不良地质条件下的深基坑施工技术研究

2022-02-12杨开强周泽林

重庆建筑 2022年1期

杨开强，周泽林

（中国十九冶集团有限公司重庆分公司，重庆 401120）

0 引言

基坑逆作法作为一种先进的基坑施工工艺，具有施工安全、快速、及时等优点[1]，特别是对于软弱易塌等岩土层，因地形自上而下分层分段开挖，釆用力学平衡原理预支护技术，同层开挖一段、支护一段，下级台阶必须在上级台阶支护完毕达到一定强度后再行开挖。

大量的工程实践表明，逆作法非常适用于软土、软岩深基坑，但是在岩体极其破碎、易塌孔的情况下，锚杆钻孔摩阻力增大，容易发生温度升高、卡钻，甚至钻头无法取出的情况，从而影响施工效率[2-4]。在大体量深基坑边坡支护过程中，采取分段分层支护施工，常常不能在雨季来临前及时完成支护。针对上述问题，本文结合在建的江龙高速复兴长江大桥锚碇深基坑项目，介绍了顺向破碎地层基坑逆作开挖方法、浅孔松动爆破技术、顺向破碎地层锚杆成孔工艺施工的关键技术控制。同时，探讨了基坑降排水施工及监测关键工序质量控制措施，研究结论对类似条件下的锚碇深基坑工程施工具备一定的参考价值。

1 工程概况

1.1 桥梁基坑概况

重庆江龙高速公路云阳复兴长江大桥主桥采用大跨度悬索桥方案，桥面宽度37m（双向6车道+人行道），桥跨布置为：（49+2×56+49）组合梁+1208m简支钢箱梁悬索桥+3×40m装配式T梁，全长1543m。南北岸锚碇结构相同，均采用重力式锚碇。锚碇底面尺寸：长为25.5m，宽为68m；顶面尺寸长为54.5m，宽为91.0m，基底高程江口岸为205m，龙缸岸为208.3m，锚体高32m。锚碇区基坑开挖后，边坡高度江口岸为20～54m，龙缸岸为30～90m，主要为泥岩和砂岩组成的岩质边坡，上覆少量素填土。基坑边坡最大坡度为1:0.3，最小坡度为1:0.65，最高处边坡有10级，最低处为3级，单级边坡高度为9m。基坑最大开挖土石方量为17万m3。基底容许承载力不小于850kPa。锚碇结构示意图如图1所示。

图1 锚碇结构示意

江口岸锚碇位于长江北岸斜坡上部的原废弃厂内的后侧平台上，平台上下斜坡地形相对较缓。江口岸锚碇以泥岩夹局部薄层砂岩为主，岩质边坡为顺向坡，基岩岩层产状12°～18°，岩体可能沿岩层层面滑动破坏，斜坡地形较陡，地形坡角一般为5°～25°，局部人工挡墙陡坎达80°，坡顶高程最高约241.7m。桥址区横跨长江，长江为地下水的排泄基准面，桥址区水文地质条件较简单，地下水以其储存形式分为松散层孔隙水和基岩裂隙水。锚碇基础典型地质柱状图如图2所示。

图2 锚碇基础地质柱状图

1.2 施工重难点分析

（1）该桥计划锚碇基坑施工时间正值雨季，基坑开挖后土层宜塌、边坡稳定性较差，及时支护难度较大。且临近长江施工，环保、水保要求高。

（2）基坑顶至基坑底的最大边坡高度达90m，基坑开挖边坡位于陡坡地形，施工难度大。

（3）基坑边坡存在既有建筑物，开挖前需要先改移既有村道，对既有高压线铁塔进行防护，施工安全风险高、施工进度缓慢。

（4）基坑边坡含富水地层，锚杆孔注浆难度大，质量要求高。

（5）便道弯道多、纵坡大、线路长，出渣路线安全风险高。

综上所述，该悬索桥锚碇基坑采用抗滑桩、锚杆（索）框架梁加喷锚防护，最长锚索达30m，施工组织困难，技术难度大，质量要求高。为避免在施工过程中出现边坡坍塌、既有建筑物损坏、锚孔注浆效果差等安全质量事故，有必要对其施工工艺技术进行充分研究。

2 软弱地质顺层逆作法开挖施工控制技术

2.1 锚碇基坑土石方开挖技术

深基坑逆作法施工的关键技术为地层预支护技术，即主要利用力学平衡技术，先对软弱岩层进行预加固，通过修筑抗滑桩、喷锚或锚杆（索）框架梁对最上一级基坑进行加固，待上一级支护强度满足要求后，才允许施作下一级，施工流程为测量放样→施作坡顶截水沟、挡块和防护栏→先分级后分层再分段开挖，逐级开挖，逐级防护，及时施作排水沟→循环至基坑底层开挖→及时施作集水井及汇水沟。

2.1.1 开挖较平地形锚碇基坑

平地锚碇基坑开挖需因地制宜、分级分层分段开挖，及时跟进防护。每级分不同厚度的小层，每层按日可施作防护面积，再分为大致相同的小段，按流水施作防护，开挖一段施作一段。每层先开挖四周，便于及时施作防护和排水，每段基坑按拉沟槽式开挖，平距宜不大于6m。

