哈公馆基坑支护与止水的施工工艺研究

2012-08-02房树田

森林工程 2012年1期

房树田，张英，崔巍

(1.黑龙江工程学院，哈尔滨150050;2.黑龙江工商职业技术学院，哈尔滨150080)

对于多层建筑物基坑开挖时，传统的方法是采用井点降水的施工方法，但超高层建筑，由于基坑一般较深，采用传统方法降水的效果不理想，更严重者有可能对临近建筑物的基础造成破坏，导致建筑物出现开裂、倾斜等现象，甚至酿成安全事故［1］。因此加强对基坑支护与止水的研究和探讨十分必要。本文结合哈公馆工程案例，提出高压喷射注浆桩基坑支护与止水帷幕的施工方法，取得较好止水效果，带来巨大经济和社会效益。

1 工程概况

哈公馆位于哈尔滨市道里区友谊路505号，西邻香格里拉大饭店，东靠哈药集团办公楼，北对松花江防洪大堤，本工程主楼地上33层、地下两层，裙楼地上、地下均两层，主楼高121.30 m，总建筑面积52 438.00 m2，是哈尔滨市一标志性建筑。

根据基坑周边建筑物情况及建筑场区工程地质条件，确定将哈公馆基坑边坡支护分3个区域进行支护。采用上部2.5 m“摘帽”并砌挡土墙支护、“摘帽”后的边坡桩锚联合支护与二重管法高压定摆喷施工工艺进行高压灌浆止水的组合方案，有效的控制了工期、造价，止水效果较好［2］。

2 工程地质条件

该建筑场地勘察深度内所揭露的地层为第四纪地层及白垩纪粉砂质泥岩，勘察期间场区地下水的情况:初见水位埋深4.0～4.7 m，静止水位埋深3.5～3.8 m，稳定水位量测时间符合规范要求。根据调查地下水位年变化幅度3.00～5.00 m左右。地层结构及特征如下:

(1)杂填土层底埋深2.0～3.2 m，平均厚度为2.5 m。

(2)新近沉积粉质粘土层底埋深6.8～9.3 m，平均厚度为7.5 m。

(3)粘土层底埋深7.5～9.8 m，平均厚度为2.3 m，fak=130 kPa。

(4)细砂层底埋深10.0～13.0 m，平均厚度为3.1 m，fak=160 kPa。

(5)中砂层底埋深13.4～15.0 m，平均厚度为1.6 m，fak=180 kPa。

(6)粗砂层底埋深17.0～20.2 m，平均厚度为3.1 m，fak=210 kPa。

3 支护止水方案

用于建筑物场地狭窄，临友谊路及香格里拉、丽水华亭等情况，在基坑四周通排设置钢筋砼支护桩及止水帷幕。原理是采用高压二重管水泥搅拌桩，该桩是利用水泥浆作为固化剂的主剂，定向摆喷喷浆，成桩前先用常规方法钻一小孔，然后在孔内下入高压旋喷管，借助钻机将带有喷嘴的钻头钻入待加固的支护桩间的地层中，通过钻杆注入二重管高压水泥浆，就地将输入的水泥固结成具有一定整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土桩墙，使其达到止水效果。

支护桩设置:采用C20压力灌注桩，桩长22 m(坑底上11 m，坑底往下嵌固11 m)，桩径600 mm，桩距300～500 mm，总桩数189根，桩顶标高－1.0 m，桩顶设一道冠梁b×h=800 mm×600 mm，环梁材质为重型槽钢。孔位布置连接示意图如图1所示。

图1 孔位布置示意图Fig.1 Schematic layout of holes

锚杆设置:采用锚杆钻机成孔。钻孔孔径150 mm，基坑B区和C区相临锚杆钻孔的倾斜角为10°和15°，避免钻孔距离较近而相互影响。基坑A区锚杆钻孔的倾斜角均为15°。锚杆采用3束7φ5钢绞线，每隔2 m左右固定安置一个支架。锚头标高为－8.5、－5.5、－3.5 m。如图2所示。

桩间止水帷幕设置:本工程采用二重管法高压定摆喷施工工艺进行高压灌浆，其施工程序为:确定高压摆喷防渗板墙施工轴线→布孔→钻孔→下灌浆管→浆液配制→高压灌浆。止水帷幕二重管高压定摆喷桩距护坡桩轴线80 mm。

