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试析建筑深基坑支护及土方开挖施工技术

2020-04-09李春

河南建材 2020年3期
关键词:土钉土方深基坑

李春

中国水利水电第十一工程局有限公司(451000)

0 前言

随着建筑层数的增多,基坑支护及土方开挖的工作量也在增加,人们对其质量和安全要求也越来越严格,施工企业需结合现场施工环境,采用合理施工技术,如地下连续墙的构建、土钉墙施工技术等,以此来促进基坑施工的顺利进行,降低不良因素的影响。

1 深基坑工程

深基坑指的是开挖深度超过3m(含3m)的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水过程,或者开挖深度不超过3m,但地质条件、周围环境和地下管线复杂,或影响毗邻建(构)筑物安全的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程。深基坑支护及土方开挖作业是深基坑工程中的基础环节,两者相辅相成,相互配合,可有效保证建筑地基结构的稳定性[1]。

深基坑具有的特征有:首先,深基坑支护体系属于临时性工程项目,风险性较高,安全设备齐全性较差;其次,区域性较强,在支护及土方开挖作业中需要对现场地质情况进行勘查,因地制宜制订合理的施工方案;再次,深基坑工程施工中存在的影响因素较多,工程困难性较大;最后,深基坑工程的综合性较强,要求施工技术人员不但要了解岩土工程相关知识,还需要掌握力学理论、测量技术、计算机技术等多方面知识。

2 工程案例

2.1 工程概况

河南省三门峡市师家渠佳苑工程B地块处于三门峡市湖滨区经一路西侧,北侧为拟建道路、A地块和陇海铁路,农行家属院坐落于工程的南侧,拟建经二南路位于工程的西侧,该工程建筑面积为71447.01m2。B地块工程包括3栋住宅楼,住宅共31层,1、2层商业2栋,配电室1栋,2层地下车库,有商业和配套设施。该工程建筑抗震烈度7度,结构安全等级二级,工程采用钢混剪力墙结构。

2.2 工程地质概况

拟工程项目的建设区域地势平坦,局部有未拆民宅,且堆放大量的建筑垃圾,地表高程为382.0~385.5m。对基坑支护影响较大的地质层是上面4层,分别为:黄土状粉土,为黄褐色粉粒,土层中混杂砖块、碎石和混凝土块,揭露层厚度为0.5~4m;黄褐色粉粒状且质地较为均匀的黄土状粉土,土质表面有较多孔隙,有部分白色网膜、姜石,该层的湿陷性较为明显,揭露层厚度为3.5~5.9m;黄褐色粉粒状且质地较均匀的黄土状粉土,表面有大量的0.1~0.2mm孔隙,混杂小姜石,局部有较为明显的湿陷性,揭露层厚度为3.2~5.5m;黄褐色粉粒为主要物质且质地较为均匀的黄土状粉土,小孔隙较多,局部湿陷性较强,土层为中等湿度,揭露层厚度为3.6~6.5m。

3 支护施工

图1 基坑支护剖面图1

图2 基坑支护剖面图2

3.1 土钉墙施工流程

3.1.1 修坡

如图1及图2所示,基坑开挖施工中,要严格按照支护设计的规范完成放坡,处理边坡时需先完成开挖和支护施工,中间部分可采用分层开挖方式,采取挂线定位的方式保证喷射混凝土面层的平整度满足施工要求。

3.1.2 凿孔

结合设计图纸和工程地质,以设计孔位为基准测量方向,明确孔位,之后结合设计中所要求的孔长、俯角和孔径完成凿孔处理。施工中作好验收记录,两侧土钉的高度差应为0.2m,一侧钻孔角度需高于设计值,一侧钻孔角要低于设计值。

3.1.3 土钉安放

按设计规范完成杆体加工。为确保土钉位置满足工程施工要求,需焊接居中支架,支架的间距为2.5m,随后在孔内置入土钉。

3.1.4 注浆

将纯水泥浆注入设置土钉钢筋的孔中,水泥强度在M20以上,土钉和孔壁间不留空隙,由内而外注浆,注浆管与孔底相距0.5~1m,使用编织袋封堵孔口,避免浆液外溢,若有条件还可在水泥砂浆中加入适量膨胀剂。

