沿海复杂地质深基坑施工技术

2015-04-16温通开

建材与装饰 2015年43期

关键词：工法型钢深基坑

温通开

（中建海峡建设发展有限公司　福建省　福州市　350007）

沿海复杂地质深基坑施工技术

温通开

（中建海峡建设发展有限公司福建省福州市350007）

基坑施工是一项复杂的施工工程，针对沿海复杂地质而言，受环境和地质的影响较大，必须与内地基坑工程区分开，采用特殊的支护技术进行施工。本文结合沿海复杂地质条件下基坑施工技术，展开了技术讨论，总结了重要的施工支护技术，以期为相关从业人员提供理论研究依据。

沿海地区；深基坑支护；施工技术

1　工程概况

福建省某工程水闸建筑高度21.4m，毗邻东海，水闸下部结构面积3800m2，基坑地质为海沙，拥有丰富的地下水，基坑深度6.3m，基坑长为137m，基坑宽40m。水闸下部结构的施工质量完全取决于深基坑支护质量，经过研究分析后发现该场区内的地下水类型为第四系空隙潜水-弱承压水，稳定水位埋深2.0～3.2m，水位高程0.5～1.0m。地下水与海水的水利关系极为密切，受潮汐影响较为严重，地下水位日变幅5～10cm，地下水位年变幅1.5m左右。工程项目采用工法桩和钢支护体系进行施工。

2　工程特点和难点

（1）施工工期短，涉及的工序和交叉作业较多，支护施工和土方施工的同时，可能需要进行机械冲孔灌注和抗浮锚杆施工。

（2）地质条件极为复杂，现场存在一定的建筑垃圾、碎石，给施工成孔带来一定的困难，同时受潮汐的影响较大，杂填土的空隙较大，孔壁可能出现坍塌现象，出现漏浆和冒浆问题，海水冲刷浆液导致帷幕缺乏连续性，止水效果变差。

（3）施工现场周围存在其它建筑和道路，对施工操作造成一定的影响。

3　施工技术

3.1工法桩

工法桩施工采用套接一孔法连接方式的顺序进行，以保证墙体的连续性和接头的施工质量，三轴搅拌桩的搭接以及成型搅拌桩的垂直度补正是依靠搅拌桩桩孔重复套钻来实现，以确保搅拌桩的隔水帷幕作用。

（1）场地平整：搅拌机一般应用三轴搅拌机，在施工前需要进行场地平整，及时将施工场地的障碍物清除，凿除搅拌区域内的路面层硬物及抛填块料，保证施工场地的路基可以正常行驶50t吊车。

（2）测量放线：分包单位以总包单位提供的坐标为基准点，以设计图为严格的依据，开始放样定位和高程引测工作，及时做好标志。放样定位后做好技术复核工作，再经监理单位和总包单位复核，确认无误后开始搅拌施工。

（3）桩机就位

由班组长统一指挥桩机就位，桩机下铺设钢板，移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现有障碍物应及时清除，移动结束后检查定位情况并及时纠正；桩机应平稳、平正，并用经纬仪或线锤进行观测以确保钻机的垂直度；搅拌桩桩位定位偏差应小于10mm。成桩后桩中心偏位不得超过20mm，桩身垂直度偏差不得超过1/200。

（4）开挖沟槽

根据基坑围护内边控制线，结合桩机导轨与桩尖的距离，采用小型挖掘机开挖1.20m×1.20m沟槽，并清除地下3m以上的障碍物，开挖沟槽的余土及时外运处理，以保证SMW工法正常施工，避免工法桩施工过程中浆液溢流，达到文明工地要求。

（5）定位型钢：垂直沟槽方向放置两根H型定位型钢，规格为200×200，长度2.5m，在平行沟槽的方向放置两根H型定位型钢，规格为300×300，长度8～20m，将定位型钢固定好，必要是时可以采用点焊加以固定，转角位置与维护中心线成45°角插入。

（6）桩孔位定位：三轴φ850mm搅拌桩的三轴中心间距为600mm+600mm，根据这个尺寸在平行沟槽方向的定位型钢表面用红漆划线定位，保证搅拌桩准确定位。在每班作业前进行检查复核其轴线及间距，及时纠偏。

（7）钻进搅拌

SMW工法围护桩桩身采用一次搅拌工艺，水泥和原状土须均匀搅拌，下沉和提升过程中均为注浆搅拌，同时严格控制下沉和提升速度：下沉速度为0.5～1.0m/min，提升速度为1.0～2.0m/min。

