粉质粘土层地质条件下深基坑支护止水施工技术

2021-05-26乔玉娇

散装水泥 2021年2期

乔玉娇

（甘肃第七建设集团股份有限公司，甘肃兰州 730000）

双排悬臂桩+双排旋喷桩截水帷幕复合支护体系是由悬臂桩与旋喷桩复合形成的深基坑支护体系。其中前排悬臂桩、旋喷桩互相咬合形成基坑支护、止水结构，后排悬臂桩又与前排悬臂桩通过连梁连接成一体，使前后排桩之间形成钢架结构，共同承受基坑的变形荷载，保证基坑不变形、不渗水。

1 工程概况

天成锦苑商住小区项目位于甘肃省陇南市成县城关镇陇南大道中段东侧、支旗路北侧、和平路南侧，项目规划建设用地面积26 168.46m2，总建筑面积107 410.77m2。地上面积91 458.77m2、地下面积15 952m2，由8栋楼和地下车库组成，其中1#、2#楼为多层公共建筑，3#、4#、6#、7#楼为一类高层住宅楼，地上34层，5#楼为多层住宅楼、8#楼为多层公共建筑，地下1层为车库。本工程全部采用桩筏基础，主楼体筏板厚度1.50m，垫层和防水保护层为0.15m，本工程开挖深度为5.70～7.65m。

1.1 周边情况

基坑北侧为陇南电力公司和工商局家属院，拟开挖的基坑与上述家属院相邻，基础外边线距离北侧砖围墙（靠陇南电力公司家属院部位）为14.20m，基坑西侧紧邻陇南大道主干路，拟开挖基坑与主干路有一铁皮围墙（用地红线）之隔，铁皮围墙距离拟建地下车库基础外边线约为11.80m，铁皮围墙和主干路道牙距离约5m为现有人行道，地下车库南侧区域分布有1F砖砌厕所、2F天成加油站，车库基础外边线距离1F砖砌厕所约8.20m、距离2F天成加油站21.10m；基坑东侧紧靠武警森林中队和石料厂，两者之间有一砖砌围墙，砖围墙以东为空地，7#楼基础外边线距武警森林中队院内锅炉房25.80m，距东北角2F运管局房屋14m。

1.2 工程水文地质情况

本工程场地地形较平坦，按地貌单元划分，场地属南河Ⅰ级阶地。地面标高960.19～961.96m，场地地面相对标高为0.61～1.77m，地势较平坦。在开挖深度范围内的土层主要包括杂填土、粉质粘土层、圆砾层和泥质砂岩层。

（1）杂填土层。厚度0.50～1.40m，杂色，以碎石为主，均匀性差，含粉质粘土、生活垃圾等，稍密、稍湿。

（2）粉质粘土层。褐色、黄褐色、黑褐色，湿-饱和，可塑-软塑-流塑，孔隙发育，土质较均匀，呈层状，该层底部有1m左右的相变成中砂、粗砂和砾砂薄层，其力学性能优于粉质粘土层，厚度在15.10～16.60m之间，层底高度在943.39～944.56m之间。

（3）圆砾层。该层属于冲积沉淀层，杂色，中密，级配较好，砂质充填，大颗粒呈亚圆形，其成分主要是微风化的岩石碎屑，力学性能好，层厚3.80～4.60m，层底埋深为20.80～21.80m，层底标高为939.09～940.52m。

（4）砂质泥岩层。该层分布整个场地，属第三系硬质岩层。棕红色，致密，泥质和硅质胶结，半成岩，呈层状，力学性能好，岩石等级质量为Ⅳ级，地下水埋深3.20～3.70m，水面标高为956.69～958.66m，水位变化幅度为1m，地下水为潜水，主要含水层为粉质粘土层、圆砾层，地下水主要受大气降水和河水补给的影响。抗浮设计水位为958.50m。

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2 基坑支护与止水方案选择

本工程场地条件较复杂，开挖平均深度大于5m，为深基坑。根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）第3.3条规定，该基坑设计使用年限为1年，不适用于永久性支护。该基坑分为9个支护剖面段，根据基坑周边建筑概况，分析了基坑周边道路、管线埋设、基础形式，同时考虑了基坑开挖深度、施工安全及外围荷载等因素，综合分析了基坑工程地质、水文地质条件，确定了基坑开深、水位浅、粉质粘土厚度大、半透水性粉质粘土降水不彻底等支护措施，从而确定了该基坑采用“悬臂双排支护桩+旋喷桩(粉质粘土层)”的支护方案。

