軟土基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

1 工程概況

渤海航運(yùn)服務(wù)中心位于黃驊港西部， 1號(hào)路以北、12號(hào)路以東、3號(hào)路以南、規(guī)劃10號(hào)路以西，屬于新區(qū)航運(yùn)、貿(mào)易服務(wù)區(qū)的主要建設(shè)項(xiàng)目。項(xiàng)目占地面積194.17畝，分為辦公區(qū)、規(guī)劃酒店區(qū)和規(guī)劃居民區(qū)。其中辦公區(qū)建設(shè)以渤海航運(yùn)服務(wù)中心大廈、新區(qū)規(guī)劃展廳、審批辦件大廳及開放式廣場(chǎng)為主，估算總投資約2.5億元。按照設(shè)計(jì)，渤海航運(yùn)服務(wù)中心審批大廳為四層建筑，主要作為政府相關(guān)部門及港航、口岸通關(guān)服務(wù)平臺(tái)，建筑面積約為2.5萬m2；開放式廣場(chǎng)占地14畝，將修建噴泉等設(shè)施，是新區(qū)群眾休閑活動(dòng)的便利場(chǎng)所。

渤海航運(yùn)服務(wù)中心審批辦件大廳基坑底部長(zhǎng)94.15 m，寬92.85 m。基坑開挖深度為9.5m。基坑周圍沒有建筑物，東側(cè)10 m有一公路。

施工單位：河北華興基礎(chǔ)工程公司

施工時(shí)間：2008年11月

1.1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

整個(gè)場(chǎng)地位于華北平原東部的濱海平原。本次勘察范圍內(nèi)地層除表層為素填土（Q4ml）外，主要為第四系全新統(tǒng)陸相沖積（Q4a1）、全新統(tǒng)海相沉積（Q4m）及上更新統(tǒng)陸相沖積（Q3al）形成的粉質(zhì)黏土、粉土及粉砂層，按其成因、巖性特征及物理力學(xué)性質(zhì)共分為8層，各層土的巖性特征如下所述：

（1）素填土，層厚0.80～1.10 m，黃褐色，以粉質(zhì)黏土、黏土為主，混有粉土，為近期堆填，松散～稍密，濕～很濕。底部為深灰色。

（2）粉質(zhì)黏土，層厚0.60～1.20 m，黃褐色，含氧化鐵，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，光滑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高，軟塑～流塑。

（3）粉土，層厚1.20～5.50 m，灰色，含云母，腐植質(zhì)，含貝屑，無光澤反應(yīng)，搖振反應(yīng)中等，干強(qiáng)度低，韌性低，稍密～中密，很濕。

（4）粉質(zhì)黏土，層厚1.30～2.8 0 m，灰～深灰色，含腐植質(zhì)，稍有光滑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，軟塑～流塑，局部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。

（5）粉質(zhì)黏土，層厚1.20～2.30 m，灰～灰褐色，含腐植質(zhì)，見貝殼，光滑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高，軟塑，局部夾粉土。

（7）粉土，層厚2.40～4.90 m，灰～黃灰色，含云母，局部腐植質(zhì)，無光澤反應(yīng)，搖振反應(yīng)中等，干強(qiáng)度低，韌性低，中密，很濕。

（8）粉質(zhì)黏土，層厚0.90～8.20 m，灰褐～黃灰色，含腐值質(zhì)，見貝殼，稍有光滑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，軟塑～可塑，局部夾粉土。

1.2 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

勘察深度范圍內(nèi)揭露的地下水主要為第四系孔隙潛水，主要受大氣降水影響及周邊場(chǎng)地海水養(yǎng)殖場(chǎng)、曬鹽池等地表水體的影響，地下水位年變化幅度0.50～1.00 m。勘察期間地下水位：埋深0.5 m。

2 基坑支護(hù)方案比選

軟土基坑支護(hù)方案的選擇要綜合考慮場(chǎng)地周圍的環(huán)境、基坑開挖范圍及深度、地質(zhì)條件及防水要求。結(jié)合本工程的實(shí)際情況通過分析比較，綜合確定了如下幾種基坑支護(hù)方案。

（1）鋼板樁支護(hù)。鋼板樁作為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)常用于深基坑支護(hù)、橋梁橋墩水中基礎(chǔ)及海岸工程等的施工圍堰。其適用范圍包括軟土、淤泥質(zhì)土及地下水豐富地區(qū)，這些地質(zhì)環(huán)境往往易于鋼板樁的施工。但由于鋼板樁剛度小、柔性大， 在土壓力的作用下容易產(chǎn)生位移，，且造價(jià)較高。

