溶蚀透水地质条件下锚碇深基坑施工技术

2013-10-31牛世伟

中国建筑金属结构 2013年2期

牛世伟

（中铁交通投资集团有限公司，广西南宁 530021）

1 地质概况

柳州双拥大桥地处喀斯特溶蚀地区，该区域的岩层多溶洞和溶蚀裂隙，地质勘察资料显示，基岩储水条件较差，圆砾层的空隙受粘性土充填，透水性较差。潜水一般赋存于近河岸处基岩浅部的裂隙中，地下水位为+77.0m，基本与柳江水位+77.4持平，水量较小。该层水埋藏于岩溶洞穴和裂隙中，受岩溶发育不均匀性的影响，其均匀性较差。开挖过程中在水头作用下，溶洞或溶槽内的软塑填充物有向基坑移动的趋势，施工中应维持水头平衡，并采取固化填充物等措施进行止水。地质基岩面总体起伏较平缓，凹凸不平，落差为5m左右。溶蚀较发育，多为串珠状、充填性溶洞，充填物为红粘土。基岩为灰色石灰岩，覆盖层从下至上依次为硬塑粘土、红粘土、新四纪冲填红粘土，厚薄不均，最厚达30m。大桥的南北岸锚碇的平面投影为半径28.5m的圆形，地表以下的埋置深度均为22m，基坑采用明挖的方式进行施工。

2 施工原理

以地下水位为分界线，采用不同的支护、止排水施工方案。特别是针对基坑岩体的溶蚀情况采用有效的止水方案是本工法的关键点。

2.1 支护结构及原理

（1）地下水位以上部分：基坑采用放坡开挖、坡面支护的施工方案，放坡坡率为1∶0.8，支护采用锚杆加钢筋网加喷混凝土的形式。

（2）地下水位以下部分：基坑采用垂直开挖、环向排桩加连续板墙支护。排桩与连续板墙构成一个环向整体，形成一个环向封闭的支护结构，支护结构能起到抵抗基坑周边水平荷载的作用，既达到力学强度方面的要求，又能控制基坑整体位移变形。

2.2 止排水结构及原理

（1）地下水位以上部分：以排水为目的设计好整个排水系统。

①坡顶排水：在坡顶距坡角3m处设置高0.4m、宽0.4m的环向截水沟，将锚碇范围的雨水、基坑渗水直接排至锚碇范围以外。

②坡面排水：由混凝土护坡面、坡面泄水孔、二级平台坡脚处环向截水沟和汇水槽对坡面排水汇集构成。再由水泵抽排至坡顶排水沟，排至锚碇范围以外。

（2）地下水位以下部分：地下水位以下部分以止水为目的处理土体渗水及溶蚀区特殊透水条件下渗水、涌水。基坑周边土层采用高压旋喷桩处理，基坑周边及底部岩层采用灌浆处理，高压旋喷桩和灌浆联合处理使基坑外围、底部构成桶形封闭止水帷幕结构。

基坑垂直开挖部分排水：根据基坑开挖后渗水量大小，在坑底设置积水坑、积水井。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

3.2 工艺原则

实现基坑帷幕止水效果及结构稳定，满足后续施工及安全要求。

3.3 操作要点

3.3.1 溶蚀地质基坑开挖支护

因基坑为溶蚀地质，开挖深度大，从安全、成本、施工可操作性等方面进行综合考虑，做出如下图2示意的放坡与垂直支护开挖方式，既缩小了放坡开挖的范围，也减小了垂直开挖的深度和难度。

3.3.2 基坑上部放坡开挖支护

根据勘察报告收集确认基坑土层土体参数指标及开挖深度，通过边坡设计软件进行边坡坡率、支护方式的设计。根据基坑地下水位以上部分深度分两级放坡开挖和设置开挖坡率；并在每级间设护坡平台与截水沟。为便于锚杆施工方便，根据锚杆每层层高竖向分层开挖；平面开挖顺序为先基坑中间后边坡坡脚的环形掏槽开挖方式。开挖时采用机械开挖，人工配合修整坡面，坡面锚杆采用HRB335钢筋加砂浆构成的无应力锚杆，护坡面纵横向锚固肋筋和钢筋网片分别采用HRB335、HPB235钢筋，并在锚固钢筋、肋筋、钢筋网片安全前后分别进行各一层喷射C20混凝土施工，两层喷射混凝土厚度根据设计总厚度、钢筋在护坡外露面侧保护层厚度确定，以充分利用钢筋网片的有效受力为目的。

3.3.3 坡脚反压梁及平台施工

（1）坡脚反压圈梁：根据设计计算确认在坡脚位置是否设置坡脚反压圈梁。若设置反压圈梁，要综合考虑护坡面同坡脚反压圈梁的结构受力及防水效果，确保坡脚位置受力的稳定。施工时可设置多个工作面，每个工作面要分段推进施工，根据钢筋规格确定每次推进长度为10m或13m，以便于施工。