3 基坑支护、止水施工的难点及对策分析

本工程地处陇南地区，气候温和，全年降水量较多，每年有两个多月的雨季，且本工程基坑开挖面积大、开挖深度较深、场地周边环境复杂、场地内水文地质条件特殊，给工程建设带来了较大影响。

（1）地下水赋存在拟开挖的粉质粘土层中，根据勘探报告提供的参数k=0.50m/d，采用传统的管井降水方法，存在周期长、效果差、耗时费力、费用高等缺点，故采用旋喷桩作为止水帷幕，配合坑内明排集水井抽水，确保施工正常进行。采用双排旋喷桩截水帷幕复合支护截水处理，可保证基坑周围的地下水不会流入基坑内，使粉质粘土层表面不会因地下水软化而导致边坡失稳。

（2）基坑土质为粉质粘土层，湿-饱和，高-中压缩，根据本工程《岩土工程勘察报告》和参照《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013），并结合本工程周边有住宅楼等情况，本工程决定采用双排悬臂支护桩作为基坑支护方式，以确保基坑的安全和稳定。

4 支护桩技术要求

前后排支护桩桩身、冠梁、连梁混凝土强度等级为C30，桩径均为0.80m，前排桩中心间隔距离为1.60m，后排桩中心间隔距离分区段为3.20m和6.40m，前后排桩中心间隔距离约2.50m。同时，针对前后排桩桩顶，相关工作人员还应配备800mm×600mm的贯通冠梁，以确保每一桩都能牢固联接，前后排桩冠梁间设置800mm×600mm的连梁连接，使前后排桩间形成钢架结构，因而受力更好。支护桩主筋伸入冠梁长度≥0.50m，支护桩采用均匀配筋，钢筋保护层厚度50mm，冠梁和连梁钢筋保护层厚50mm，冠梁、连梁分别浇筑在同一平面，桩间采用高压旋喷桩封闭。与此同时，考虑到基坑内主体结构有给排水管网通过，并结合地下水位深度，一般沿基坑周边下降1m设置为冠梁顶，冠梁顶上部1m范围采用1∶1自然放坡，为保证雨季雨水不冲刷面层土体，在面层素喷C20混凝土护面，并延伸至坡顶1m作为翻边。

支护桩桩身主筋型号为HRB400，桩身箍筋采用等分段配筋，箍筋型号为HRB400Ф8@150mm；桩身每间隔2m安置一道内箍，钢筋属于HRB400Ф16，加强桩身起吊位置。

桩顶设置冠梁，冠梁主筋采用HRB400Ф16钢筋，上侧4根、下侧4根、中部腰筋2根，箍筋采用等间距设置，型号为HRB400Ф8@200mm，钢筋笼与冠梁主筋之间采用直螺纹套筒连接，钢筋笼螺旋绕筋采用梅花点焊或绑扎，钢筋笼加固钢筋采用梅花点焊。

5 支护桩工艺流程

机械就位→成孔→排渣、清孔→钢筋笼制作与安装→浇筑混凝土，该场地士层因粉质粘土层较厚，且为饱和软塑状，为避免钻井过程中塌孔，需采用泥浆护壁法+钢护筒钻孔施工。

5.1 机械就位

（1）钻机安装就位。地面耐力不得低于100kPa，履盘座落位置应保证平整，坡度不得超过3°，防止因场地不平整而造成动力损坏，重心过高还易引发安全事故。

（2）首先调整旋挖钻机的桅杆，使其处于铅垂状态，使钻斗或螺旋钻头对准桩位。

5.2 成孔

（1）根据设计的支护桩平面位置图确定桩位，采用机械旋挖钻施工。

（2）钻孔施工前在桩口埋设钢护筒，以保护桩位和孔口，钻头直径应比护筒内径大100mm，埋入土中深度不小于1 000mm，为保证护筒位置的稳定性，坑壁与护筒间应用粘土填实，桩心与护筒中心的距离应小于50mm。

