黏性土地基條件下基坑支護及降水設計

趙建洲 尹金香 .中國能源建設集團遼寧電力勘測設計院有限公司 遼寧 沈陽 079.遼寧省市政工程設計研究院有限責任公司 遼寧 沈陽 0006

一、工程概況與巖土參數

(一)工程概況

本次所研究的某建筑工程共有三處基坑需要支護,其深度在3.0～4.0m 之間,安全等級設計為三級,側壁重要性取值為0.9。經設計之前的現場勘查工作結合已有的地質資料分析可知,該工程的施工現場屬于黏性土地基。通過各方面因素的綜合考慮,在本次工程的基坑設計中,其周邊地面超載為等效均布荷載按q=10kPa考慮,周邊2.0m 范圍內不應堆載,2.0m 范圍外現場堆載不應超過設計荷載。本文便是對該工程中的基坑支護以及降水方案設計進行分析。

(二)巖土參數

通過已有資料以及現場勘查結果,結合《建筑地基基礎技術規范》DB21/T907-2015J10615-2015 中的相關規定,并綜合當地其他建筑工程的施工經驗,最終對本次施工現場的各個土層巖土參數進行了擬定。表1是本次工程中的主要巖土特征與其參數建議值情況:

表1 本次工程中的主要巖土特征與其參數建議值情況

二、黏性土地基條件下的基坑支護施工方案設計

本工程1-1剖面采用1:1.0放坡。2-2剖面、3-3剖面、4-4剖面采用槽鋼形式的鋼板樁進行支護,長度是6m,中心間距是400mm,應用的槽鋼型號是18a。具體的支護施工方案設計如下:

(一)槽鋼支護樁材料選擇

因用在本次工程中的鋼板樁屬于臨時支護,所以選擇中并不需要對其材質進行深度檢測,只需要通過外觀觀察檢驗即可,對于形狀與實際要求不符合的鋼板樁需要及時矯正,以此來降低打樁難度。具體選擇中,外觀檢驗主要有長度、寬度、厚度、平直度、端頭矩形比、鎖口形狀以及表面缺陷等。在此過程中,需要對以下幾個方面的注意事項做到足夠重視:一是割除會影響鋼板樁打入的焊接件;二是對存在斷面或割孔等缺損的位置進行補強處理;三是如果鋼板樁銹蝕嚴重,則需要對其新面的實際厚度進行測量,以此來決定計算過程中是否折減。

(二)鋼板樁吊運與堆放設計

本次工程中,鋼板樁主要通過兩點吊進行吊運。吊運過程中,每一次起吊的 鋼板樁數量需得到嚴格控制,并保護好鎖口位置,避免受到損傷。其吊運方式包括單捆起吊、成捆起吊、專人指揮以及鋼筋綁扎。而鋼板樁的堆放過程中,其位置、方向、順序以及平面布置等都應該以施工方案為準,這樣才可以為后續的鋼板樁支護施工提供足夠便利。

(三)施工工藝流程設計

本次工程中,鋼板樁基坑支護施工的工藝流程主要包括以下幾個方面:(1)對基線加以科學確定。(2)對樁位進行確定。(3)鋼板樁施打。(4)圍檁、拉桿以及腳撐施工。(5)土建施工。(6)拔樁施工。具體施工中,需要嚴格按照該工藝流程進行施工,這樣才可以確保整體基坑支護施工作業的順利進行,并有效保障基坑支護質量。

