喷锚、深搅止水桩组合支护技术应用

2014-10-21喻峙谋

建筑工程技术与设计 2014年36期

喻峙谋

摘要：云南云铜锌业股份有限公司职工生活区经济适用房建设工程中地基基础属于深基坑施工，基坑开挖深度5～6.5m。场地地层主要由第四系人工填土层、第四系冲洪积层、第四系坡积层、第四系残积层、二叠系岩层组成，地下水位丰富。根据工程实际选择喷锚、深搅止水桩组合支护技术，该技术能充分切断土体滑移面，阻止滑移破坏的抗滑作用，同时更有水泥灌浆加固防渗作用，在工程中成功应用，安全可靠，经济实用。在深基坑支护中值得推广使用。

关键词：喷锚；深搅止水桩；组合；支护

一、工程概况

拟建工程位于昆明市北郊王家桥云南云铜锌业股份有限公司生活区篮球场以北，地貌上属于昆明盆地北部边缘低山丘陵地貌，地处山前缓坡与古湖积盆地过渡地带，场地为原有建筑物拆除地，东南部地势稍高，地形较为平坦。拟建建筑物场区东部自北向南有浅基础砖混4层办公楼、6层民用住宅以及一栋桩筏基础10层医院，其中距基坑开挖线最近的建筑物为一栋4层浅基建筑，距离为1.5—2米；东北部有两栋民房，均为浅基础，层高为5层和6层，距基坑开挖线最近距离为3.5米；西北方向有浅基6层老住宅和桩基17层高层住宅，基坑开挖线最近距离分别为3米和25米；南部位空旷场地。拟建工程包括A、B、C三幢18层高层建筑楼及一层地下室，建筑总高度56米，整个基坑开挖区地下室均连通，开挖深度5.0—7.0米，属深基坑，建筑结构类型为框剪结构，板箱基础，基础埋深-4.00米，建筑安全等级一级。拟建工程重要性等级为一级，场地复杂程度及地基复杂程度均为二级（中等复杂），地基基础设计等级为甲级，基坑工程南部、北侧局部段以及西侧局部段的侧壁安全等级为二级；基坑工程东北侧、东侧、西北侧以及北部局部段侧壁安全等级为一级。场地地下水位较高，地基土种类较多，不均匀，岩土性质变化较大，且周边为密集的居民住宅和学校楼，必须选择科学、合理的基坑支护技术，基坑平面如图所示。

二、支护方案选择

1.该工程地质构成

拟建场地地层在40米深度范围内主要由第四系人工填土层、第四系冲洪积层、第四系坡积层、第四系残积层、二叠系岩层组成。场地内无地表水体，但拟建场区C栋地段在原有建筑物拆除时把自来水管破坏，且没有处理，致使流淌的自来水积聚于该地段场地内，导致该地段地下水位埋深浅，其水位埋深仅0.63-0.80米，水量中等偏大，给基坑施工带来影响。C栋地段聚集自来水影响，地下水位埋深为0.63-1.22米，A、B栋地下水埋深1.75-4.9米。场地地下水主要类型为基岩隙水，水量中等偏大。

2.支护方案选择

滇中地区此类工程常规支护方案一般选用灌注桩排桩支护，此支护技术优点为技术成熟，安全可靠，缺点是工期长，费用高。考虑该基坑上部杂填土不厚，黏土层含水量小，现场大部区域又能放一点坡，而在基坑北面和西面，距离建筑物较近，基坑底面处于地下水位之下，且降水困难，使用排桩支护实际效果不理想。经过分析对比计算，决定根据坑周壁地层及地面荷载情况分段采用锚杆挂网喷锚、水泥深层搅拌桩相结合的支护方案。其支护机理是综合的，锚杆的拉力作用与喷砼网相结合的方式，切断土体滑移面，阻止滑移破坏的抗滑作用，同时更有水泥灌浆加固防渗作用。故在基坑北面、西面（十七高层住宅和六层砖混住宅东南侧）采用“Φ48钢管锚杆+挂网喷锚+水泥深层搅拌桩止水帷幕墙”的支护方案。基坑东面（学校教学楼和医院门诊大楼西侧）、南面（生活区主干道北侧）均有5m左右的放坡距離，故采用“Φ48钢管锚杆+挂网喷锚”的支护方案。2种方案对比如表1所示。

表一 2种方案的费用、工期对比

方案技术参数

桩数主筋桩径桩长锚杆/m 工期/d 费用/万元

-1.3 -2.8 -4.3

排桩 461 18Φ20 Φ800 15m — 80 480

喷锚支护 376 — Φ500 8m 9 9 8 55 383

注：锚杆/m均为Φ48钢管锚杆，倾角均为20°斜向

三、主要施工方法

1.土方开挖

本工程土方开挖量大，土方外运量大，同时土方开挖又要配合支护施工，需配置好合理的机械及人力，并做好统筹安排，土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相一致，并遵循“先撑后挖、分层开挖、边撑边挖、严禁超挖”的原则：