4 支护与止水工程的设计施工

4.1 支护结构的设计计算

哈公馆基坑开挖深度约为13.0 m。

根据基坑周边建筑物情况及建筑场区工程地质条件，确定将哈药大厦基坑边坡支护分3个区域进行支护。

(1)A区:哈公馆基坑的北侧、西侧和南侧地段。

(2)B区:哈公馆基坑东侧的哈药集团大楼(11层)地段。

(3)C区:哈公馆坑东侧的哈药集团办公楼附属车库楼 (4层)地段。

基坑3个区边坡支护方案:上部2.5 m“摘帽”并砌挡土墙支护;“摘帽”后的边坡采用桩锚联合支护。

图2 锚杆示意图Fig.2 Anchor diagram

图3 钻孔高喷工艺流程图Fig.3 Flow chart of high pressure drilling jet

挡土墙支护设计:护坡桩顶圈梁以上砌筑37砖墙做挡土墙，每2桩设1构造柱，墙顶设压梁。构造柱和压梁采用商品砼C25。

边坡桩锚支护设计:护坡桩桩长18.0 m，嵌固深度7.5 m，桩间距1.40 m，采用商品砼C25，护坡桩顶设置圈梁，强度为 C25，梁高500 mm，宽800 mm。

4.2 桩间止水帷幕施工

(1)止水帷幕的深度达到自然地坪以下25.0m。

(2)考虑到冬季排浆施工困难，施工工艺采用二重管高压定摆喷方法进行施工。

二重管使用两种介质 (气、浆)，其参数为:空气压力达到0.5～0.7 MPa;浆压为22～35 MPa;二重管提升速度为:80 mm～130 mm/min;摆速:15～20转/min。

(3)在护坡桩中心线外10 cm处设置旋喷孔(如图1所示)，旋喷孔深22.5～23.0 m，孔间距1.2 m～1.4 m。

(4)采取摆喷技术方法，摆喷角度设计约为25°。摆喷成纯水泥墙和护坡桩共同连接形成止水帷幕墙，帷幕墙厚约为30 cm。

(5)材料选用P.O32.5纯水泥浆，浆液密度为1.35～1.45 g/cm3。

5 质量保证措施

(1)基坑止水帷幕可能出现渗水点，基底地层为中粗砂透水性好，在基坑开挖期间及竣工维护期间视止水帷幕渗出水量大小设置明沟和集水坑明排坑内积水。

(2)基坑止水帷幕施工摆喷提升时，当喷头下至设计深度，输入水泥浆液和压缩空气，按设计参数进行原位喷射，待浆压和风压达到设计值，且孔口返浆后，按设计提升速度、摆速进行喷浆作业。直至达到设计高程即停止喷射。

孔口不返浆时，应立即停止提升;孔口少量返浆时，应降低提升速度。

降低喷射压力、流量，进行原位喷浆。

(3)基坑管井降水施工正常运行后要连续工作，如遇停电，可使用备用发电机供电。维持降水是一个长时间的过程，在降水过程中应按时观测流量、真空度和观测孔内水位，对漏气部位及时检修，可通过听井点管内流水声、手扶管壁感到振动等检查井点管是否淤塞、冻冰，淤塞严重时应及时处理。［3－4］

6 应用效益

基坑支护与止水工程施工技术措施是否科学、合理，对工程本身的质量与进度有重大影响，同时对工程经济效益提高与人身安全的保证起到关键性作用［3］。

6.1 经济效益

本工程采用二重管法高压定摆喷施工工艺进行高压灌浆止水帷幕，施工获得成功，工程造价节省近二十万元，开挖后基坑止水效果较好。

6.2 技术效益

为保证支护和止水结构共同工作，基坑四周通排设置钢筋砼支护桩及止水帷幕，本工程为寒冷地区高层及超高层建筑基坑支护和止水提供了一定的施工经验和技术数据。钻孔和高喷灌浆施工分两序进行，首先进行Ⅰ序孔 (单号孔)造孔和灌浆施工，每个施工段内Ⅰ序孔灌浆结束后再进行Ⅱ序孔(双号孔)的造孔和灌浆施工。相邻的Ⅰ、Ⅱ序孔灌浆时间间隔大于24 h。施工中实行全面质量管理，每一道工序严把质量关。