（2）垂直开挖平台施工：垂直开挖平台为支护排桩、高压旋喷桩、灌浆、土石方开挖、支护板墙等工程施工提供作业平台，施工机械多，是一重要的工作平台，采用C20混凝土封闭硬化，同时设置环形排水系统，确保平台满足垂直开挖施工的需要。

3.3.4 环向支护排桩、桩顶冠梁及支护板墙的结构设计以及环向支护排桩施工

由设计确认基坑开挖深度，根据勘察报告收集确认基坑地下水位以下部分垂直开挖深度范围岩面的位置分布，根据施工方案计算坡顶工作荷载，利用结构体为环向（圆形）受力特点，通过边坡设计软件进行边坡支护桩及支护板墙的结构设计。

（1）支护桩的设计及施工

1）确认支护排桩环向布置间距、桩径、桩长。

2）桩的钢筋配置和混凝强度等级。

3）桩伸入锚碇基底以下嵌岩深度。

4）支护桩施工采用常规的钻孔桩施工工艺，可同时组织多台钻机进行同步作业。施工要求在每根桩成桩后，进行桩基质量检测。

（2）桩顶冠梁及支护板墙的结构设计

1）确认桩顶冠梁及支护板墙环向布置中线半径、截面高度及宽度。

2）桩顶冠梁及支护板墙的钢筋配置和混凝强度等级。

3）桩顶冠梁及支护板墙与支护排桩的位置关系。

4）桩顶冠梁及支护板墙具体施工。

3.3.5 环向高压旋喷桩土层止水

在溶蚀区特殊透水条件下，基坑垂直开挖部分止水帷幕的设计施工是通过基坑支护排桩外侧的土层旋喷桩帷幕体和岩层灌浆帷幕体联合作用实现的。其中土体止水主要根据原状土渗透系数及地下水的水力坡度计算确认采用如搅拌桩、高压旋喷桩等相适用的帷幕止水方式。若选定对基岩面以上覆盖层采用高压旋喷桩处理，就要进行以下设计和施工：

1）确定高压旋喷桩的帷幕体的截面厚度和高度、桩径、排数和根数、桩间相互搭接尺寸。

2）确定高压旋喷桩施工采用单管法、双管法、三管法。

3）确定高压旋喷桩引孔直径的入岩深度。

4）施工要求高压旋喷桩开孔偏差小于5cm，钻孔斜不大于0.5%，孔内无残留的岩芯、岩粉和其他杂物。确认旋喷施工旋转速度不大于n转/min，提升速度V cm/min，喷射压力不小于×MPa，水灰比。

3.3.6 垂直开挖、桩顶冠梁及混凝土板墙施工

（1）垂直开挖

在主要的支护体系和外围的止水施工完以后，开始进行基坑开挖施工。由于是垂直开挖，开挖过程中分为4个阶段，采用竖向分层，分层厚度根据每层混凝土板墙高度定为：桩顶冠梁2.5m、混凝土板墙三层各2.3m、2.3m、2.266m，水平跳槽间隔开挖，跳槽间距为10m。

岩石部分采用爆破进行施工，爆破施工时需要加强对支护桩和已经完成止水施工的保护，支护桩附近的岩石和土层采用人工进行清理。

（2）桩顶冠梁、混凝土板墙施工

桩顶冠梁、混凝土板墙按照基坑开挖分为四层进行施工，均采用C30钢筋混凝土现浇成环向支护板墙，从上至下冠梁，板墙厚度分别为1.8m、1.2m、1.4m、1.6m，根据基坑的开挖顺序采用逆作法进行施工，开挖一段施工一段，及时对基坑的开挖面进行封闭。

3.3.7 监控量测及施工动态管理

（1）基坑水平位移变形观测基准网布置为三等边角网，在基坑四周均匀布设5个基准点，各基准点埋设标石，基坑平台上埋设变形观测点。变形观测点观测等级为“三等”，要求变形点中的点位误差不超过±10mm。

（2）基坑沉降观测基准网各基准点均为钻进到基岩未风化层后埋设深层金属管。各点均设半圆铜头标志，做成窨井式点位，并用水泥盖板或金属盖板保护。

（3）基坑监测进程安排：基坑开挖深度之前，测得坡顶监测点初始值；开挖至一级平台处后，及时布设一级平台处监测点，并及时对监测点进行初始位移值监测；第一平台至第二平台施工期间，每开挖一层观测一次；第二平台施工期间，7天/次；第二平台至坑底施工期间，3天/次；当变形数据超过报警值后，应加密观测次数；当有事故征兆时，应连续监测；在暴雨季节及连续雨天等条件下更要加密观测。

（4）根据现场施工进度，每天对监测项目进行数据收集，结合监测报告对比分析界定基坑安全状态，书面通报基坑安全状态；签发开挖指令，指导下一步是否能进行下一道工序的施工。