（2）地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻的圍護(hù)呈封閉狀，止水效果好，墻體剛度大。在基坑開挖后，澆筑地下連續(xù)墻再加上錨桿或支撐系統(tǒng)，就可以止水和擋土，非常便于深基礎(chǔ)的施工。一般來說，圍護(hù)體用作主體結(jié)構(gòu)的一部分，或采用逆筑法施工時(shí)，或在軟土層中基坑開挖深度超過10 m，周圍地下管線或相鄰建筑對(duì)位移與沉降要求較高，可采用地下連續(xù)墻。與排樁和深層攪拌樁圍護(hù)相比，地下連續(xù)墻如只用作臨時(shí)擋土結(jié)構(gòu)，該圍護(hù)方法造價(jià)較高，不夠經(jīng)濟(jì)。要根據(jù)基坑土質(zhì)情況、開挖深度、以及周圍環(huán)境情況，并經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后認(rèn)為合理，才能使用。

（3）土釘墻支護(hù)。土釘支護(hù)是一種邊坡原位加筋支護(hù)技術(shù)。它是由天然土體通過土釘墻就地加固并與噴射混凝土面板相結(jié)合，形成一個(gè)類似重力擋墻來抵抗墻后的土壓力，從而保持開挖面的穩(wěn)定。

在軟土基坑支護(hù)方面，土釘支護(hù)一般存在以下幾個(gè)問題：

①土釘與地層界面粘結(jié)強(qiáng)度T值偏低，則土釘抗拔力相應(yīng)降低。

②在軟塑勃性土及淤泥質(zhì)土層中，基坑開挖后往往難自立。

③由于軟弱土層與噴射混凝土粘結(jié)強(qiáng)度低，或由于滲水難以施工。

④軟弱土層基坑底部存在隆起、管涌、滲流等問題。

（4）深層攪拌水泥土樁與擋土灌注樁結(jié)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)，即采用深層水泥土攪拌樁為止水帷幕、鉆孔灌注樁為支護(hù)結(jié)構(gòu)。

深層攪拌水泥土樁是以水泥為固化劑與深層軟土強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成穩(wěn)定性、整體性和有一定強(qiáng)度的樁。如密排布置可作為防水帷幕，阻止?jié)B透水流，并對(duì)樁背后的軟土進(jìn)行加固，可以增加側(cè)向承載力，支護(hù)深度較淺，一般不超過6 m。

鉆孔灌注樁支護(hù)主要利用鉆孔樁擋土，通過密排、間隔式、雙排或其他形式在基坑周圍沿線布置，樁鉆入土層一定深度，使懸臂部分的主動(dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力達(dá)到平衡，以樁自身強(qiáng)度承受土體壓力來限制土體滑移。在開挖深度不大，閉水要求不高時(shí)可利用鉆孔樁密排布里，這樣布置的支護(hù)結(jié)構(gòu)間隙較小，有一定的閉水性；當(dāng)開挖深度較大時(shí)，可采用雙排樁加支撐、后錨等其他形式的布置方式，以鉆孔樁作為一道擋土墻體，防止土體滑移，保證基坑附近建筑物的安全。

深層攪拌水泥土樁與鉆孔灌注樁結(jié)合應(yīng)用， 即能起到擋土的作用， 且閉水效果顯著，適合軟土地區(qū)且對(duì)防水要求較高的基坑支護(hù)。

通過方案比選，本工程最終選用了深層攪拌水泥土樁與擋土灌注樁結(jié)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)。采用深層水泥土攪拌樁為止水帷幕、鉆孔灌注樁為支護(hù)結(jié)構(gòu)。

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝

本文詳細(xì)介紹了鉆孔灌注樁和水泥土攪拌樁的施工設(shè)備、施工工藝流程及施工注意事項(xiàng)。以渤海航運(yùn)中心基坑支護(hù)為例，介紹鉆孔灌注樁和水泥土攪拌樁的具體施工方案。

3.1 水泥土攪拌樁止水帷幕施工

本工程采用雙頭止水深層攪拌樁，樁長(zhǎng)28.5 m，樁徑500 mm，樁間咬和150 mm。采用42.5普通硅酸鹽水泥，摻量為15%，水灰比0.45。超過24 h的施工冷縫采用二噴三攪的施工工藝。在成樁15 d后水泥土強(qiáng)度達(dá)到50%時(shí)方可開挖。

（1）施工工藝

①定位。鉆機(jī)到達(dá)指定樁位，對(duì)中、整平。利用經(jīng)緯儀檢查鉆機(jī)垂直度。

②預(yù)拌下沉。根據(jù)電機(jī)的電表控制下沉速度，通常為0.38～0.75 （m·min-1）。如下沉速度太慢，可輸入少量清水以利鉆進(jìn)。

③壓漿前，先制備水泥漿，并放入集料斗中。

④鉆頭下到樁底標(biāo)高時(shí)，即行噴漿攪拌提升，邊噴邊攪拌；提升速度為0.3～0.5 （m·min-1）。為使軟土和水泥漿攪拌均勻，重復(fù)上下攪拌，兩根樁之間的搭接15 cm。

⑤每次成樁后，必須及時(shí)用灰漿泵注清水，對(duì)注漿管和噴漿頭進(jìn)行清洗。

⑥移位。根據(jù)鉆機(jī)上的刻度，每次移位350 mm。

3.2鉆孔灌注樁施工

根據(jù)該工程場(chǎng)地內(nèi)的工程地質(zhì)條件及工程技術(shù)要求，本工程擬采用泥漿護(hù)壁、潛水鉆成孔。采用2臺(tái)KQ-1200潛水工程鉆機(jī)分區(qū)域由東向西推進(jìn)，采用跳打方式，如圖5-7所示。