⑴ 本工程土方开挖必须在止水帷幕、降排水（含超前降水井施工）设施完成后方能施工。

⑵ 坑顶周边严禁超堆荷载，挖土时先挖四周的土，做好支护体系后再挖中间的土。整个基坑分五次开挖，每层厚度1.4米。

⑶ 基底以上0.3米厚的土层由人工清挖至设计标高，堆放后用挖掘机装车外运。

⑷ 土方开挖要紧密配合支护施工，在每一次土方开挖时均应先沿基坑四周开挖一条宽4.0m，深1.5m左右的沟槽作为支护施工工作面，并根据开挖土层情况采用不同开挖方法。遇粉土时必须采用间隔开挖，挖土时要有专人指挥，放出开挖线。土方开挖严禁倒挖、超挖，下层土方必须在上层支护体系施工完成两天后进行，其它必须符合基坑开挖验收规范及施工要求。

⑸ 挖土时派专人指挥，夜间施工不能鸣喇叭，以免影响居民休息。在出入口处铺垫不少于100mm厚的碎石或碎砖块，尽量避免车轮粘上泥土，在出口处安置水龙头，发现车轮上粘土马上冲洗。

⑹ 土方开挖是一种卸载过程，其开挖过程就是应力的释放过程，即由开挖前的静态平衡发展到动态平衡状态。如果坑开挖后暴露时间太长或基坑积水，或空隙水压力升高，都将明显降低土体的抗剪强度，导致基底隆起、边坡失稳、支护结构位移等。因此，基坑开挖过程中，要严格做好降排水工程，基底开挖至标高后应尽快进行基底检查、基坑封底和底板垫层的浇注。

水泥深层搅拌桩施工

在基坑北面、西面施工水泥深层搅拌桩，使其既有支挡又有帷幕止水作用。水泥深层搅拌桩桩径Ф500mm，桩长8.0m深搅桩桩心距400mm，相互搭接100mm。固化剂采用p.o32.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比0.5，深搅水泥掺量65kg/m。

⑴钻机就位：

每根桩就位前应该核对图纸与桩位，确保就位符合设计要求。钻机必须铺垫平稳，确保机身平整，钻杆垂直稳定牢固，钻头对准桩位。钻尖与桩点偏移不得大于10mm。垂直度控制在1%以内。

⑵开钻、清泥：

开钻前必须检查钻头上的出料口是否封闭，严禁开口钻进，钻尖接触地面时，下钻速度要慢，钻进速度根据试桩确定。

成孔过程中，一般不得反钻或提升钻杆，如需提升钻杆或反钻应将钻杆提升至地面，对钻尖开启门必须重新清洗、调试、封口。

进入软硬层交界时，应保持钻杆垂直，缓慢进入，在含有砖块、杂填土层或含水量较大的软塑性土层钻进时，应尽量减少钻杆晃动，以免孔径变化异常，钻进时注意电流变化状态，电流值超越操作规程时，应及时提升排土，直至电流变化为正常状态，钻进的土应随钻随清，钻至设计标高时，应将钻杆周围土方清除干净，钻进过程中应随时检查钻杆垂直度，确保钻杆垂直，并做好记录。

⑶终孔：钻到设计标高后，应由质检人员进行终孔验收，经验收合格并做好记录。

⑷泵送水泥浆：泵机与钻机距离一般应控制在60m内。

水泥深层搅拌桩施工流程图

喷锚支护施工

施工前，根据图纸、地质报告和技术规范编制专项施工方案，根据锚杆设计要求、土层条件和环境条件，合理选择材料、设备器具，布置水电设施。锚杆施工时，可以人工成孔时采用人工成孔工艺；不易成孔的部位采用冲击锚杆机将Φ48锚杆打入，倾角20°，锚管上设置出浆孔。

喷锚施工与土方开挖相互交叉，自上而下分段、分层（步）进行。在锚杆施工过程中，每层锚杆施工流程是：开挖工作面→修整边坡→成孔→设置锚杆→压力注浆→铺钢筋网（挂网）→喷射混凝土面层。

⑴施工前准备。a组织施工人员学习施工组织设计；b作好施工设备进场及施工材料进场计划；c查明基坑周围地下管网及邻近建筑位置。

⑵修坡。a喷锚工作面完成后，应立即修坡，以便喷锚及时封闭土体壁；b每层工作面深度、坡度、坡底边线应接受施工员检查；c坡面应平整、表面无浮土，应掏出上层及左右喷锚面钢筋。

