軟土基坑SMW工法樁與錨桿組合支護(hù)若干施工技術(shù)問題探討

俞 堅

(福建天宇建筑技術(shù)工程有限公司 福建福州 350001)

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軟土基坑SMW工法樁與錨桿組合支護(hù)若干施工技術(shù)問題探討

俞 堅

(福建天宇建筑技術(shù)工程有限公司 福建福州 350001)

基于沿海某一深厚層軟土基坑支護(hù)施工案例，在特殊場地條件與地質(zhì)條件下， 對濱海吹砂地層基坑工程施工遇到特定困難進(jìn)行實踐探索，通過精心分析，制定合理可行的施工方案，細(xì)化和深化施工工藝，并以試驗性施工加以驗證，最終確定關(guān)鍵工藝參數(shù)，解決基坑支護(hù)施工若干技術(shù)難題，使之既能滿足設(shè)計要求，又能滿足項目工期、成本及質(zhì)量要求，對于相類似的工程具有參考價值。

施工方案；SMW工法；工藝參數(shù)；組合式預(yù)應(yīng)力錨管

0 引言

隨著高層建筑地下室的普遍應(yīng)用，大量深基坑工程頻繁出現(xiàn)，各種類型的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用而生，在眾多的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型中，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為普遍，施工方案與技術(shù)因不同項目、不同的施工場景表現(xiàn)出多樣性和靈活性，相同的設(shè)計因不同的施工對策體現(xiàn)出不同的工程效果，最終反映在項目的成本、工期、安全等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上，本文以平潭協(xié)和醫(yī)院綜合樓地下室基坑工程的施工為例，將這一實踐提升到理念和技巧，以供同類型工程借鑒。

1 工程概況

1.1 工程場地條件與標(biāo)高情況

在建平潭協(xié)和醫(yī)院綜合樓位于福建省平潭綜合實驗區(qū)北厝鎮(zhèn)西側(cè)，場地原始地貌屬濱海灘涂—潮間帶，經(jīng)吹填砂而成，地勢較平坦。場地黃海標(biāo)高約為5.00m(相對標(biāo)高-2.60m)，北側(cè)及南側(cè)設(shè)一層地下室，中部為二層地下室，地下室形狀呈不規(guī)則多邊形，一層地下室底板墊層底標(biāo)高為-6.3m(相對標(biāo)高，下同)，開挖深度為3.70m；二層地下室底板墊層底標(biāo)高為-10.4m，基坑邊局部深承臺開挖標(biāo)高達(dá)-13.0m，開挖深度約10.0m，基坑側(cè)壁安全等級為一級，基坑支護(hù)平面布置圖如圖1所示。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

場地自上而下為填砂、淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、碎石土、殘積土。地下水位在黃海標(biāo)高3.2m(相對標(biāo)高-4.4m)，位于地表下1.80m左右，主要為吹填砂層中的潛水，含水層滲透系數(shù)高，水量較為豐富，受潮汐影響較大。

1.3 支護(hù)型式

一層地下室基坑為噴錨支護(hù)，邊坡坡度1∶1；二層地下室設(shè)計為兩級支護(hù)，第一級與一層地下室相同，也采用噴錨支護(hù)，第二級為直立支護(hù)，采用SMW工法樁加噴錨(拉錨構(gòu)件為錨管，局部采用預(yù)應(yīng)力錨索)支護(hù)形式，工法樁為三軸水泥攪拌樁內(nèi)插型鋼，樁徑Φ650，樁中心距450mm，型鋼規(guī)格HM488×300×11×18，坑底被動區(qū)采用Φ500水泥攪拌樁加固，支護(hù)剖面圖如圖2所示。

2 施工總體順序的確定

通過場地踏勘，結(jié)合設(shè)計圖紙及勘察資料，最終形成以下兩種不同方案的施工順序：

方案一：先淺后深，先外而內(nèi)、先降水后開挖。這一方案要求在基坑外圍按設(shè)計先行施工36口降水井，依靠降水將地下水從天然水位(-4.4m)降至-6.3m以下，再進(jìn)行一級坡面的噴錨施工，土方從一級坡腳向坑內(nèi)中心平推開挖，提供SMW工法樁施工作業(yè)面，完成負(fù)二層的圍護(hù)樁及其冠梁的施工。

該方案為常規(guī)做法，優(yōu)點是施工按部就班，次序清晰，便于實施，風(fēng)險??；缺點是由于需要先行降水，再施工一級邊坡噴錨支護(hù)，工期被一級噴錨支護(hù)施工占用，工期較長，不能體現(xiàn)關(guān)鍵工序(SMW工法樁)的優(yōu)先原則，同時對降水依賴性高。

