深基坑支护结构与坑内加固技术分析

汪良文

(安徽省隆峰建设工程有限公司,安徽 芜湖 241000)

随着城市开发建设密度的加大,为节约土地资源,解决停车难问题,高层建筑物普遍带有2～3层地下室,基础开挖深度加大。尤其是处于闹市区的新建建筑物四周情况复杂,紧邻城市主干道和原有房屋,土方开挖无放坡条件,须作直壁开挖,施工难度增强,应提前做好围护方案比选和支护结构设计,确保基坑土方开挖、地下主体结构施工以及周围环境安全。下面详细分析深基坑支护结构和坑内加固技术在工程实例中的应用。

近日,某拟建商业大厦工程地处江苏南京河西地区,该地块西邻城市主干道江东北路,北靠龙园北路,南侧紧邻江苏省妇幼保健院。大厦采用框架剪力墙结构,主楼(办公、商业)26层,其中裙楼(商业)5层,地下室3层。基坑呈长方形布置,南北长约110m,东西宽约40m,开挖深度-18.4m。地基基础(桩基)设计等级为甲级,建筑结构安全等级为二级,基坑侧壁支护结构安全等级为一级,重要性系数不小于1.10,很显然,属一级深基坑工程。

1 深基坑工程的特点

(1)深基坑工程的定义。住建部关于实施《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》(建办质【2018】31号文)明确指出：开挖深度超过5m(含5m)的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程是深基坑工程,属超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围。

(2)对深基坑工程的管理要求。超过一定规模的危险性较大的分部分项工程开工前,施工单位应编制危大工程专项施工方案,并组织召开专家论证会对该方案进行论证,论证通过履行完相关审批手续后方能正式实施。

2 深基坑支护结构的选择

(1)地下连续墙支护(方案一)：地下连续墙作为基坑支护结构既挡土又止水,具有刚度大、变形小、安全可靠等优点,在超大规模的基坑中应用较多。但本工程四周地下管线埋置情况复杂,待开挖基坑东侧紧邻城市燃气管道,西侧紧靠供电部门220KV地下电缆涵洞,在无支撑的情况下,地下连续墙沟槽不宜开挖,否则易造成东西两侧管道和涵洞下沉；地下连续墙槽段接口处易渗水；同时地下连续墙仅作为地下结构施工期间的临时结构,造价太高,业主无法接受。

(2)水泥土搅拌桩支护(方案二)：抗渗止水效果好,造价较为经济。因水泥搅拌桩整体稳

定性和抗倾覆能力差,刚度不够,桩顶位移大,无法满足本工程基坑侧壁支护结构安全等级(一级)的要求和一级深基坑工程施工规范的规定,安全性难以保证。

(3)排桩加内支撑支护(方案三)：①基坑内侧采用￠1200/1300@1400/1500钻孔灌注桩作支护结构,外侧采用￠850@1200三轴深搅桩作止水帷幕,另外￠800@1400/1500高压旋喷桩作桩间加固处理。三道排桩作为围护支撑结构,其优点是：刚度大、变形小、受力可靠；工艺成熟、桩径可灵活调整；造价合理、不受工期影响；施工期间对周边环境影响小；与主体结构关系小、施工速度快；三轴深搅桩连接好、止水效果佳。实践证明,采用方案三既解决了现场可支护面积狭小的不利条件,又满足了设计要求,施工方便,安全度高,技术上可行,经济上合理,业主满意,取得了预期的效果；②钻孔灌注桩施工工艺有两种方式：正循环和反循环。正循环指的是泥浆从钻杆中心喷入,钻进与排渣同时连续进行,护壁好,不易塌孔,但钻速慢；反循环的泥浆从钻孔进入,然后由钻头的钻杆下口吸进,通过钻杆中心排入至沉淀池。因返循环工艺采用的是泥浆主动吸进,所以清渣效果好,钻速快,如遇土质不好,易塌孔和卡钻。具体采用哪种方式,要根据工程所处地块的土质勘探、现场情况及工期要求来确定；③钻孔清渣验收合格后,应立即灌注混凝土。混凝土施工要连续进行,不得中断,每根桩的浇筑时间应大于混凝土的初凝时间。当混凝土面接近钢筋笼底部时,要适当降低施工速度,以防钢筋笼上浮,导管宜埋深在2-6米之间。桩顶混凝土超灌高度应大于1倍桩径且满足桩身完整性及钢筋笼焊接质量要求,不得有断桩、混凝土离析及夹泥现象出现。采用低应变动测法检测桩身完整性,测斜仪测定成孔垂直度,井径仪测量孔径,静载试验法检测桩的承载力,止水桩可采用静力触探等手段检查成孔质量。通过一系列桩基工程检测技术手段确保桩基施工质量符合设计规定和满足使用要求；④基坑内支撑设置4道钢筋混凝土支撑方式。因钢筋混凝土结构体系稳定,有可靠的链接构造；具有足够的刚度能满足承载力要求,变形小；支撑立柱采用灌注桩内插角钢格构柱。整个支撑体系纵横向浑然一体,足以形成立体空间支撑系统。对钢筋混凝土支撑结构施工质量有异议的可采用超声探伤法进行检测；⑤土方开挖前业主应安排具有资质的专业监测单位制定系统的监测方案,对基坑周围环境包括近邻建筑物、构筑物、道路、地下管线、地下水走向及基坑边坡土体的水平和竖向位移、基坑坑底土体隆起等进行监测。当监测项目实测值达到设计监控报警值、基坑底部可能出现流砂或管涌征兆、周围土体出现可能导致剪切破坏的迹象时,应立即停工,并对基坑支护结构和周围环境采取应急保护措施。根据监测结果,及时调整施工方案和施工进度,并同步向建设、施工、监理、设计、质量安全监督等部门报告。监测工作完成后,监测单位应提供完整的基坑工程监测报告。

