔→壓灌混凝土→清理孔口→鋼筋籠制作與安裝→混凝土振搗→成樁。

4.4.2 施工要點

(1)施工準備。主要施工平整場地，清理人工挖孔堆積在現場的土。

(2)鉆機就位。采用長螺旋鉆機成孔，鉆機坐落面應堅實、平整、不塌陷。

(3)鉆孔。根據土層情況合理調整施工參數，嚴格控制鉆進深度;鉆機鉆進過程中，不宜反轉或提升鉆桿，如需提升鉆桿或反轉應將鉆桿提至地面，對鉆尖開啟門須重新清洗、調試、封口。隨時清理孔口積土，保證下部孔土順利排出，防止提鉆時向孔內落土。

(4)壓灌混凝土。①達到設計樁底標高后，進行壓灌混凝土作業，首次泵送前或停工時間過長時，應先開機潤管;②混凝土開始壓灌時，宜先提升鉆桿200～300 mm，開始泵送混凝土，確認鉆頭閥門打開后方可提鉆;③混凝土的泵送宜連續進行，邊泵送混凝土邊提鉆，提鉆速率按試樁工藝參數控制，控制提鉆速率與混凝土泵送量相匹配，保持料斗內混凝土的高度≮400 mm，并保證鉆頭始終埋在混凝土面的深度≮1.0 m。

(5)清理孔口。中心壓灌混凝土完成后，鉆頭暫不移離孔口，及時清理孔口積土，防止積土落入孔中。

(6)鋼筋籠制作與安裝。①所有鋼材必須有材質證明，制作鋼筋籠前，應先進行鋼筋原材驗收、復驗及焊接試驗;②鋼材表面有污垢、銹蝕時應清除，主筋使用前應調直;③鋼筋籠縱向鋼筋的接頭采用搭接焊，雙面焊縫長度≥5d，單面焊縫長度≥10d(d為鋼筋直徑)，同一截面上的鋼筋接頭不得超過主筋總根數的50%，且兩相鄰接頭位置應錯開35d;④加勁箍筋與主筋采用點焊連接，螺旋箍筋與主筋采用點焊或細鐵絲綁扎連接，點焊或綁扎點應呈梅花形;⑤鋼筋籠的焊接質量，焊縫長度、高度及鋼筋籠斷面接頭間距等，均應符合設計及技術標準的要求;⑥采用25 t汽車起重機吊裝鋼筋籠，設雙吊點，吊點設在加勁箍筋處;⑦樁身混凝土灌注完成后應立即進行鋼筋籠插入作業，鋼筋籠應連續下放，不宜停頓;⑧利用吊車、振動頭輔助插入鋼筋籠，先依靠鋼筋籠與導管的自重緩慢插入，當依靠自重不能繼續插入時，開啟振動裝置使鋼筋籠下沉到設計深度，斷開振動裝置與鋼筋籠的連接，緩慢連續振動拔出導管。

(7)混凝土振搗。混凝土灌注結束后應立即用振搗棒進行振搗，振搗深度≮2.0 m，振搗時間≮5 min。

(8)樁身混凝土養護。混凝土灌注結束后對樁體進行養護(一般為3～7天)，養護期間應做好保護工作，尤其應保護好樁頭不受擾動破壞。

5 施工效果

5.1 淺層地下障礙物的處理

據統計，本次施工的286個人工挖孔中，遇到了96處地下障礙物，主要有原基坑支護土釘(18 mm螺紋鋼筋)、廢棄的混凝土污水管線、建筑基礎、廢棄鐵質供水管線、混凝土塊等各類地下障礙物，并進行了有效的處理，為后續的長螺旋鉆機鉆孔順利進行提供了條件。

采用人工挖孔，緊鄰基坑護坡樁的高壓電纜、污水管線得到了有效及時的保護，避免了長螺旋鉆機鉆孔對其的破壞和影響。

5.2 原基坑支護鋼絞線的處理

護坡樁施工，采用長螺旋鉆機成孔，當遇到基坑支護鋼絞線時，換用筒鉆鉆進，利用筒鉆將鋼絞線切斷后，再換用原鉆頭鉆進。據統計，本工程施工的286根樁中，有103根樁遇到了鋼絞線，采用筒鉆鉆進均獲得成功處理。

5.3 經濟效益、社會效益顯著

本工程灌注樁施工結束后，經檢測各項指標滿足設計要求，工期提前5天;最初的施工方案是考慮全部采用人工挖孔樁，以克服因存在眾多地下障礙物鉆機無法直接施工的困難。經仔細研究和考察論證后，采用上部回填土部分采用人工挖孔，其余采用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠施工工藝進行施工。施工工藝改進后，大大減少了人工挖孔工程量，可節省鋼筋混凝土護壁，減少土方開挖量，經初步計算可節省施工費用約36萬元。

本施工工藝可以有效解決灌注樁遇淺層地下障礙物問題，發揮了人工挖孔和長螺旋鉆孔后插鋼筋籠兩者的優點，具有安全性好、施工速度快、節約勞動力、施工成本低、施工質量可靠性高、無泥漿污染、環保等優點，具有顯著的經濟效益和社會效益。

6 結語

采用人工挖孔、長螺旋鉆孔后插鋼筋籠的灌注樁施工工藝，能夠有效處理淺層地下障礙物和保護地下管線，同時具有簡單、直觀、易行、快速等優點，灌注樁施工安全、質量可靠性高、施工速度快，可以揚長避短，充分發揮兩者的優點，具有較好的經濟效益和社會效益。

隨著我國城市建設的發展和樁錨支護應用越來越廣泛，樁錨支護施工過程中將越來越多的遇到老基坑支護留在土體中的鋼絞線。在灌注樁施工過程中將越來越多的遇到各種地下障礙物和基坑支護留在土層中的鋼絞線，相應的處理措施也將引起更廣泛關注。

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