（8）内插型钢

施工前，在型钢表面涂刷减摩剂，在沟槽定位型钢上设H型钢定位卡，固定插入型钢平面位置，型钢定位卡必须牢固、水平，待搅拌桩施工完毕后30min内，利用吊机将H型钢按“隔一插一”的顺序将型钢底部中心对正桩位中心并沿定位卡徐徐垂直插入水泥土搅拌桩体内，采用线锤控制垂直度。

施工前，应通过成桩试验确定输浆压力、输浆量、搅拌头的喷浆搅拌提升速度和下沉速度，以确定施工参数，作为施工控制标准。根据设计给定的水泥掺量（20%）、水灰比（1.5）要求。检查搅拌桩机就位的准确性（桩位偏差<20mm、垂直度偏差3‰桩长）。检查原始记录报表的真实性、准确性。检查桩的输浆量、浆液比重、搅拌速度、风压。检查喷浆的连续性。每根桩的喷浆过程均须连续进行，不得人为中断，如因停电等特殊原因造成输浆中断，必须将喷浆口下沉至停浆点0.5m以下，待恢复输浆时，再喷浆提升。检查喷浆、搅拌、提升速度。必须符合成桩试验所确定的工艺和施工参数要求。下沉速度不大于1m/min，提升速度不大于2m/min。

3.2钢支撑体系

（1）基坑围护形式

支撑围护体系采用二道钢支撑，上、下道采用双拼型钢支撑，上道规格2H600×200，下道规格2H700×300。上下道双拼型钢支撑搁置在钢格四周的牛腿上，形成可靠的网架式基坑支撑围护体系，基坑土体位移均控制在设计指标内。

⑵、钢支撑形成的原则

土壤样品全部采自贺州市荸荠地的0～20 cm表层土壤。每个采样点用五点法采集，除去动植物残体、石砾等杂物，并将大块样品捻碎混合均匀后，用四分法选取1 kg土样，共28份。土壤样品带回实验室，风干、研磨，分别过20和100目尼筛，并保存于玻璃瓶中备用。

先支撑后挖土原则：任何时候挖土的标高都在待安装钢支撑底标高下20cm。

先形成体系后受力：先形成横向拉结，保证压杆稳定后，每根支撑杆才能正式受力。

采用型钢作支护结构，具有刚度大、承载能力强的优点，可增大支撑空间的间距，利于出土，节省了工期，与钢筋混凝土支撑相比，可缩短拆除时间，体现出一定的优势。

（3）施工流程和施工方法

基坑四周采用长度为24m的钻孔灌注桩。在四周长边居中内侧进行加固，可利用水泥掺量为12%的搅拌桩。为了便于钢支撑受力，在深度为2.4m位置围护桩顶混凝土维护圈梁。在挖土过程中挖土过程中必须保证先形成受力的前提，避免出现超挖现象，尽可能降低基坑内因暴露时间过长而引起的位移变化。

基坑围护结构采用钻孔灌注桩加内支撑的形式，第一道钢支撑直接支撑于桩顶，其它钢支撑均设置型钢围檩。基坑转角位置和变截面位置采用斜撑形式，其余位置均设置对称结构。为了提高施工的便利性，钢管在满足间距要求的前提下不得与主体结构中柱接触，将三角形剪力块设置在斜撑对应位置的钢围檩上，保证斜撑受力，确保手里面与斜撑正交。

钢支撑由钢管厂加工，按照设计要求加工后经汽车运输至施工现场。在施工现场设置水平作业平台，利用吊车将两根需要对接的钢管吊上作业平台，与法兰盘满焊。

施工中应用的活络头一般采用型钢焊接，具有多种形式，下料切割需要按照具体采用样式和尺寸进行，再进行焊接。焊接过程中应用的焊接设备和焊接材料均符合国家行业质量标准。清渣、气刨、焊条保温等装置齐全有效。焊条干燥，焊机电压正常，焊接用的电缆和焊钳没有破损，地线均安装可靠。