3 坑内加固技术

(1)根据地质勘察报告,基坑开挖深度范围内,基坑侧壁土层为：①层填土；②1粉质粘土；②2淤泥质粉质粘土；③粉质粘土。基坑底部主要位于③粉质粘土中。由于②2淤泥质粉质粘土为流塑状,一旦土层挖开,经过应力释放卸载后,坑底可能会产生涌土现象,危及支护结构和周边安全,应考虑坑底抗隆起稳定性要求,为防止坑底隆起应对坑内土质采取加固措施,加固处理的目的是固结稳定土层和止住地下水。

(2)为达到基坑支护被动区(坑内)加固效果,坑内加固处理采用三轴深搅桩。桩径850,桩间距1900,排距700,水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。根据地勘报告和地下水埋深走向,本工程加固区域总体布局是：东北区域加固深度-26.5米,西南区域加固深度-24.0米,基坑内四周6米范围布满深搅桩,中间区域呈4～5米宽竖格栅状布置。加固深搅桩桩顶标高-8.0米,-8.0米以上空头部分水泥掺量减半,深搅桩有效长度控制在16～18.5米,并应在工程桩和支护桩施工前进行。

(3)三轴深搅桩开工前,施工单位应根据设计参数进行现场试桩试验,确定实际采用的水泥掺量、水泥浆液水灰比、成桩工艺、钻机下沉及提升速度等施工参数与施工步骤,试桩数量不少于3根。根据试桩过程中出现的问题进行调整,并将结果数据及时提交业主、设计、监理等相关单位。各方认可后上报详尽的三轴深搅桩施工方案,经最终审批同意后方可实施。

(4)三轴深搅桩采用套接孔法,二喷二搅施工工艺。桩与桩的施工搭接时间不宜大于24小时,因故超时,必须放慢搅拌速度以保证搭接质量；若搭接时间过长或无法搭接应作为冷缝记录在案,并经监理和设计单位认可后,采取在冷缝处补做两根搭接长度为200的￠1000旋喷桩进行封堵加强处理,以确保搅拌桩的施工质量及止水效果。

4 结束语

(1)针对深基坑开挖深度大、范围广和安全性等特点,支护结构类型应综合考虑地块所处地理位置、土质条件、地下水埋深、开挖深度和周围环境等因素来选择。在实际工作中,应提出多种可行性施工方案,通过定性或定量的分析比较最终确定方案。

(2)成孔质量和入岩深度的判断直接关系到钻孔灌注桩的完整性及承载力,钻孔灌注桩施工是深基坑工程围护结构的重要一环,围护结构完成后,应按照相关规范要求对支护结构进行检测,验收合格后方能进行地下主体结构的施工。

(3)为保证在基坑开挖及地下主体结构施工期间周边环境的安全,深基坑支护方案的实施应有施工监测相配合,实行信息化施工。