淺水明挖深基坑圍護樁支護技術研究

王曉軻 WANG Xiao-ke

（中鐵十七局集團建筑工程有限公司，太原030000）

0 引言

隨著國家的快速發展，人民對生活出行要求越來越高，地鐵以安全、快捷、舒適成為大眾出行的首選,引領城市公共交通風向標。地鐵設計中主運行線路埋深與地下，車輛段設置與地面，出入線U型槽施工多為深基坑，基坑支護成為施工的關鍵環節，在以粉土、砂層伴隨地表水、地下水的地質結構中支護方式的選擇直接關系到項目工期、質量、安全目標，為解決此問題出現了多種支護技術，如高壓旋噴樁止水帷幕支護、土釘墻支護、樁板墻支護、圍護樁支護等。

在多種施工方法中，受其地質、環保、投資、工期等影響需結合項目自身進行最優選擇，高壓旋噴樁止水帷幕支護適用于承壓水較大、地質條件差的施工區域，其止水、支護效果好，但施工技術高、周期長、成本大；土釘墻支護適用于地質條件穩定的邊坡支護，需進行放坡開挖，紅線用地較大，而地鐵經過區域多為城市的金融、政治、商業中心及人口密集地段，紅線用地受限無法設置；樁板墻支護適用于地質條件穩定、地下水較深，僅能完成支護功能無法實現止水功能；圍護樁支護加樁間噴錨實現了支護及止水的雙重功能，也大大節約成本，紅線用地較小，施工技術成熟，施工周期短，結合本項目地質及現場條件本文就地鐵出入線采用圍護樁在淺水情況下明挖深基坑止水、支護的施工方法、施工關鍵技術、監控量測進行詳細闡述。

1 項目概況

鄭州南站站后區間出入線明挖段右線區間起點里程右CR-K1+100，右線終點里程右CR-K1+665；左線區間起點里程CR-K1+107.88，左線終點里程CR-K1+671.593。區間右線長度565m，左線長度563.713m。該段明挖區間結構頂板覆土厚度最深處1.5m，基坑最深10.25m。區間明挖段基坑深度大于8m采用圍護樁+內支撐的支護形式，圍護樁為Φ1000@1500鉆孔灌注樁，樁頂設冠梁，樁間掛網噴錨，采用Φ6.5@150mm鋼筋網、噴射100mm厚C20混凝土。

2 圍護樁支護加樁間噴錨止水施工方法及關鍵技術

本工程圍護樁里程右CR-K1+100～右CR-K1+339，采用￠1000@1500WZ1型和WZ2型兩種型號圍護樁，WZ1型樁長13.35m，WZ2型樁長15.35m，鉆孔設備采用2臺潛水鉆，自北向南東西兩側同時施工，隔一打一。如圖1。

圖1 圍護樁施工平面示意圖

2.1 施工工藝

平整場地→樁位放樣→組裝設備→安放鋼護筒→鉆孔機就位→鉆至設計深度停止鉆進→提出鉆桿放入鋼筋籠→用混凝土泵向孔內泵注混凝土→成樁→樁頭處理→冠梁施工→樁間噴錨。

2.2 樁位放線

使用校驗合格的全站儀和鋼卷尺，按第三方測量復測合格的控制點和加密點，首先測放出四邊樁軸線并外引控制樁，然后采用二次放線法，先在地面測放出樁位，鉆機人員按樁位中心向下挖深0.5m，寬1.2m的槽道，再精確測放樁位，在樁坑內打入木樁，木樁之上打入小鐵釘作為樁位標記，報請第三方測量單位和監理人員復核驗線并確認合格。

2.3 鉆進成孔、清孔

鉆孔施工作業中，根據現場實際鉆渣情況對地質發生變化的位置進行記錄及取樣，地質情況按“地質情況記錄表”內容進行詳細記錄，取樣工作采用小密封袋收集渣樣樣品，按順序放置在樣品盒內，每個樁位處必須配備地質渣樣樣品盒，在盒內作好標識，標明各樣品對應孔樁的位置、深度、取樣時間、取樣人等信息。

鉆孔及取樣收集工作完成后，繪制現場實際孔樁地質剖面圖，并于設計地勘報告上的地質剖面圖進行對比。地質相符進行下道工序施工，地質不符時及時報請監理現場確認，由設計單位重新進行驗算確定最終方案。

成孔后，必須核實樁端地質情況與設計是否相符。符合設計要求后方可進行孔工作。

2.4 混凝土澆注

混凝土施工前必須完成相關準備工作，輸送管道、儲料斗、輸送設備料斗等需先進行濕潤，同時安裝儲料斗隔水及封堵裝置，所有準備工作完成后準備水下混凝土施工。首盤混凝土的施工數量需根據樁徑、導管長度、導管直徑、水位深度等通過計算確定方量，且要滿足首盤混凝土施工完成后導管埋深≥1m。根據以上要求，安排混凝土運輸車輛將混凝土運送到施工現場，使用混凝土輸送設備按首盤混凝土方量將其送入儲料斗，由鉆機提起隔水鋼板開始混凝土澆筑，同時輸送設備連續進行混凝土輸送作業，直到導管埋置深度大于2m且不小于6m。