方案二：先深后淺，先進(jìn)行負(fù)二層的工法樁施工，后進(jìn)行一級坡面施工，要求以關(guān)鍵工序SMW工法樁為先導(dǎo)，在負(fù)二層區(qū)域以支護(hù)樁為中心，沿支護(hù)樁走向開辟一條環(huán)形工作帶供三軸樁施工，工作帶寬度30m，底標(biāo)高在地下天然水位位置(黃海高程3.2m)。

該方案的優(yōu)點是能夠充分結(jié)合基坑支護(hù)的特點，合理統(tǒng)籌安排施工先后順序，先行SMW工法樁施工和冠梁施工，利用冠梁強(qiáng)度齡期時間進(jìn)行一級坡面噴錨施工，因而一級坡面噴錨施工不占用工期，縮短工期一個月。該方案缺點是場地地下水位較高，存在三軸攪拌樁機(jī)械地基承載力不足的風(fēng)險。

鑒于本工程項目工期十分緊迫，在眾多的因素中，工期是決定性的因素，權(quán)衡兩個方案的利弊，最終選定方案二作為本項目支護(hù)施工的總體順序。

3 環(huán)形工作帶開挖標(biāo)高

本工程建筑樁基采用沖(鉆)孔灌注樁，施工造成場地坑坑洼洼，又逢雨季，泥漿四溢，三軸攪拌樁施工前必須對場地進(jìn)行清理，通過降低場地標(biāo)高，清除面層各種障礙，根據(jù)三軸攪拌樁的施工需要，應(yīng)開挖環(huán)形工作帶，開挖深度必須合適。開挖過淺無法到達(dá)原狀土層、并完全清除淺部障礙，同時三軸水泥攪拌樁空孔段過長，造成不必要的浪費(fèi)；開挖過深則遇地下水，且軟弱土層覆土不夠，因此開挖深度既要達(dá)到清除面層障礙的目的，又要滿足三軸攪拌樁機(jī)械對地基承載力的要求，否則將有傾覆性的危險。

針對上述的問題，最終采取如下措施得以解決：

(1)環(huán)形工作帶深度開挖至地下水位標(biāo)高位置；

(2)按設(shè)計坡度開挖一級坡，深度1.5m(相對標(biāo)高-4.1m)，平面范圍與環(huán)形工作帶連接，在對應(yīng)一級坡腳的設(shè)計平臺位置開挖環(huán)形集水槽(相對深1.0m，相對標(biāo)高-5.1m，寬2.0m)和集水坑(相對深1.5m，相對標(biāo)高-5.6m，間距20m)；

(3)在場地中央開挖若干集水坑；

(4)在集水坑中安放潛水泵抽水，使工作帶位置的地下水位降至樁機(jī)支撐面下0.5m；

(5)地面承載力判斷：300型挖機(jī)能自如行走，則判別承載力滿足要求(若不滿足要求應(yīng)滿鋪30cm后的磚渣)。

地基承載力的類比驗算[4]：

步履式三軸攪拌樁機(jī)接地比壓≤0.1MPa，施工時機(jī)座下滿鋪鐵板，實際接地比壓小于0.05MPa。

以小松PC300—7型挖掘機(jī)作驗證機(jī)，履帶板寬度600mm，履帶接地長度3 700mm，整機(jī)工作重量31.2t。

接地比壓=31.2×104/2×600×3 700=0.07MPa。

所以滿足300型挖機(jī)的地基承載力就可以滿足步履式三軸攪拌樁機(jī)對地承載力的要求。

4 三軸攪拌樁施工工藝參數(shù)的確定

三軸攪拌樁的成樁質(zhì)量與工藝參數(shù)的合理與否關(guān)系極大，合理的工藝參數(shù)必須通過現(xiàn)場試樁確定，在試樁前必須根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合地層條件預(yù)先設(shè)定試樁工藝參數(shù)才能進(jìn)行試樁施工，避免盲目性。

4.1 設(shè)計參數(shù)

以上述剖面為例，三軸攪拌樁樁長17.4m，空孔2.5m，攪拌樁規(guī)格Φ650@450，實樁水泥摻量24%，空孔按工藝需要水泥摻量5%，泵送壓力>0.3MPa，成樁土層土的重度為16.1KN/m3，下沉速度0.5～0.8m/min，提升速度1.0m/min～1.5m/min，水灰比1.5～2.0∶1。

4.2 單根樁理論水泥用量的確定

按設(shè)計要求，單根樁理論水泥用量：實樁及空孔總用量2.3t；選用水灰比1.5∶1，可配置水泥漿液體積8.33m3；按水泥漿用量計算一副樁施工時間，選灰漿泵檔位：3檔，流量210L/min，流量時間=8.33/0.21=39.7min。

