復(fù)雜地質(zhì)工況下深基坑灌注樁工程支護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

張 敏

（鄭州商學(xué)院，河南 鄭州 451200）

在深基坑工程中，基坑的穩(wěn)定性至關(guān)重要。受到土地資源的限制，基坑周圍常有地下管道和既有建筑物，周邊環(huán)境復(fù)雜。因此增加了基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的難度[1]。為保證深基坑工程中的基坑穩(wěn)定性，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)需要考慮與土層間的相互作用關(guān)系。深基坑工程的安全質(zhì)量，對人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全有很大的影響。在基坑開挖過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)形變是導(dǎo)致基坑事故的主要原因[2]。支護(hù)結(jié)構(gòu)是深基坑工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，支護(hù)形變會導(dǎo)致相鄰建筑物沉降，破壞既有建筑的地下管線，更會導(dǎo)致基坑坍塌。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受到的荷載主要是土壓力，不同的土體有自身特有的性質(zhì)[3]。在復(fù)雜地質(zhì)工況下，不僅需要考慮土體本身的性質(zhì)，還需要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度、形式、側(cè)向位移量和位移分布情況等因素，才能保證基坑支護(hù)的施工質(zhì)量。在基坑開挖的過程中，如果支護(hù)結(jié)構(gòu)足夠穩(wěn)定，土體在推力作用下，仍能保持靜止，使基坑受力處于極限平衡的狀態(tài)[4]。在土體與基坑共同荷載作用下，支護(hù)結(jié)構(gòu)很容易向前移動，失去側(cè)向約束作用，導(dǎo)致支護(hù)下沉。針對類似的復(fù)雜地質(zhì)工況，該文設(shè)計(jì)了深基坑灌注樁工程支護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。

1 復(fù)雜地質(zhì)工況下深基坑灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)注漿施工

該文利用鉆孔灌注樁注漿施工技術(shù)，布置灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。通過鉆孔、清孔、預(yù)埋花管和澆筑混凝土等流程，完成灌漿管初灌，在滿足最大注漿量的需求后，完成灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的注漿施工[5]。在不同的地質(zhì)環(huán)境中，樁端壓力灌漿的操作環(huán)節(jié)不同。通常，鋼筋籠和混凝土澆筑會同時進(jìn)行，并在樁體中養(yǎng)護(hù)3d 后，開塞灌漿。在注漿過程中，須實(shí)時檢測注漿壓力與注漿量，并記錄需要的注漿量。注漿完成后封堵注漿孔，完成灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的注漿施工。注漿施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 灌注樁注漿工藝流程圖

如圖1 所示，該文結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，選用50mm 以上的鍍鋅鋼管，并在注漿管道的鍍鋅鋼管兩端嵌入螺釘。在鋼筋籠的外側(cè)綁扎注漿管道。籠中連接的位置均使用螺釘固定，并采用密封膠與止水帶包裹螺釘，避免澆筑混凝土?xí)r出現(xiàn)劃痕與封堵情況[6]。在注漿管底部20cm 的位置制作花管，鉆頭以均勻的速度和間距進(jìn)行鉆孔。為保證注漿孔間的防震效果，該文將注漿孔的直徑控制在8mm 內(nèi)。在注漿前，向注漿管中灌入清水，在靠近止回閥的位置出現(xiàn)了滲漏現(xiàn)象。重新連接該段注漿管，并采用10 號～12 號鋼絲，每根鋼絲間隔2m～3m，與鋼筋籠的主筋固定。重新灌入清水，如果水面未下沉，止回閥附近也未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，就可以進(jìn)行注漿。按照樁身設(shè)計(jì)長度安裝注漿管埋設(shè)段，注漿管的出漿孔直徑約為8mm。注漿孔其他出口面積并未超過灌漿管孔的內(nèi)截面，灌漿管的底部密封性較好。

