深基坑复合支护及垂直开挖技术应用

2015-01-12申铁军

山西交通科技 2015年4期

申铁军

（山西路桥建设集团有限公司，山西太原 030006）

针对不良地质深基坑开挖，如采用正常放坡开挖法（坡度不小于1∶1.25），不仅挖除、运输、回填土方量大，而且施工过程中存在极大的安全隐患。深基坑水泥搅拌桩止水帷幕及灌注桩加预应力锚索支护垂直开挖施工技术是对太原武宿综合保税区庆云街地道箱体结构深基坑（开挖深度为8.9 m＞H≥6 m）先止水支护后垂直开挖的成功施工经验进行总结形成的，其施工便捷，不仅容易保证施工质量，而且大大缩短了施工工期。

1 技术特点

a）可用于各种复杂地形、不良地质条件，可在狭窄场地条件下施工，对邻近建筑物影响较小。

b）施工工期相对较短，由于采用连续作业的方式，止水帷幕连续性好，施工效率高，能在较短的时间内完成施工任务，为下一步按期完工创造条件。

2 应用背景

此项技术应用于太原武宿综合保税区庆云街立交工程深基坑开挖支护工程，该工程起讫桩号为K0+595—K1+002，全长 407m（61m+167.5m+178..5m），宽21.6 m，分暗埋段和敞开段（共分39个节段）。其中K0+762.539—K0+820.539为暗埋段，长61 m，最大开挖深度为8.9 m，为钢筋混凝土单箱两室结构，敞开段采用“U”形槽结构，位于暗埋段南北两侧，敞开段长度分别为167.5 m、178.5 m。该工程地处太原市小店区，地下水位浅且丰富，土质天然含水率及孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、易液化、易扰动变形，为浅水位软基地段。本工程基坑侧壁I-I剖面的安全等级为二级，Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ剖面的安全等级为三级，基坑按临时支护设计，使用期限为6个月。

3 工艺原理

针对不良地质条件，深基坑开挖前采用三步支护加固措施。采用水泥深层搅拌桩止水帷幕作为第一步加固措施，水泥搅拌桩加固原理是利用水泥作为固化剂，搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌,基于水泥和土的物理、化学反应过程，水泥水化生成各种水化合物后，与土发生离子交换和团粒化作用以及凝硬反应，使软土硬结从而提高了土体强度，起到了止水作用。待土体初步稳定后，采用水泥钢筋混凝土灌注桩作为第二步加固措施，由于该段地基土为高灵敏度土，基坑一旦发生位移，对外侧土体影响非常大，且土体强度丧失严重，会导致土压力急剧加大，影响支护安全。为限制位移，减少对基坑外侧土体的扰动，故采用增加预应力锚索作为第三步加固措施。

4 工艺流程

工艺流程见图1。

5 施工工艺

5.1 施工依据

图1 不良地质支护工艺流程图

开工后，严格按照《建筑地基处理技术规范》、《建筑地基基础设计规范》、《建筑基坑工程监测技术规范》、《建筑基坑支护结构构造—国家建筑标准图集11SG814》以及太原市市政工程设计研究院提供的《太原综保区道路及市政基础设施建设工程区内2号路庆云街立交工程施工图设计》和《太原武宿综合保税区2号路下穿庆云街通道工程岩土工程勘察报告》施工。

5.2 操作方法

5.2.1 水泥深层搅拌桩止水帷幕施工

距基坑纵向中心线13.8 m，两侧各采用双排水泥土搅拌桩作为止水帷幕。

5.2.1.1 水泥搅拌桩设计参数

水泥搅拌桩桩径500 mm，（地下水位以上留为空桩），桩长13 m，同排桩桩心距为350 mm，排距为350 mm，纵横向搭接咬合均为150 mm，采用四搅二喷工艺，水泥为P.S32.5级水泥,设计每延米水泥用量为60 kg。桩体无侧限抗压强度要求不小于1.4 MPa，浆液水灰比为0.50～0.60，水泥搅拌桩止水帷幕深度不小于降水深度。

图2 箱型通道沟槽开挖支护剖面示意图（单位：cm）

5.2.1.2 水泥搅拌桩施工步骤

平整场地→桩位放样→钻机就位→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3 m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→进行下一根桩的施工。

5.2.2 钢筋混凝土灌注桩施工

止水帷幕施工完毕后，距基坑纵向中心线12.7m，进一步采用C30钢筋水泥混凝土钻孔灌注桩支护，桩径 800 mm，桩长14 m，灌注桩顶面标高为-2.0 m，间距1.5 m，单侧95根，双侧共190根。钻孔灌注桩施工步骤如下：

施工准备→定出桩位→护筒埋设→钻孔作业→成孔检查→安装钢筋笼→安装导管→二次清孔→水下混凝土灌注。

5.2.3 冠梁施工

冠梁沿支护桩桩顶周围浇筑，单侧长为141 m（K0+712—K0+853），双侧共长282 m，高度 500 mm，宽度900 mm，采用C30水泥混凝土，支护桩纵筋深入冠梁内长度不得小于350 mm，钢筋保护层厚度不小于35 mm。