3.1.5 挂钢筋网片

基于设计的要求,在边坡面上间隔绑扎钢筋网,钢筋网的规格为 φ6@175×175 或 φ6@250×250,钢筋搭接的长度在300mm以上。完成网片钢筋绑扎施工后使用φ14钢筋连接土钉头,将其焊接在杆体上,焊接施工中需确保焊点的牢固性。

3.1.6 喷混凝土

完成工程验收后方可喷射混凝土,面层混凝土设计厚度为 100mm,水泥、石和砂配合比为 1∶2∶2,采用P.C32.5R水泥,水泥强度为C20。

3.2 微型桩施工流程

3.2.1 钻机就位

搭设就位钻机后,应及时移动钻机,让转盘的中心与护筒中心保持一致。然后起吊钻头,移动钻机,使钻头的中心与桩位对应[2]。桩位偏差不得超过20mm,直桩体的垂直度偏差在1%以内,并按照设计要求调整斜桩的倾斜度,钻机底盘的水平度满足要求后方可开展钻孔施工。

3.2.2 成孔

成孔时主要应用小型钻机,孔率应在1%以内,孔深误差在50mm,桩径误差不得超过10mm。微型桩施工中,需采取有效措施避免发生穿孔和浆液损失等问题。对此,施工人员可采取跳孔施工、间歇施工等施工方式,也可在浆液中添加适量速凝剂。

3.2.3 插管

在中间位置插入钢管,且在钢管下段1/3的位置配置梅花眼,在注浆施工前使用弹性橡胶作好密封处理。

3.2.4 回填石料

采用粒径为0.5~1cm的碎石回填,在回填施工中避免异物进入孔内。为提高回填的密实度,可适度振动钢管,以体积计算法明确碎石填充量。工作人员要先计算钻孔的容积,进而明确单孔使用的碎石量。钻孔容积计算的过程中容易出现误差,且投放时空隙也会发生较大变化,投放量误差要控制在10%~20%。其中,缩径和级配不良是导致桩身强度不达标的主要因素。

3.2.5 注浆

注浆材料主要使用纯水泥浆,注浆压力在0.8 MPa以上,水灰比在0.45~0.55,采用高速搅拌机拌制水泥砂浆。随后将其移至低速搅拌储浆桶中,搅拌和注浆同时进行,水泥砂浆从管外流出后方可拔管。做好钢管端部的密封工作,并严格按照施工要求加压,水泥浆液自管外流出后方可停止加压。

4 土方开挖

4.1 土方开挖的注意事项

土方开挖的顺序和方法应当符合工程设计,始终秉承开槽支撑和先撑后挖的原则。在开挖施工中应分层开挖,以防超挖。深基坑挖土后土体回弹变形超过规定范围,进而出现地基卸载等问题[3]。

该工程B区块施工中主要分为东西两个区域,在开挖施工时要从中向东西两侧分层开挖。在1#楼及3#楼东侧开设土外坡道,坡道口位置基坑的深度为5.5m。且主要应用后退式开挖,开挖的深度与基底标高相同,车库基础形式为天然地基联合独立基础。基坑边采用分层开挖施工方式,单层开挖的深度要与设计锚杆竖向间距相同。详见表1。

基坑周边开挖施工中,应坚持开挖和支护协同进行的原则。开挖施工后需及时支护坡面,相同坡面上层支护体施工的时间与下层土开挖的时间间隔在5d以内,基坑四周3m以内的位置不可堆放土方,并做好土方转运工作,防止土方集中放置破坏边坡的稳定性。为避免反铲下坑开挖,基坑中部土层开挖采用一次性开挖施工方式,反铲和土方运输通道通常设置于基坑的中部。

表1 土方开挖质量要求

4.2 土方开挖方法

单层土方开挖施工中,务必严格按照工程施工要求预留运输通道,土方运输车辆不可在边坡上部平台上运行。

土方开挖施工前,避免生活用水和雨水渗入基坑。为此,可在基坑外侧设置截水沟,采用红砖和砂浆砌筑排水沟断面,排水沟侧面基地面抹面施工中使用1:2的水泥砂浆,以强化现场的排水效果。再者,仔细检查挖土和运输机械设备是否就位,如设备无法安全运行,则要与相关单位采取有效的应对措施。