混凝土開始澆筑前必須對其性能進行試驗，不符合要求的嚴禁使用。需在現場完成常規試驗，包含混凝土的坍落度及和易性。混凝土澆筑過程中需進行強度及彈性模量試件取樣工作。

2.5 冠梁施工

冠梁開挖放線→土方開挖至設計底標高→支護樁樁頭破除、鑿平止水樁平土方→冠梁（鋼筋混凝土斜撐）鋼筋安裝、綁扎→模板支護→混凝土澆搗→竣工驗收。

2.5.1 施工前準備

冠梁施工前準備工作包含技術準備及工作面準備。技術準備主要是進行施工放樣確定其中線及高程；工作面準備關鍵工序為支護樁樁頭破除、鑿平止水樁平土方，支護樁樁頭破除采用機械+人工聯合作業。

支護樁樁頭破除采用環切法進行，根據設計標高確定破除位置進行環切且不得切傷主筋。為確保破除施工中支護樁主筋不被鑿傷，主筋區域使用風鎬人工鑿除，將主筋與樁身混凝土全部剝離外向外側拉出。完成上述工作后即可進行樁芯混凝土破除工作，使用風鎬環向水平鑿進將樁芯斷開利用機械將其移走，同時進行浮碴及表面清理工作完成冠梁施工前準備工作。

2.5.2 冠梁施工

所有準備工作完成后開始模板安裝工序施工。根據現場放樣的中線及標高進行安裝作業，模板安裝必須保證中線、高程、平整度、連接牢固、鋼筋保護層厚度滿足設計及規范要求。

內側采用光亮、平整、堅固的膠合板模板，模板縱肋共設置8處，采用直徑48mm腳手架鋼管，分別布置于冠梁兩側、頂部、底部，每個部位布置兩處，貫通布置。調直斜撐采用40mm×60mm的松枋，其間距≦50cm，加固采用直徑12mm全冴螺桿配蝴蝶扣進行對拉確保結構尺寸。

冠梁混凝土施工應連續澆筑一次成型。澆筑過程中混凝土由一側向另一側分層施工。一般情況下成斜向分層澆筑，分層厚度不得超標且必須在初凝前搭接了確保砼的聯結性，分層處采用插入式振動棒與混凝土面成斜角斜向插入振搗，振動過程中必須插入下層混凝土10cm以上直至上表面泛漿，確保上下層混凝土聯結密實，澆筑到設計標高后待混凝土初凝后進行抹面收漿工作。同時根據施工方案要求進行養護工作確保混凝土質量。

2.6 圍護樁間噴錨

圍護樁間C20噴射混凝土厚約80mm，混凝土內設8@150X150鋼筋網片，網片搭接長度不小于300mm，鋼筋釘與掛網鋼筋采用梅花形布置，豎向間距1200mm，鋼筋與鋼筋網牢固連接。

2.6.1 施工準備

噴射前，將斜坡松軟土層人工清掃干凈及修整邊坡。噴射作業按照開挖順序及開挖深度分層分段進行，前一次混凝土終凝后方可進行下一次混凝土噴射作業。邊坡每次噴射厚度為10cm，樁間噴射厚度為8cm，噴射2-4小時之間結合現場實際情況根據凝結狀況進行灑水養護，養護時間一般為7-14天。

2.6.2 施工工藝

樁間掛網噴射砼施工工藝流程詳見圖2。

圖2 樁間掛網噴砼施工工藝流程圖

2.6.3 人工刷壁

在機械挖土后，人工清理樁間坑壁，以保證樁間坑壁面的平順、無土。

2.6.4 錨桿施工

根據圖紙尺寸預先在加工場將錨桿制作成型，采用風動鑿巖機或錨桿鉆機按放樣點位進行鉆孔作業直至設計深度，同時采用高壓風清孔；用改性環氧樹脂膠黏劑注入孔內；及時將制作成型的錨桿桿體安裝于孔內，安裝錨桿墊板。

2.6.5 鋼筋網施工

以現場綁扎的方式施工鋼筋網。作業時，在噴底層砼后，先設定位鋼釘，定位鋼釘同時控制噴層厚度，之后根據掛網鋼筋間距20cm對樁基側面進行鉆孔，植筋鉆孔直徑22mm，鉆孔深度為不小于53cm（33d），植入φ16鋼筋，填充改性環氧樹脂膠黏劑（A級或B級膠），將鋼筋網通過植筋與樁基連接成整體，最后綁扎鋼筋網，焊接水平和縱向加強筋并與上下左右相鄰幅面鋼筋網和錨桿相接連形成整體。鋼筋網搭接長度及允許偏差必須符合設計及規范要求。在面層范圍內間隔0.8m設置φ12mm鋼筋釘，入射角度15°，鋼筋釘長1.9m，端頭彎折10cm與鋼筋網綁扎。鋼筋采用雙面焊接方式接長，焊接長度≥5cm。