5.2.4 预应力锚索施工

锚索采用公称直径15.2 mm钢绞线（1860级），入射角度为15°。每两根灌注桩之间，冠梁以下2.5 m位置为锚索施工位置。注浆材料采用P.O42.5级水泥，锚索承压梁采用两根工字钢（Q235）通长设置。锚索施工工艺及要求如下：

a）钻孔钻孔直径采取150 mm，在钻孔过程中需用钻孔测斜仪控制钻孔方向。钻孔应采用带护臂套管设备钻进。

b）锚索的组装安放锚索放入钻孔之前，需确认锚索与孔位一致，将注浆管锚索一同放入钻孔，注浆管头部孔底宜为500 mm左右，杆体放入角度与钻孔角度保持一致。锚杆承压采用两根工字钢（Q235），通长设置。

c）张拉锚固锚索张拉前，应对张拉设备进行标定，当锚固体强度大于15 MPa并达到设计强度的75%后方可进行张拉，锚索预应力张拉时要求先张拉到设计值，然后回到零，再张拉至轴力设计值的75%，然后锁定值达到轴向力的70%，本工程锚索自由段长度从桩前开始计算，每根预应力锚索都需经过抗拔检验，控制支护变形。锚索张拉应按一定程序进行，锚索张拉顺序应考虑邻近锚索的相互影响，对于钢绞线的松弛、地表的徐变等因素造成的预应力损失可进行补张拉，然后锁定。预应力锚索应认真做好自由段与锚固段的分段。自由段锚索先用黄油满涂，再用PVC塑料管加套，在每组锚索外再用波纹塑管加套，并与自由段末端捆扎验收，保证自由段钢筋在预加应力时自由拉伸，只有锚固段才能发挥拉锚作用，阻止被支挡土体位移。

d）注浆采取二次注浆工艺，锚索安设后，进行一次常压注浆，注浆材料采用纯水泥浆，水灰比0.40～0.45，待一次注浆体强度5 MPa（约24 h）后，进行二次高压注浆，为满足锚固体设计强度25 MPa的要求，一般注浆用水泥量要达到80～100 kg/m，二次注浆压力不小于2.5 MPa。预应力锚索要设置能满足二次高压注浆的注浆管，本工程设计要求二次注浆管在自由区段采用焊接钢管（4-6分管），钢管端头套丝扣，通过钢管丝扣与高压泵输浆管用带丝扣管接头连结，这样才能保证2.5 MPa工作压力，将水泥浆注入锚孔，达到劈裂注浆，提高界面摩阻值，达到设计预应力锚索的目的。

5.2.5 基坑开挖

基坑开挖时，采用纵向垂直开挖法，分段、分块开挖，开挖以机械为主，人工修整为辅。

5.2.5.1 开挖前的准备工作

在基坑开挖前50 d进行管井降水，确保地下水水位控制在开挖面以下1 m；地下水的降水、排水应贯穿整个基坑开挖及结构施作施工全过程。

5.2.5.2 基坑开挖施工

基坑属于对称的长条形基坑，全长407 m，共分39个节段，其最大开挖深度为8.9 m，该段落基坑开挖采用“纵向垂直开挖法”。整个基坑施工严格按照设计要求从中心K0+793.039处开始向两侧分层、分块、对称开挖成型（最深处 8.9 m，分 3 m、3 m、2.9 m，共3层）。按照此方法分层、分块、对称开挖敞开段及深埋段基坑。当挖至坑底垫层顶面标高时，复核中线、标高准确无误后，人工进行修整，严禁超挖回填虚土，至设计标高后，进行100 cm厚碎石垫层及混凝土底板的施工。

6 材料与设备

表1 主要投入材料统计表

表2 主要投入设备统计表

7 质量控制要点

7.1 水泥搅拌桩施工质量控制要点

a）创造工作面并平整场地。搅拌桩作业区要求场地平整，搅拌桩墙位处要清除地下障碍物，以保证桩的垂直度（偏差不超过1%）和桩的顺利施工。

网络技术应用在电力调度信息化系统中，是为提高电力调度管理部门的工作效率，增强电力调度的安全性和时效性。网络技术与电力调度相结合有其既定的的原则：

b）施工前要做好桩机、钻头及配件的检查维修，确保钻头直径，确保不间断正常施工。

c）注意水泥浆的配置、搅拌、过滤，控制提钻杆速度，实现均匀喷浆搅拌。

d）每根桩都要严格定位，钻进时保持钻杆垂直度，尽最大可能保证帷幕桩的搭接咬合尺寸。

e）控制相邻桩体的施工间隔时间不超过12 h。f）要做到四搅两喷，水灰比为0.50～0.60。

7.2 钻孔灌注桩施工质量控制要点

a）桩位偏差不应大于50 mm，桩身垂直度偏差不宜大于1∶200，桩径偏差不宜大于50 mm。

b）钢筋笼直径偏差不宜大于10 mm，钢筋笼长度偏差不宜大于50 mm，主筋间距偏差不宜大于10 mm，箍筋间距偏差不宜大于20 mm。

7.3 预应力锚索施工质量控制要点

a）钢绞线应无损伤，并应调直、除锈，同一孔的钢绞线必须等长，切断后的钢绞线两端应用铁丝捆扎牢靠，钢绞线的选择试验，质量的要求以及锚索的张拉等，应严格按有关规范、规程进行，禁止盲目操作，以免发生危险。锚孔内的水泥浆应有足够的养护时间，在养护期内不得移动锚索，设计与现场实际情况有出入时，经设计单位同意后，可酌情调整。

c）支护桩面至帷幕桩的锚索宜加套管，并与帷幕封严，锚索成孔机械应确保支护桩与帷幕桩桩间土不流失。