(四)主要操作方法設計

本次工程中,對于槽鋼形式的鋼板樁支護,其重點操作方法設計如下:一是確定基線,在此過程中,施工人員需要在基坑邊設置的大龍門架上進行軸線確定,將后續施工中的工作面留出,以此來實現鋼板樁具體施工位置的科學確定。二是定樁位,根據設計好的施工順序,通過撒灰線的形式將鋼板樁位置標明。三是鋼板樁施打,本次施工中主要通過單獨打入法進行施打,先將第一支鋼板樁吊升,使其與樁位對準,然后再將其振動打入土體內。在進行第二支鋼板樁吊升,卡好企口,并將鋼板樁振動打入到土體內,后續操作均按此方法重復,一直到完成了整個基坑周圍所有的鋼板樁帷幕施工為止。在進行鋼板樁的打設施工過程中,因為槽鋼鋼板樁本身的制作可能存在一定誤差,加之施工條件限制、打樁施工偏差等,往往會讓帷幕長度的實際值不能和鋼板樁寬度標準值之間達到整倍數關系,這就給整體帷幕的閉合帶來了一定難度。因本次工程基坑深度較淺,對于槽鋼形式的鋼板樁墻施工精度并沒有過高要求,所以在具體施工中,主要通過帷幕軸線標準樁調整的方式來達到帷幕閉合效果,也就是對轉角兩側標準樁進行調整,以此來使帷幕閉合。第四是鋼板樁拔除,此項施工需要在完成了土建施工之后立即進行。因本次施工場地比較局限,所以在設計中,決定通過反鏟挖掘機和振動錘相結合的形式將槽鋼鋼板裝拔出。施工中,首先通過振動錘所產生的強迫振動來達到土質擾動效果,從而將鋼板樁周邊土壤的黏聚力破壞,讓拔樁阻力得以有效克服,然后再通過附加起吊的方式拔出鋼板樁。對于拔出之后留下的鋼板樁孔洞,需立即通過填入法或者是擠密法進行回填處理,本次施工方案設計中所選擇的回填材料是中砂。

三、黏性土地基條件下的基坑降水施工方案設計

在本次工程中,基坑降水方案設計為輕型井點降水形式,以下是具體的方案設計分析:

(一)施工準備工作

本次降水井設計中,主要的施工準備包括施工材料準備和施工機具準備。其中,施工材料主要包括豆石和砂石,不可應用中砂,嚴禁應用細砂,這樣才可以防止濾管網眼被堵塞。在施工機具準備方面,本次方案設計主要涉及到以下幾個方面的內容:(1)井點管選擇φ50型無縫鋼管,其管壁厚度是3mm。(2)連接管選擇的是橡皮管或透明管,對井點管以及總管進行連接,通過8#鉛絲綁扎,防止漏氣。(3)總管選擇的是φ89 型鋼管,其管壁厚度是4mm,通過法蘭盤與橡膠墊圈的方式進行連接,防止漏水漏氣。(4)抽水設備選擇離心式真空泵,其功率是15KW,同時準備好相應的水箱以及機組配件。(5)移動機具應用的是通過舊設備振沖機架自制移動井架,以及牽引力是6t的絞車。(6)鑿孔沖擊管選擇的是φ217*8型鋼管,其長度是10m。(7)水槍選擇的是φ50*5型無縫鋼管,將一個φ16型槍頭噴嘴焊接在其下端,上端彎曲成直角,且需要伸出到沖擊管外部,并連接到高壓膠管。(8)蛇形高壓管設計壓力超過1.5MPa。(9)高壓水泵選擇的是100TSW-7 型離心式真空泵,配合一個壓力表,用來作為下井管。

(二)施工流程設計

在本次基坑的降水井施工設計中,其主要的施工流程包括以下幾個方面:(1)對井點進行放線定位。(2)進行高壓水泵的安裝。(3)鑿孔并進行井點管的安裝與埋設。(4)對總管進行布置和安裝。(5)對井點管和總管進行連接。(6)進行抽水設備的安裝。(7)進行試抽和檢查。(8)將降水井投入到基坑的正式降水中。通過這樣的方式進行施工,才可以有效確保基坑降水效果,滿足基坑施工中的實際降水需求。

(三)施工工藝設計

1、井點安裝

將建設單位所提供的測量控制點作為依據,對井點的位置進行測量放線,先在井位處開挖出一個小土坑,其深度控制在500mm 左右,以便沖孔過程中的集水以及埋管過程中的灌砂,小坑和集水坑之間通過水溝進行連接,以此來將基坑中多余的水排出,井點管之間的距離控制在800～1000mm 之間。通過自制移動井架將井點管移動到井點處,套管水槍和井點位置對準,然后將高壓水泵啟動,水壓保持在0.4～0.8MPa之間,讓管套隨著高壓水槍的射流沖擊逐漸下沉,并根據實際情況不斷進行管套以及水槍的升降。