1.2 布置深基坑灌注樁支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索

預(yù)應(yīng)力錨索施工步驟包括鉆孔、錨索安裝、注漿、腰梁施工和錨索張拉等。須實(shí)時檢測灌注樁注漿施工階段，避免注漿未充盈階段出現(xiàn)漿體對錨索的錨固作用不足的問題[7]。該文搭設(shè)施工平臺，并放電定位錨索鉆孔位置。安裝壓風(fēng)設(shè)備與送風(fēng)管路后，對預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行鉆孔與清孔。錨索安裝包括編索平臺搭設(shè)、編索和錨索安裝等。注漿噴錨則經(jīng)歷兩次注漿，在兩次注漿期間，編網(wǎng)鋼筋與噴錨均保持注漿充盈狀態(tài)，滿足注漿噴錨的質(zhì)量需求。腰梁安裝完成后，以2 個分級張拉等級進(jìn)行多次張拉，張拉力滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)施工需求后，記錄這時的張拉力與注漿量。預(yù)應(yīng)力錨索構(gòu)造情況如圖2 所示。

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索構(gòu)造示意圖

錨索結(jié)構(gòu)包括混凝土、錨墊板、連接板、錨具、斜鐵、支護(hù)樁和預(yù)應(yīng)力錨索。錨索在支護(hù)樁上呈現(xiàn)斜向下的狀態(tài)，支撐支護(hù)樁受到的土壓力。該文根據(jù)錨索的狀態(tài)，向錨索施加50kN、100kN、200kN、300kN、400kN 和600kN 的拉力，分別觀測5min、5min、10min、15min、15min 和15min。在觀測期間，當(dāng)施加10min 的300kN 拉力時，預(yù)應(yīng)力錨索出現(xiàn)輕微的變化；當(dāng)施加5min 的400kN 拉力時，預(yù)應(yīng)力錨索下移；當(dāng)施加1min 的600kN 拉力時，預(yù)應(yīng)力錨索明顯下移，支護(hù)樁出現(xiàn)輕微形變。因此，該文將該位置的預(yù)應(yīng)力錨索拉力設(shè)定為（300±50）kN，滿足該拉力條件才能驗(yàn)收合格。

1.3 錨入鋼管樁支護(hù)結(jié)構(gòu)

該文在復(fù)雜地質(zhì)工況環(huán)境中，錨入了鋼管樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，與灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)形成部分相隔的平臺，滿足錨索在支護(hù)結(jié)構(gòu)的拉力需求。鋼管樁支護(hù)結(jié)構(gòu)施工作用包括測量放樣、鉆孔、鋼管安裝和清孔注漿等。在鉆機(jī)就位后，對鉆孔進(jìn)行復(fù)核，并確保鋼管樁的位置無誤后，錨入鋼管樁[8]。在復(fù)雜地質(zhì)工況下，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表

該基坑深度在地下水位以下，地質(zhì)條件與周邊環(huán)境較復(fù)雜，基坑形變控制極為嚴(yán)格，在最大開挖深度為21.75m 的條件下，無法實(shí)現(xiàn)重力式水泥土墻支護(hù)。深基坑的工程體量較大，支護(hù)周長較長，因此考慮深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工的經(jīng)濟(jì)情況，該文選擇單排灌注樁+樁間鋼管樁注漿的方式進(jìn)行施工。結(jié)合不同涂層的錨固體極限黏結(jié)強(qiáng)度值，該文選擇機(jī)械鉆頭垂直旋進(jìn)鉆孔，并利用配套鼓風(fēng)機(jī)與進(jìn)風(fēng)管，將孔底沉渣清理干凈。鋼管樁只承擔(dān)土體豎向自重，在土層深度為h的位置，計(jì)算受到的靜止土壓力強(qiáng)度p0，如公式（1）所示。

式中：γ為土體重度；K0為靜止土壓力系數(shù)。計(jì)算作用在鋼管樁上的靜止土壓力E0如公式（2）所示。

式中：H為鋼管樁支擋構(gòu)件的高度。

鋼管樁與預(yù)應(yīng)力錨索形成了支護(hù)體系的支擋結(jié)構(gòu)，單樁直徑與排樁間距在0.25m 內(nèi)，鋼管樁的剛度較穩(wěn)定，在復(fù)雜的地質(zhì)工況下，可以保證深基坑灌注樁工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