挖桩间土的过程中,大型挖掘机开挖高度为1.5m,且其与桩的距离为0.2m。小型挖掘机主要处理桩前和桩间的土方,挖掘机开挖时需预留10 cm的桩间土,桩间土开挖时预留0.06m,在清理和平整施工中配以人工处理方式。

土方开挖中必须高度重视锚杆基坑护坡施工,采取分段开挖方式,以免超挖。规定每段长10m,每一层的开挖深度为1~2m。支护施工完成,且混凝土面层强度达到设计强度的75%后,方可进行下层土方开挖和下层锚杆施工。

土方开挖时应在施工区域开挖高程控制方格网,以高程控制点为基础在网格木桩上确定标高,使用卷尺或水准仪严格控制下挖深度。

采用挖掘机开挖时,施工人员需仔细检查挖掘机的性能。前后行走的过程中要明确是否存在障碍物。采用机械回转式挖掘机,施工人员需明确四周是否有物料和行人。辅助人员要明确挖点和回转区域,不可在禁区作业。

机械无法完成开挖的位置可配合人工开挖,同时将松土运送至机械作业区域内后用机械运出。

支护施工与土方开挖施工需保持协调关系,维护施工现场安全。施工人员先要处理基坑周围的土方,后处理基坑中部的土方,做到土方和支护施工互不干涉。完成支护施工后,继续挖掘预留土方,以提高工程施工质量。

4.3 基坑排水

深基坑工程中,排水设施一般设置在基坑上口位置、底部、内部等区域内。施工人员在基坑上口位置可设置截水墙,在底部位置可设置排水沟和集水坑等设施。在规划过程中,排水系统与基坑边缘位置的距离要控制在大于1.5m的位置上。在设置底部排水沟和集水坑时,要作好防渗处理,避免沉降等问题的产生。基坑内部在开挖过程中需设置临时排水系统,与底部排水系统协同作业,及时将基坑开挖中存在的水有效排出。临时排水系统与基坑边缘位置要控制在0.5m以上。在排水设施选用上,要以大功率潜水泵和污水泵为主,尤其是雨量较大区域内,应加强大功率排水设备的应用,以削弱洪涝灾害的影响,降低深基坑施工难度。

5 基坑支护安全技术措施

5.1 基坑开挖安全措施

在基坑开挖作业前,对现场情况及开挖周边环境特征进行了解,搞清楚建筑基础埋设深度,根据工程建设要求合理规划基坑开挖施工方案,规划科学施工流程,作好安全防护措施,减少危险的发生。

5.2 孔桩安全技术

孔口周边要设置防护圈,安排专人对孔口内施工予以监督和控制。在吊装过程中,应采用科学防护措施,避免坠落伤人事故的发生。在孔桩开挖过程中,如果深度不足5m可直接借助井外照明设施辅助施工,如果深度超过5m则需设置井下照明设备。施工前检查水泵质量和性能,要求施工人员使用安全防护设备。检查电缆线路的质量,确保其无破损。成孔过程中要加强施工环境的通风效果,减少有害气体堆积对施工人员安全造成威胁。孔桩施工中加大观察力度,及时解决存在的问题,改进施工质量。

5.3 做好土方开挖监管工作

土方开挖前务必做好开挖方案的制订及技术交底工作。开挖过程中,可安排技术人员做好从旁指导,确保开挖深度、基坑坡度。尤其是在使用土钉墙施工技术时,要严格控制开挖深度,以免降低基坑稳定性,引发滑移等问题。

5.4 做好支护质量控制

工作人员需完善支护施工质量检验制度,并将其落实到具体工作中。在施工前对支护材料及支护结构合理性进行检查和验收,保证原材料、成品及半成品质量与实际要求相符。

6 结语

基坑支护及土方开挖是一个循序渐进的过程。在实际施工作业中,必须严格按照方案要求有顺序地开展施工作业,且做好施工中的监督和管控工作,以减少质量问题的产生,有效提高深基坑施工的整体质量,增大建筑工程安全系数。

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