（1）成孔施工方法和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

①進(jìn)行測(cè)量放線，定樁位，開挖泥漿溝、泥漿池，埋設(shè)護(hù)筒。護(hù)筒采用鋼板護(hù)筒，中心與樁位中心偏差不大于50 mm，護(hù)筒上口應(yīng)高出地面150 mm，其內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑100 mm，其上部宜開設(shè)1～2個(gè)出漿孔。

②鉆機(jī)就位后，必須平整、穩(wěn)固，確保在施工中不發(fā)生傾斜、移位。為了準(zhǔn)確控制鉆孔深度，必須在機(jī)架上做出控制深度的標(biāo)尺，以便施工中進(jìn)行觀測(cè)、記錄。

③開鉆前，要保證泥漿的排放暢通及排運(yùn)泥漿工作準(zhǔn)備就緒，方可開鉆。

④鉆機(jī)必須先注水后進(jìn)尺，進(jìn)尺速度控制在0.2 m·min-1為宜，碰到硬土層進(jìn)尺速度適當(dāng)減慢，以鉆機(jī)不超過負(fù)荷為準(zhǔn)，鉆機(jī)進(jìn)尺到設(shè)計(jì)孔深時(shí)，使鉆機(jī)空轉(zhuǎn)不進(jìn)尺，同時(shí)射水。待孔底殘?jiān)コ蓾{，排水泥漿比重降到1.1左右時(shí)，以手指捻漿無砂粒感覺時(shí)，即可認(rèn)為清孔合格。

⑤清孔終結(jié)前，應(yīng)測(cè)定泥漿指標(biāo)，以保證在水下混凝土澆注時(shí)，孔底沉渣不大于允許厚度，清孔后應(yīng)立即組織水下混凝土施工，一般從清孔停止到砼澆注開始控制在一小時(shí)以內(nèi)。

⑥樁鉆孔成孔后，必須測(cè)量深度、孔徑，符合設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行混凝土澆注。澆注砼前，孔底的泥漿比重應(yīng)小于1.25；含砂率小于或等于8%；粘度≤28 S；孔底沉渣厚度指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求不得大于200 mm。

⑦鉆進(jìn)過程中如發(fā)生斜孔、塌孔和護(hù)筒周圍冒漿時(shí)，應(yīng)停鉆，待采取相應(yīng)措施后再行鉆進(jìn)。如發(fā)生縮頸、塌孔時(shí)，可加大泥漿比重以穩(wěn)孔護(hù)壁，也可于縮頸、塌孔段投入粘土、泥膏；使?jié)撍@空轉(zhuǎn)不進(jìn)尺進(jìn)行固壁。當(dāng)縮頸、塌孔嚴(yán)重或泥漿突然漏失時(shí)，應(yīng)立即回填粘土，待孔壁穩(wěn)定后再鉆。

（2）鋼筋籠的制作。

①鋼筋籠在制作、運(yùn)輸和安裝過程中，應(yīng)采取措施防止變形。

②鋼筋籠的主筋凈保護(hù)層不宜小于70 mm ，其允許偏差為±20 mm 。

③吊放鋼筋籠入孔時(shí)，不得碰撞孔壁，灌注混凝土?xí)r應(yīng)采取措施固定鋼筋籠的位置。

④鋼筋籠需分段連接者，其連接焊縫及接頭數(shù)量應(yīng)符合規(guī)范要求。

⑤鋼筋籠外側(cè)需設(shè)混凝土墊塊或采用其它有效措施，以確保鋼筋保護(hù)層厚度。

⑥水平鋼筋（橫向加勁箍及螺旋箍）與縱向鋼筋交接處應(yīng)焊牢。

（3）混凝土的澆灌。

①本工程灌注樁混凝土強(qiáng)度為C30。

②本工程采用水下灌注的混凝土，要求混凝土必須有良好的和易性，坍落度宜為180～220，混凝土中的水泥用量不應(yīng)少于360 kg·m-3，粗骨料粒徑不得大于40 mm。

③現(xiàn)場(chǎng)制作的混凝土初凝時(shí)間不得少于2 h；預(yù)拌混凝土初凝時(shí)間應(yīng)視交通情況而定，宜從最不利的情況考慮控制終凝時(shí)間。

④應(yīng)控制最后一次混凝土的灌注量，不使樁頂超過或偏低過多，一般控制在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上約0.8 m。如果樁頭質(zhì)量較差，必須鑿至符合要求為止。

4 .結(jié)束語

本文以渤海航運(yùn)服務(wù)中心基坑支護(hù)為工程背景，介紹了場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，通過方案比選，確定了基坑支護(hù)方案。應(yīng)用理正深基坑計(jì)算軟件對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了內(nèi)力計(jì)算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并對(duì)基坑進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。該工程已于2011年12月峻工投用，基坑支護(hù)工程施工非常成功，效果良好。