2.6.6 噴射砼施工

面層總厚度為12cm，分兩次噴射C25混凝土，對坑壁進行清理且達到初噴標準后進行第一次施工，先初噴5cm厚的混凝土，隨之進行鋼筋網安裝并經檢驗合格后再進行復噴混凝土7cm厚至設計厚度。

2.6.7 噴射混凝土配合比的設計與控制要點

混凝土配合比的設計直接影響混凝土的質量及結構安全性能，同時對施工工期成本也會產生較大影響，尤其是噴射混凝土的配合比必須根據其施工工藝、施工方法、原材料情況等因素進行設計，本項目采用潮噴法施工。

潮噴法的配合比的設計方法主要需確定水泥用量、砂率、水灰比等指標，同時還需考慮回彈量、成本、強度等問題。首先需確定水泥用量，水泥用量不能太小也不宜太大，水泥用量太大，噴射混凝土易出現干縮及開裂影響質量及強度，同時成本也會增加，因此必須選用合理的水泥用量，根據經驗水泥用量宜為375-450kg/m2；其次結合水泥用量確定合理的砂率，結合當地原材料情況進行最優選擇，一般采用中砂或中粗砂，砂率宜為45%-55%；最后根據水泥用量、砂率、空氣濕度、原材料含水量等指標確定水灰比，宜為0.4-0.5，水灰比的選用需最大可能保證回彈量小、粘結力高、不產生粉塵干斑砂窩情況。

在每次施工時應根據現場實際情況（如溫度、巖壁類別變化、作業隊伍水平）對水灰比進行微調確保達到最佳狀態。

2.6.8 噴射混凝土養護措施

噴射混凝土養護直接關系到施工質量及支護安全問題，養護達標混凝土強度會隨齡期延長而達到設計強度，這種情況是針對于普通混凝土而言，但噴射混凝土不同于普通混凝土，受其存在的施工區域及工作作面影響，其邊坡的溫度較高和空氣比較干燥使其水化的程度更低會造成混凝土質量問題，因此噴射混凝土養護必須保證混凝土有足夠的水分使其充分水化而達到強度。本項目采用多頻次灑水養護，同時配備噴淋裝置確保空氣濕度及混凝土表面的濕度。

3 監控量測

3.1 基坑監測對象

施工期間，根據監測方案對基坑進行監控量測。監控量測內容為：排樁頂水平位移及豎向位移、掛網噴混邊坡水平位移及豎向位移。

3.2 基坑支護監測實施

監測點設置必須滿足監測要求且各點之間需通視，確定好監測點后隨之進行各點位的埋設工作，埋設點位應標志明顯便于尋找，同時點位必須埋設牢固。監測點應根據待監測基坑輪廓線進行設置，周邊中部、變換處均應設置及加密監測點。排樁頂水平位移及豎向位移、掛網噴混邊坡水平位移及豎向位移監測點宜為共用點。在分級放坡坡頂和基坑頂部同時設置觀測點，監測點水平間距≦20m，每邊監測點數≥3個。具體監測點的布置根據設計單位確定的位置布設。

基坑支護實施過程中，每天監測頻次不少于l-2次，基坑支護完成后，根據監測數據確定基坑變形趨于穩定的情況下可適當調整減少監測次數。

在施工開挖過程中，現澆工作基坑頂部的側向水平位移不得超過3cm，基坑頂部的豎向位移不得超過2cm，基坑底部周邊的豎向位移不得超過3.5cm，位移監控值變形出現突變或超出控制值時，要加強觀測，及時將位移、沉降變形情況反饋給設計單位，分析原因并會同各有關部門采取加固措施。

3.3 監測報警值

當圍護結構位移值達到下表開挖深度范圍內相應報警值時，應密切加強觀察，分析原因并及時將實際情況反映給設計單位，采取有效的加固措施。根據設計圖紙，基坑圍護結構安全等級為一級，設計使用期限為50年，基坑等級為一級。

表1 基坑監測報警值

通過精密的監控量測本項目采用圍護樁支護加樁間噴錨在淺水情況下進行明挖深基坑止水、支護，所有監測項目符合要求，確保安全穩定。

4 結束語

圍護樁支護加樁間噴錨在鄭州市南四環至鄭州南站地鐵二期工程土建施工C合同段站后區間出入線明挖段施工時作為支撐支護及止水成功應用，與其它支護技術對比，施工過程中以最低限度破壞城市原貌，有效的保護城市的金融、政治、商業中心，最小的紅線用地實現了節地的節能目標，在實際施工過程中經過圍護結構水平位移、豎向位移、地表沉降監測實現了位移、沉降零目標，樁間噴錨的配合實施有效解決淺水區域地表水、地下水止水目標，經過有效實施及關鍵技術控制最終實現工期提前、成本降低、安全穩固、質量優質、節能環保，為同類施工總結經驗。