5.3 排渣、清孔

（1）当桩的孔深达到规定要求后，必须对孔内的泥浆进行连续清孔，混凝土浇筑前，孔底50cm以内的泥浆比重≤1.25，孔底沉渣厚度≤20cm。

（2）根据现场实际情况，采取有效措施，及时调整清孔施工工艺，防止因清孔扰动而引起孔内坍塌、扩孔等现象。

（3）支护桩施工时，应在浇筑混凝土24h后进行相邻桩的成孔施工。

5.4 钢筋笼的加工与安装

（1）支护桩钢筋笼在工程现场进行加工，主筋按设计和规范要求，采用直螺纹套筒机械承载，并通过绑扎或点焊将箍筋与主筋连接；主筋接头在同一截面超过50%时应分开，而对相邻接头，其间隔距离为35d（d为钢筋直径），不得超出500mm。也需要按照规范核实钢筋的种类、规格等。支护桩钢筋笼的质量检验应符合表1中的规范。

表1 支护桩钢筋笼质量检验

（2）钢筋笼的安放深度允许误差为±10cm。为控制桩身保护层厚度，钢筋笼外侧采用与桩身混凝土强度相同的混凝士垫块，其竖向间距应不大于2m，四周共不少于4处，且间隔布置均匀，钢筋笼顶部需设置吊环。

（3）为避免出现变形问题，相关人员在吊放钢筋笼的过程中，要对准孔位，定位后还要在第一时间对钢筋进行固定。同时，应确保在装配混凝土导管、清孔及混凝土灌注过程中，钢筋笼不会移位。钢筋笼宜整段制作，在移动、吊放时应采取有针对性的方法，避免钢筋笼变形，起吊位置还应加装钢筋。

（4）钢筋笼的加工、吊放应保证其不扭曲变形。当桩孔检验合格后吊放钢筋笼时，应确保其标高准确。

（5）钢筋笼的制作、运输和安放应符合规范要求。

5.5 浇筑混凝土

（1）支护桩混凝土采用C30商品混凝土，利用运输车将混凝土运至施工现场，为防止混凝土浇筑过程斜向冲击孔壁，造成孔壁土塌陷，用导管将混凝土垂直灌入桩孔底部，且混凝土浇筑应连续进行，导管应随时埋于混凝土内，随混凝土浇筑，慢慢提升导管，直至整根支护桩混凝土浇筑完毕，桩身混凝土顶标高应略高于冠梁底标高100mm。

（2）在支护桩桩顶冠梁和连梁施工前，还应凿除桩顶浮浆，支护桩主筋垂直埋入冠梁中，锚固长度不小于50cm；支护桩主筋与冠梁主筋采用就近绑扎连接。

6 截水帷幕施工工艺及要求

前排支护桩桩间设置旋喷桩止水帷幕，根据基坑周围的实际环境及开挖深度，分区段设计单、双排咬合旋喷桩，以保证基坑周围无渗水。其施工顺序为：钻机就位→成孔→制浆→提升旋转喷射→洗管。

前排支护桩桩间设置两排相互咬合的旋喷桩止水帷幕，每两个支护桩间距离基坑内侧为2根直径600mm的旋喷桩，深度为10m；外侧为3根直径400mm的旋喷桩，深度9m（旋喷桩深度的起算区间为冠梁底到旋喷桩底部长度）。基坑内侧2根直径为600mm的旋喷桩中心均插入1根HRB400级、直径为25mm的螺纹筋，总长9m，基坑外侧3根直径400mm的旋喷桩，除中间根旋喷桩为素桩外，两边2根旋喷桩中心均插入1根HRB400级、直径为25mm的螺纹钢筋，总长9m。前排支护桩间设置单排相互咬合的旋喷止水帷幕，每两个支护桩间设置2根直径600mm的旋喷桩，深度为10m（旋喷桩深度的起算区间为冠梁底到旋喷桩底部长度），旋喷桩圆心与两侧前排桩圆中心共线。2根直径600mm的旋喷桩中心均插入1根HRB400级、直径为25mm的螺纹钢筋，总长9m。直径600mm的旋喷桩相互咬合长度200mm，与旁侧支护桩咬合100mm。以上旋喷桩预留筋长度500mm，锚入顶部支护桩冠梁。旋喷柱水灰比为1，水泥为P·O 32.5R或P·C 32.5R。直径600mm的旋喷桩水泥用量为180kg/m，直径400mm的旋喷桩水泥用量为80kg/m。采用单管法高压旋喷桩施工，注浆压力为20MPa，喷头提升速度15～20cm/min。