⑶设置锚杆。为使锚杆倾角满足设计要求，应调整好导轨倾角。施工时要做好成孔记录，按锚杆编号逐一记载取出土体特征、成孔质量、问题处理等。

锚杆施工时应避开周边地下管线及其他障碍物，如遇地下障碍物致使锚杆不能满足设计要求，届时视具体情况适当调整。

⑷注浆。注浆采用85NS型注浆泵，注浆材料为水泥浆，水灰比不宜超过0.4～0.45，浆液应搅拌均匀并立即使用，注浆前、中途停顿及作业完毕，必须用水冲洗管路。

注浆可采用低压（0.4～0.6Mpa）注浆，水平孔采用低压或高压方法。注浆时，注浆管应插入孔底，出浆口始终处在孔中浆体的表面以内，在注浆的同时将导管匀速、缓慢拔除。待浆液回流到孔口时，应预先计算所需的浆体体积并与实际注浆量进行对比，向孔内注入浆体的充盈系数必须大于1。

⑸铺设钢筋网片面层。在开挖高度内坑壁均设置钢筋网喷锚混凝土面层护壁，面筋为ф6.5@200×200绑扎而成，网格允许偏差为±10mm，保护层厚度30mm。钢筋网铺设时每边的搭接长度不小于200mm。支护面翻过基坑顶部部位1000mm，混凝土护顶内的钢筋宜与坡面钢筋连成整体。加强筋采用ф14钢筋，纵横焊连，加强筋搭接长度为10d。

喷射混凝土面层采用HPZU—5B混凝土喷射机。喷射混凝土面层为C20细石混凝土，厚80mm，经验配合比为水泥：砂：石为1：2：2，粗骨料最大粒径不宜大于16mm，水灰比不宜大于0.45。喷射顺序应自下而上，喷头与受喷面控制在0.8～1.5m范围内，射流方向垂直指向喷射面，在钢筋部位，应先喷填钢筋后方，后喷填钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙。

基坑降、排水与挖土要求

⑴基坑降、排水。场地地下水埋深较浅，地下水主要为浅部的空隙性潜水，受大气降水影响明显易受到影响。为避免地表水及地下水对土体产生影响，应及时排除边坡渗水及基坑内积水。在坡顶设一道300×250砖砌排水沟截断地表水，坡脚设置一道300×300排水盲沟排泄基坑内积水；在基坑周边或转角等部位设置集水井，井深2.0m，井径为Ф800mm；地下水在排入城市管道前设置沉淀池，排水沟按1‰坡比向集水井或沉淀池倾斜，坑内水通过基坑底的排水沟汇集到集水井后由泵抽到坡顶排水沟经沉淀池沉淀后排入市政管道。排水沟、沉淀池采用粘土砖砌筑砖沟壁，C20素混凝土鋪底，排水盲沟采用级配碎石填充。

土方开挖过程中的抽水，主要采用机械挖临时集水井的方法降水，将地下渗透水汇流到基坑临时集水井内，再采用潜水泵抽至坑顶排水沟。所有污废水均须沉淀池沉淀达标后排入市政管道。对地表处的雨水、施工用水，汇集到排水沟，然后引至城市地下水管道的方法解决。降水开始后，应由工人三班作业，及时排除故障，如遇异常情况（如：涌砂较多）即向有关部门人员报告处理，保证正常连续地进行降水作业。

⑵挖土要求。大量工程实际表明，土方开挖合理与否对基坑稳定起着重要作用。基坑内土方开挖原则是：分层、分段对称开挖坑内土方，分层厚度不应超过1.5m。土方开挖采用机械开挖加人工配合修土，底板、承台在机械开挖至基底设计标高以上200～300mm时改用人工开挖修土，承台区域及钻孔桩高于基底标高较多的桩身周围土方全部人工开挖修土，挖斗不得碰撞桩身，以免影响桩身质量。具体施工分如下几个步骤：

① 第一阶段土方开挖至第一道锚杆标高下0.5m范围内（严禁超挖），施工锚杆及素混凝土护坡；

② 锚杆达到80%设计强度，且基坑水位满足设计要求时，进行第二阶段土方开挖，挖土至第二道锚杆标高下0.5m范围内（严禁超挖）。土方开挖应分段分片进行，沿基坑边长，每开挖10延米的土方，立即进行相应范围内的锚杆或素混凝土护坡施工，待该部分锚杆和素混凝土护坡施工完毕后，才能进行邻段土方的开挖；

③ 余下段锚杆施工步骤同②所述。

施工监测

本基坑工程的现场监测采用仪器监测与巡视检查相结合的方法，根据本工程特点，监测工作如下：

⑴支护结构监测：支护结构监测主要涉及搅拌支护桩的内力监测、锚杆的拉力监测和桩顶沉降及位移。

⑵周边建筑监测。基坑边缘外1～2倍的开挖深度范围内的建筑作为监测对象。监测点设置在建筑四角、中点及拐角处，主要监测建筑物的不均匀沉降。

⑶周围地下管线监测。施工前先查明周边地下管线详细分布情况，并根据管线年份、类型、材料、尺寸及现状等情况确定监测点，采用目测法监测。

⑷各项监测控制值及警戒值一览表

项目名称控制值警戒值

桩顶沉降及位移开挖深度的0.3% 开挖深度的0.2%

锚杆拉力 80%的设计值 70%的设计值