浅谈深基坑支护复合技术处理方法＊

阳仨仨

(湖南省建设工程质量安全监督管理总站,湖南长沙 410011)

浅谈深基坑支护复合技术处理方法＊

阳仨仨

(湖南省建设工程质量安全监督管理总站,湖南长沙 410011)

某市区内高层建筑进行基坑开挖,基坑尺寸为60m× 40m,开挖土层厚度约6 m,本工程地层由上而下由杂填土、冲洪积粉质粘土、粉土、粉砂组成,总厚度约5～6m,底部置于强风化岩层。地下水位浅,在地表下约0.5m左右,由于建筑施工工地狭窄,无法进行全放坡。

一、基坑支护方案的选择

由于考虑采用挖孔桩挡土在施工过程中易形成流砂,孔壁塌陷严重,而在市区内施工又要求符合低噪声、少污染的要求,本工程首选了土钉墙支护挡土(属于土体加筋技术的一种),利用了土钉与土体牢固结合而共同工作,从而弥补了土体自身强度的不足,增强了土坡坡体自身的稳定性。土钉墙支护施工灵活、安全迅速、无噪声、无污染,对施工机械要求低,对场地要求小,与传统的围护工艺要比,边开挖边围护、工期大大缩短。从统计角度分析,与地下连续墙及带支撑的支挡型围护结构相比,造价降低约30%～50%左右。

土钉墙支护,适用于地下水位以上或降水后密实性较好的砂土或可塑以上的粘性土.对于本工程而言,土钉支护在砂性土层中的运用,降水阻水是成功的关键.只有把地下水降低,才能提高土体的抗剪程度和内摩擦角指标,土钉的锚固力也相应提高,从而缩短锚杆,减少工期。

在考虑降水措施时,主要从井点降水和定喷隔水帷幕中进行选择。采用降水措施时,应充分考虑水位下降对周围环境的影响.如采用井点降水措施,坑外水头降低,地面沉降会对该基坑周围临近建筑物产生不利影响。同时,开挖土层的沙滩程度较小,井点降水恐难收到良好效果。此外,井点降水连续作业、不断电要求高,需配备足够的降水设备及备用发电机,花费较大。

而在土钉墙外围采用隔水帷幕则能避免井点降水的不足。一方面,它能够保证帷幕外土体与地下水位的稳定和饱和,减少对周围环境的影响;另一方面,显著降低帷幕内土体的水力梯度和形成流砂的可能性,避免地下水对边坡土体的润滑和膨胀作用,为土钉提供良好的工作环境,保证土钉对土体的锚固和加强作用。如隔水帷幕施工质量良好,则后续工作量很少,这也是其一大优点。

二、基坑支护体系的设计

(一)定喷隔水帷幕设计

采用定喷三重管法施工隔水帷幕,其原理是:将高压清水、空气、水泥浆液通过特制钻杆送至钻杆底部,通过喷嘴形成水、气同轴射流注入,置换部分土体,并与土体混合,形成具有一定厚度和强度、渗透性较底的水泥土固结体.施工时使其相邻喷射固结体相互搭接,则形成封闭的隔水帷幕。

设计时初拟订施工参数,根据工程地质情况和以往经验,采用工程类比法拟定水泥浆水灰比、喷水压力、提升速度、喷射孔距以及喷射角度.正式施工前进行现场喷射试验,通过检验定喷效果对设计初拟参数进行调整,以确定最佳施工参数。

(二)土钥墙支护设计

1.放坡与护面

地表以下3m进行第一级放坡,根据基坑土体类型,放坡破度采用1∶1～1:0.8。在坡项和坡面打入3排1m长的粗钢筋,水平间距2.5m坡面挂细铁丝网,外喷射50～100mm厚M5水泥砂浆,形成加筋柔性护面。喷浆罩面的目的是防止浅层土体松弛,崩解,避免边坡遭受雨水冲刷。地表3m以下,按1∶0.5放坡,同样做水泥砂浆护面,而进行土钉支护。

2.土钉墙的计算方法

1)假定土钉墙的形式

2)土钉布置

3)土钉抗拉承载力验算

4)土钉整体稳定性验算

5)构造要求

6)施工与检测

根据本工程现场土质为粉土及粉砂,成孔困难,故采用打入注浆型土钉;土钉长度由两部分组成L(m)=Lm(m)+Lz (m),Lm(m)为锚固长度,Lz(m)为自由长度。其中Lm(m)是由土钉的抗拉承载力确定的,Lz(m)由基坑几何关系确定。