钢支撑进场前需要进行质量检验，针对钢管长度、壁厚和结构焊缝部位加强检查，钢支撑安装过程中由专业人员负责放样。钢支撑架设施工工艺流程如下：

支撑编号→对号运到现场→焊接法兰盘→焊三角形钢板托架→钢围檩就位→钢支撑就位校正→施加预应力→紧固钢楔→拆除液压千斤顶→钢支撑与围檩连接。

在钢支撑架设过程中，首先在围护结构上安装固定围檩的三角形支撑架，再安装围檩和钢管支撑的托盘，在托盘上放钢管支撑的十字线[2]。

在钢围檩与工法桩之间灌注6cm厚的C30细石混凝土并捣实，保证工法桩均匀受力，以设计强度为依据，当细石混凝土强度达到80%后再施加钢支撑的预应力。钢支撑安装紧跟基坑开挖进度，在开挖之后立即进行支撑，钢管分节由吊车下放至基坑内，在原地进行拼装，再由汽车吊起就位。安装钢管的过程中必须对轴线位置进行严格控制，避免钢管安装不到位的问题。另外，每根管撑均在一端设置活络头千斤顶支座和承力牛腿，安装就位后，用吊车吊住钢管支撑中部，抵抗因钢管支撑自重生产的挠度，然后用工程千斤顶和液压泵对支撑施加预应力，然后在预留的管端与围檩间的间隙处加钢楔楔紧，最后放松并移走千斤顶。

（4）钢支撑体系安装的施工要点

①基坑竖向分层开挖时，必须严格遵循施工原则，即先支撑后开挖，将支撑安装于土方施工结合起来，当土方开挖至设计标高后，及时安装并施加预应力，保证钢支撑能及时发挥支撑作用。

②根据设计长度对钢管横撑进行分节，同时准备好相应的长度不同的短节钢管，以满足基坑断面的变化。利用法兰、高强螺栓对管节进行固定，同时每根横撑两端分别配活动端和固定端。

③为了保证两端同步，需要保证钢管对称，斜撑要确保剪力块角度与斜置角度一致，钢管横撑安装后及时施加预应力。

④分级加载组合千斤顶，千斤顶预加例对称同步，通过同一个液压泵站外接T形阀门，分别接至组合千斤顶，便于对称加载。

⑤所有支撑连接处，垫紧贴密，螺栓连接时必须紧固，铣平承压钢板，避免钢管支撑偏心受压。由专业人员检查支撑楔子，一旦发现松动，必须重新加荷打楔子。

⑥钢管支撑、钢围檩为钢构件，要确保焊缝质量。端头斜撑处钢围檩及支撑头，严格按设计尺寸和角度加工焊接、安装，保证支撑为轴心受力。

（5）支撑保护措施

基坑开挖过程中应尽量避免起吊机械与支撑体系之间的碰撞，施工过程中必须提高监测力度，如果钢管横撑轴力过大，横撑将发生变形，必须增加临时竖向支撑措施，避免横撑变形接近允许值，保证钢支撑受力稳定，确保基坑安全[3]。

（6）支撑拆除技术措施

支撑体系的拆除与支撑体系的安装是逆过程，将钢管横撑承受的侧土压力转移到永久支护结构上或者其它临时支护体系。

①钢支撑的拆除施工工艺

支撑起吊收紧→施加预应力→拆去钢楔→卸下千斤顶→吊出支撑。

钢支撑拆除需要自下而上进行，以设计强度为依据，结构混您图强度达到80%后方可拆除。拆除过程中避免局部变形和开裂，避免瞬间应力过大，必须采用分步卸载钢支撑预应力的方法。当钢支撑下的结构到达钢支撑位置，并且混凝土强度达到设计强度后可以拆卸钢支撑。在钢支撑拆卸之前，将托架架设于各钢管的节点处，起到固定作用，再拆除预应力端的钢楔，再拆掉钢管连接处的螺栓。利用氧焊法将焊接处割断钢管与钢围檩（预埋件）的固定端，钢围檩部位也是用氧焊法将之各个部件分割出去[4]。

②支撑体系的拆除要点：

a.拆除的过程中需要分级释放轴力，避免结构局部变形和开裂，避免瞬间预应力释放过大，及时监测连续墙的墙顶位移和桩心侧的压力。

b.在利用主体结构换撑的过程中，必须保证主体结构的混凝土强度达到设计要求。

3.3基坑检测

为了避免对周围建筑和地下管线造成损伤，提高基坑工程的安全性，施工过程中对基坑坡顶水平位移和沉降开展了监测，基坑开挖过程中每天监测，监测结果显示，单次最大水平位移和竖向位移变化和累积水平位移变化值均符合国家一级基坑安全等级要求。