4.3 鉆桿下沉和提升速度的確定

下沉速度：選0.8m/min，下行時間：(17.4+2.5)/0.8=24.9min;

樁底滯留時間：1 .0min;

提升速度：選1.5m/min，上行時間：(17.4+2.5)/1.5=13.3min;

合計運(yùn)行時間：39.2min，與水泥漿流量時間39.7min吻合。

計算表明上述三軸攪拌樁試樁施工參數(shù)選擇合理。

5 錨索與錨管組合方式——組合式預(yù)應(yīng)力錨管的應(yīng)用

5.1 組合式預(yù)應(yīng)力錨管的施工工藝

在本基坑工程中，負(fù)二層采用工法樁加錨桿的支護(hù)形式，其中有一部分為預(yù)應(yīng)力錨索，若按照常規(guī)的施工工藝，在碎石土層中施工錨索極為困難，甚至無法完成，鉆孔過程出現(xiàn)塌孔后便無法進(jìn)行，本工程采用錨管套鋼絞線的方法使問題得以解決。

具體方法是在預(yù)應(yīng)力錨索成孔困難的地段采用沖擊的方式先進(jìn)行錨管施工，進(jìn)入土層的錨管達(dá)到設(shè)計長度后使鋼管外留1m，布置鋼筋網(wǎng)進(jìn)行噴射面層，強(qiáng)度滿足后對錨管清孔并裝入2束鋼絞線，鋼絞線長度比進(jìn)入土層的錨管長80cm，鋼絞線端頭距錨管口20cm左右，往錨管內(nèi)灌滿水泥漿，孔口用止?jié){袋封堵，進(jìn)行間歇式壓力注漿，每次注漿飽滿后停歇20min，每一個錨管進(jìn)行2～3次注漿。當(dāng)錨固體達(dá)到強(qiáng)度后切掉外露的鋼管，留下錨索張拉鎖定，鎖緊力按設(shè)計要求。

5.2 組合式預(yù)應(yīng)力錨管的拉力驗算

(1)由鋼絞線與水泥漿錨固體黏結(jié)強(qiáng)度控制的拉力

T1=0.625ξ·n·π·d·Ft·La[1]=0.625×0.7×2×π×15.2×1.1×15 000=689kN

考慮水泥漿錨固體黏結(jié)厚度過小，最薄處6mm，遠(yuǎn)小于最小值25mm的要求，黏結(jié)效果需折減，折減系數(shù)0.25。

折減后拉力設(shè)計值=0.25×689=172kN

式中：ξ——集束鋼件的黏結(jié)效果折減系數(shù)，3件集束取值0.7；

0.625——安全系數(shù)K的倒數(shù)，臨時支護(hù)取K=1.6；

n——鋼絞線根數(shù)，n=2，d——鋼絞線直徑，d=15.2；

Ft——水泥漿錨固體的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值，1.1N/mm2

La——鋼絞線有效錨固長度15m。

(2)由錨管與水泥漿錨固體黏結(jié)強(qiáng)度控制的拉力

T2=0.625ξ·n·π·d·Ft·La=0.625×0.7×1×π×42×1.1×15 000=952kN

折減后拉力設(shè)計值=0.25×952=238kN

(3)由水泥漿錨固體與土層黏結(jié)強(qiáng)度控制的拉力

T3=0.625π·d·Fb·La=0.625×π×130×0.03×20 000=153kN

(Fb——水泥漿錨固體與土層極限摩阻力30kPa)

綜合上述計算，組合式預(yù)應(yīng)力錨管的拉力承載力可達(dá)153kN>設(shè)計拉力110kN，故能滿足要求。按該工藝施工的5根組合式預(yù)應(yīng)力錨管，其拉拔試驗承載力均超過設(shè)計值。

6 施工技術(shù)的應(yīng)用成果評價

本項目從施工過程的關(guān)鍵點和困難點出發(fā)，根據(jù)工程自身的特點，尋求解決問題的思路和方法，實踐表明，綜合應(yīng)用上述的方法和技術(shù)措施，對該工程的實施起到提綱挈領(lǐng)的作用，收到良好的工期進(jìn)度和質(zhì)量安全方面的效果，具體體現(xiàn)在：

(1)合理的施工順序?qū)s短工期、節(jié)約成本具有顯著的作用，該項目打破施工的傳統(tǒng)思路，因地制宜地采用先深后淺的施工順序，使工期縮短一個月。采用非傳統(tǒng)做法必須事先分析可行性，對附加出現(xiàn)的問題要有足夠的因應(yīng)手段，本項目可取之處在于未降水情況下，成功地解決了地下水的困擾問題。