土钉抗拉承载力验算,对于单级放坡土钉墙的土压力可以直接折减修成。但对于多级放坡时,计算下级坡的土压力时,其上级坡的土体自重将被作超载考虑。单根土钉的抗拉承载力一般通过抗拉试验确定,为消除施工工艺的偶然性,设计中取最小值并除以安全系数K,对于临时土钉安全系数可取K=1-3。在无试验资料时,土钉抗拉承载力可根据经验数据由计算确定,施工前再作抗拉试验,以验证设计数据。土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧简单条分法进行整体稳定验算,但对比较简单的土钉墙,在作了直线滑移面分析后,也可不进行复杂的圆弧滑移面分析,但要从构要上保证土钉有足够的锚固长度,其构造要求应符合《基坑土钉支护技术规程》。

三、保证支护质量、安全的主要技术措施

(一)定喷隔水帷幕采取的技术措施

(1)为加进速度、提高帷幕防渗效果,所用水泥为早强型水泥或普通硅酸盐水泥内添加适量早强剂。

(2)为保证帷幕厚度(≮200mm)并良好搭接(水平方向搭接长度≮150mm),正式施工前应进行试喷并检验效果,以对初拟施工参数进行调整。

(3)为表面相邻孔出现窜浆,影响帷幕质量,采用跳孔施工法,即待以施工孔水泥初凝后再施工其相邻孔。

(4)水泥土浆在凝固过程中会出现沉淀现象,使其凝固后的墙体标高低于设计标高.故应在其初凝下沉后采用施工过程中形成的水泥土冒浆或纯水泥浆对其进行回灌,使其达到设计标高。

(二)土钉墙采用的技术措施

(1)为节约工期并及时保护以开挖面,土方开挖与土钉施工交叉进行,做到开挖一段、支护一段.同时土方开挖从中间向四周进行,有利于排除帷幕内积水和边坡稳定。

(2)根据设计该工程土钉水平间距1.2m,采用φ48mm钢管,其上预钻注浆孔及外焊倒刺,增加与土体的锚固性能,必须保证注浆压力,并辅以注浆量检验注浆效果。

(3)严格控制钉入土长度,以保证土钉足够的锚固程度。

(4)土钉墙底加设1排泄水孔(φ10mm管)距坡脚1～2m挖排水明沟及集水井,用于排除土层内积水和雨水。

(5)对基坑开挖实施动态监测,达到信息化施工的目的。最直观、最重要的是监测土钉墙顶面的水平和垂直位移。必要时采取补救措施,消除隐患。

四、施工监测和有关问题的处理

1、隔水帷幕正式施工前进行现场试喷,开挖检验试喷效果时发现,相邻水泥土墙搭接厚度沿竖直方向差异较大,最薄处仅3cm,分析认为,主要原因是各土层物理性质不同及钻杆提升速度偏快,同时应加大喷射压力。根据规范要求本工程面板护壁厚度检测采用钻孔法,按每100m2抽捡一组,芯样直径为10mm时,每组为3个点,厚度平均值应大于设计厚度,最小值应不少于设计值的90%。本工程所检测点均达到设计要求。

2、由于地下土体的复杂性及许多不确定因素,护壁完成7天后东侧底部发生局部渗漏,并伴随涌土现象,淘出约0.2m3的孔洞采取的补救措施是用碎石砂袋紧密填塞孔洞,其外侧用纵横向粗钢筋网(φ16×16)锁死,并及时排走渗水。直至工程完成,补漏效果良好,未对施工造成影响。

3、在基坑周边设置了7个测斜及地下水位观测点,周边最大深层位移26mm,由测斜观测数据可见,整个周边围护是成功的。

隔水帷幕和土钉墙在本工程中的组合运用效果良好,达到预期目的。但是应该看到,如何对定喷帷幕施工中浪费的回浆重复利用,如何采用合理的信息施工法来优选复合施工进一步提高边坡施工的安全性、可靠性,是值得广大工程技术人员探讨的。

[1]建筑边坡工程技术规范(GB50330—2002)[S].北京:中国建筑工业出版社.

[2]朱浮声.地基基础设计与计算[S].北京:人民交通出版社,2005.

2010-04-20

阳仨仨(1973-),男,湖南双峰人,工程师。