根據以往的施工經驗,對于普通的含砂黏土,其管套落具不可超過1000mm,通過射水和管套沖切10～15min之后,井點管便可沉入10m 左右的深度,如果純黏土的厚度比較大,就需要適當延長沉管時間,并增大水泵壓力,以此來實現沉管速度的進一步提升。沖擊空直徑應控制在300～350mm 之間,管壁和井點管間要預留出一定的縫隙,以便后續的砂石填充,沖快攻深度需要低于濾管安裝設計深度的500mm 以上,以此來有效避免套管沖擊提升和拔出過程中的土體塌落情況,讓濾管底部的礫石保持充足。

鉆孔沖擊管應保持垂直的上下移動,以此來確保降水井壁的垂直效果。如果鑿孔過程中遇到了比較大的磚塊或石塊,則需要盡量使其上下成孔保持一致,這樣才可以有效防止傾斜問題的產生。

在完成了井孔沖擊成型之后,需要將沖擊管拔出,借助于單滑輪繩索將井點管提起,并將其插入到井孔內,用木塞將井點管上端塞住,避免砂石和其他雜物進入其中,將砂石濾層填灌到井點管和孔壁之間。填灌過程中,施工單位需要注意以下幾點:(1)采用粗砂填灌,防止濾管網眼被堵塞,且濾管需要在井孔中間設置,砂石濾層厚度需控制在60～100mm,以此來提升其透水性,避免土粒將濾管網眼堵塞。(2)填砂厚度一定要均勻,速度應足夠快,為避免孔壁坍塌,填砂過程不可中斷。(3)砂石濾層的填灌高度應超出濾管頂部1000～1800mm 以上,通常需要填灌到地下水位線的上方,以此來確保土層上下的水流暢通。

在完成了井點填灌之后,對于井口下方1～1.5m 的位置,應通過黏土做好封口壓實處理,避免漏氣情況產生,確?；咏邓Ч?/p>

2、井管清洗

本次深基坑降水施工中,需要將規格是φ25mm 的膠管插入到井點管的底部,通過注水的方式進行清洗,一直到有清水流出為止。在此過程中,為有效防止“死井”的產生,施工單位需要按照逐根清洗的方式進行井管清洗。

3、管路安裝

在降水井管路安裝的過程中,施工人員首先需要沿著井點管線外部做好集水毛管鋪設,通過膠墊螺栓進行干管連接,主干管需要和水箱水泵連接,將井點管上端安裝的木塞拔掉,通過膠管將其連接到主管上,再通過10#鉛絲將其綁扎牢固,以免管路漏氣所導致的管路真空度降低情況發生。對于主管路,其流水坡度需要朝向泵房,坡度控制在5%,用磚墊好主干管,并做好冬季降水保溫防凍處理。

4、管路檢查

在管路檢查中,首先需要對集水-下管和井點管之間的連接膠管進行檢查,對每一個接頭進行抽水漏氣檢查,對于漏氣的位置,應通過油膩子或重新連接的方式進行處理,處理后將法蘭盤上的螺栓以及膠管鉛絲重新緊固,直到漏氣現象消失為止。在抽水正式開始之前,一定要做好試抽驗證,以此來對抽水設備運轉情況進行檢查,并判斷是否存在漏氣問題。將一個真空表安裝在水泵進水管上,將一個壓力表安裝在出水管上。為實現降水深度的有效觀測,并將其控制在施工允許范圍內,需將觀測點設置在基坑中心,通過這個觀測點進行地下水位測量,以此來為基坑降水提供科學參考。在試抽過程中,施工單位需要做好管網整體真空度檢查,使其控制在73.33KPa左右,這樣才可以將其投入正式使用。

結束語

黏土工程條件下的基坑施工,相關單位一定要根據工程概況與現場實際條件來科學設計支護方案和降水方案,為后續基坑施工提供指導,確保施工質量,從而為整體工程的應用奠定良好基礎。