為驗(yàn)證該文設(shè)計(jì)的技術(shù)是否滿足灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)施工需求，以某綜合交通樞紐項(xiàng)目基坑為例進(jìn)行分析。某綜合交通樞紐項(xiàng)目基坑面積約為6.7m2×104m2，基坑底標(biāo)高為-5.45m，基坑頂標(biāo)高為8.5m～16.5m，開挖深度為14m～22m。基坑北側(cè)下埋通信電纜，埋深約為0.5m，電力管線埋深約為1.3m，排水管線埋深約為2.8m。基坑西側(cè)為市政道路，下埋排水管線和給水管線，埋深分別為3.3m 和1.8m。基坑?xùn)|側(cè)同為市政道路，下埋給排水管線和通信管線。基坑南側(cè)有一條混凝土暗渠，暗渠頂板埋深約為1.0m，底板埋深約為3.0m。該工程選用灌注樁、鋼管樁和預(yù)制樁等支護(hù)樁，以排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)維持基坑穩(wěn)定性。支護(hù)基本構(gòu)造情況如圖3 所示。

圖3 支護(hù)基本構(gòu)造圖

如圖3 所示，某綜合交通樞紐項(xiàng)目基坑屬于深基坑，基坑支護(hù)為臨時性支護(hù)，支護(hù)設(shè)計(jì)總周長為1025m，安全等級較高。同時使用預(yù)應(yīng)力錨索與排樁支護(hù)，以樁錨支護(hù)的形式，提供反力維持穩(wěn)定，限制支護(hù)結(jié)構(gòu)形變。腰梁是在排樁側(cè)面設(shè)置的鋼梁，在錨索與支護(hù)樁間，形成有效連接，從而提高灌注樁工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工穩(wěn)定性。在支錨1 的位置上，錨索水平間距設(shè)定為2.0m，豎向間距設(shè)定為4.1m，入射角為15°。錨索總長度為20m，錨固段長度為10m，錨固直徑為130mm。錨索預(yù)加力為150kN，土體壓力隨預(yù)加力變化，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移也隨之變化。

2.2 應(yīng)用結(jié)果

施工階段包括測量放線定位樁、樁位允許偏差、成孔、清孔、泥漿護(hù)壁和基坑支護(hù)等工序，該文選擇了放樣偏差、邊樁與中間樁允許偏差、樁孔、孔徑、孔深、孔底泥漿偏差以及泥漿護(hù)壁黏度等指標(biāo)作為分析重點(diǎn)。根據(jù)質(zhì)量要求，使用該文設(shè)計(jì)的復(fù)雜地質(zhì)工況下深基坑灌注樁工程支護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)后，支護(hù)施工質(zhì)量結(jié)果見表2。

表2 應(yīng)用結(jié)果

由表2 可知，該工程對測量放線定位樁、樁位允許偏差、成孔、清孔、泥漿護(hù)壁和基坑支護(hù)等施工階段的施工質(zhì)量進(jìn)行分析。在1～3 根樁、單排樁垂直于中心線和群樁的邊樁允許偏差D/6 在100mm 內(nèi)；條形基礎(chǔ)沿中心線方向和群樁基礎(chǔ)的中間樁允許偏差D/4 在50mm 內(nèi)，才能保證灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。在灌注樁注漿的過程中，導(dǎo)管壓力試水并未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，隔水栓也能夠順利通過導(dǎo)管。在導(dǎo)管與導(dǎo)管安放情況均滿足要求的條件下，使用該文設(shè)計(jì)的復(fù)雜地質(zhì)工況下深基坑灌注樁工程支護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)后，測量放線定位樁、樁位允許偏差、成孔、清孔和泥漿護(hù)壁等施工階段的相關(guān)指標(biāo)，均在允許范圍內(nèi)，說明該技術(shù)施工質(zhì)量較好。

3 結(jié)語

隨著建筑物的高度和基礎(chǔ)埋深增加，基坑深度也呈現(xiàn)增加的趨勢。基坑因緊鄰既有建筑，所以經(jīng)常出現(xiàn)基坑暴露時間過長、施工超載等問題，進(jìn)而導(dǎo)致基坑周邊建筑坍塌，影響施工質(zhì)量。因此，該文針對復(fù)雜地質(zhì)工況，設(shè)計(jì)了深基坑灌注樁工程支護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。從注漿施工、錨索布置和錨入支護(hù)等方面，嚴(yán)格控制基坑形變問題。在保障周圍環(huán)境安全的前提下，更合理化支護(hù)施工，滿足了基坑與周圍建筑的施工安全需求。