(2)大型機(jī)械——三軸攪拌樁機(jī)對地面承載力的要求判別是關(guān)鍵，采用300型挖機(jī)做驗證，根據(jù)不同型號的機(jī)械進(jìn)行接地比壓的類比驗算，這個經(jīng)驗與方法對于軟弱場地的情形具有重要的指導(dǎo)價值，可以避免大型機(jī)械因?qū)龅爻休d力估計不準(zhǔn)造成陷落甚至傾覆的危險，保證施工過程的安全。

(3)三軸攪拌樁工藝參數(shù)關(guān)系到成樁質(zhì)量與施工的成本問題，雖然設(shè)計與規(guī)范都給出工藝參數(shù)的選擇范圍，但實際施工時必須有一個定值。業(yè)內(nèi)行情在對待這個問題上往往憑班組經(jīng)驗來定，具有隨意性，造成水泥用量或超標(biāo)或不足。本項目是通過設(shè)計水泥摻量做基準(zhǔn)參數(shù)，經(jīng)過一系列計算來制定各個工藝參數(shù)，具有科學(xué)性和實證性，既保證設(shè)計質(zhì)量(水泥摻量)又不造成超標(biāo)增加成本，從而達(dá)到設(shè)計質(zhì)量與施工成本節(jié)約的統(tǒng)一。

(4)該項目首創(chuàng)組合式預(yù)應(yīng)力錨管并加以應(yīng)用。在碎石土和雜填土地層，預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿)的施工通常要采用跟管工藝，即為了克服鉆孔過程出現(xiàn)塌孔、卡鉆等現(xiàn)象，使用鋼套管跟進(jìn)鉆孔的方法(俗稱跟管)，跟管的成本約180元/m，且工效極低(每班一天只能施工3根左右的錨索)。在該項目中，經(jīng)過試驗與計算，形成一種新的拉錨形式——組合式預(yù)應(yīng)力錨管，成功地解決了碎石土層的預(yù)應(yīng)力錨索施工問題，節(jié)約成本約160元/m，工效提高3～4倍(與跟管工藝比)，為該項目的工期與成本節(jié)約發(fā)揮較大作用。

(5)該項目采用上述方法后，不僅在工期、成本上看到顯著的效果，而且在施工過程的安全性以及基坑的整體穩(wěn)定性方面也是富有成效的。根據(jù)監(jiān)測單位反饋，基坑整體穩(wěn)定性非常好，二層深基坑部分累計變形只有3cm～4cm。

7 結(jié)語

以上介紹了本工程在特定情形下的施工策略和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)措施，沒有關(guān)于設(shè)計方案的有關(guān)論證，也沒有全過程敘述施工的工藝和方法，僅以項目實施過程的重點和難點為研究對象，旨在給出解決問題的思路與技巧，通過工程實踐，使技巧得到發(fā)展，并形成具有科學(xué)性和實用性的理念。實際上基坑工程的情況是復(fù)雜多變的，必須從整體上來把握施工方案，用系統(tǒng)的思想統(tǒng)攬全局，先整體后局部，從關(guān)鍵處著手，把技術(shù)與安全擺在首位，任何一項措施的執(zhí)行都必須在技術(shù)上可行，安全上可靠的前提下進(jìn)行，避免盲目性。施工是實現(xiàn)設(shè)計意圖的過程，因而必須以設(shè)計為依歸，忠于設(shè)計。

[1] 陳書申.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2006.

[2] 候治國.建筑結(jié)構(gòu)[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] JGJ120-2012 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4] 龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

Investigation of some construction technical problems of composite support with SMW pile and anchor pipe in foundation pit of soft soil

YUJian

(Fujian Tianyu construction engineering technology Co. Ltd. Fuzhou 350001)

In view of a construction case of foundation pit supporting construction of deep and thick soft soil on the coast， under the special conditions of geological and site， the construction of the foundation pit of the coastal blown sand stratum encountered specific difficulties to carry out practical exploration. Through careful analysis， the development of reasonable and feasible construction plan， refine and deepen the construction process， and to test the construction to be verified， and ultimately determine the key process parameters，solve some technical problems of foundation pit support construction， so that it can meet the design requirements， and can meet the project duration， cost and quality requirements， for similar projects with reference value.

Construction scheme; SMW engineering method; Craft parameters; Prestressed anchor pipe of combination

俞堅(1963.3- ),男,工程師。

E-mail:yujian251077@163.com

2016-08-22

TU47

A

1004-6135(2016)11-0054-04