具体施作步骤如下：

（1）红线内清表，修筑坡顶截水沟；

（2）基坑范围内根据现场实际地形修筑“之”字形马道，便于机械通行；地表土层或中间页岩层可直接使用两台钩机，配合挖掘机开挖，为提高开挖效率，砂岩宜采用松动爆破开挖方式，通过顶级出碴通道运至弃碴场；

（3）修筑第二级出碴通道。修筑边坡“之”字形马道。自上而下逐层挖除土石方，通过场内马道运输至弃土场；

（4）修筑第三级出碴通道，尽量接近锚碇基坑底开槽，防止通道纵坡过大，便于车辆起步运输；

（5）便道坡陡弯急，在明显位置设置交通安全警示标志，出碴通道出口宜与既有村道相连。

2.1.2 开挖较陡坡地形锚碇基坑

开挖陡坡地形基坑与较平缓地形基坑的最大区别在于：

（1）陡坡地形需要在坡面上修筑直通便道，而非只采用“之”字形马道；

（2）陡坡地形开挖前，应做好坡面防护，避免滚石。

陡坡地形锚碇基坑开挖分级示意图如图3所示。

图3 陡坡地形锚碇基坑开挖分级示意图

2.2 浅眼松动爆破控制技术

施工中，主要采用控制爆破方式开挖锚碇基坑；对距基坑边坡2m范围外的岩石，采用松动爆破方式；距基坑边坡2m范围以内的岩石，采用光面爆破；基底以上留1m厚岩层，采用人工配合机械突击开挖。

爆破工艺流程：测量布孔→钻孔→装药→堵塞→联网→设置防护→警戒→起爆→爆后检查，清除瞎炮及危石→解除警戒→装运石碴→下一循环。

锚碇基坑每层开挖深度为4m，使用潜孔钻机钻孔，垂直浅孔微差爆破，梅花形交错布孔，炮孔孔径宜为D=90mm，堵塞材料选用钻孔岩粉或砂与土的混合物，利用导爆管雷管起爆。浅孔爆破参数如表1所示。

松动爆破起爆选用当前最为安全可靠的电+非电导爆混合起爆网路，孔内和主体网路连接均使用导爆管雷管，最终由电雷管引爆[5]。

采用毫秒微差起爆方法，起爆方式根据待爆岩体条件，采用排间起爆，排间间隔时间70ms。松动爆破起爆网路连接示意图如图4所示。

图4 松动爆破起爆网路连接示意图

钻孔方向平行于坡度方向，沿开挖轮廓线布置，采用小直径药卷间隔装药，同段位采用导爆管雷管或导爆索起爆。为了减轻爆破振动影响，采用导爆索分段起爆，各段之间分别采用毫秒电雷管引爆。光面爆破分段起爆网路连接示意图如图5所示。

图5 光面爆破分段起爆网路连接示意图

3 顺层破碎地层锚杆（锚索）施工控制技术

3.1 超深孔质量控制

3.1.1 钻孔孔位控制

坡面孔位放样前，应先进行坡面清理，将坡面虚碴清除干净，有突石的地方要作凿平处理，凹进去的地方应使用同标号混凝土（C20）进行嵌补，坡面处理干净、平整后，对坡面坡度、平整度进行复测验收，保证坡面成一个平整面。坡面修整完成后，采用广线法放样出锚杆孔及泄水孔点位，并用红油漆标注出，拉广线时，应采用通长拉法，保证锚杆（锚索）位于框架梁交点中心处，严禁锚杆（锚索）边施工边放样。

3.1.2 钻孔过程质量控制

钻孔前，调整钻机位置，确保锚杆孔水平误差、高程误差、钻孔倾角和方向符合设计要求，为确保锚杆孔孔壁注浆粘结性能和避免扰动孔内四周地质稳定性，不能采用水钻成孔，而应采用干钻成孔，过程中做好岩粉采样，及时判别地质岩层性质，必要时调整锚杆设计参数，确保基坑边坡锚固整体稳定性。

在地表层或松软破碎地质层等宜塌地层中施钻时，可采取孔壁四周预加固处理技术，如灌水泥浆或套管跟进。

锚孔孔深宜比锚固深度深10～20cm，当岩层破碎、稳定性差时，要适当加深钻孔。钻到位后，采用高压风（风压0.2～0.4MPa）清孔，孔内不允许有积水、岩粉等，避免降低水泥浆液与岩质孔壁的粘结强度。验孔过程中，要求钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，确保孔内畅通，便于顺利插锚。插锚前，应保护好孔口，避免堵塞。

3.1.3 锚孔注浆质量控制

注浆浆液宜采用水泥砂浆，其配比经试验验证后执行。浆液应采用强制式搅拌机搅拌，初盘搅拌时间不宜低于2min，随拌随用，中途停歇不应超过初凝时间，应连续注浆直至注浆结束，注浆过程严防杂物混入浆液中。

浆液应经试验检测合格后方可使用，其浆体流动性、泌水率应符合设计规范要求。注浆管应做泌水性试验，试验压力不低于1MPa，确保浆液压至钻孔底部。

开始注浆前，将注浆管插入孔底，正式注浆前，进行试验孔注浆，浆液返回至孔口，直至流出新鲜浆液，停止注浆。每孔应在初凝时间前补注浆2～3次，确保孔口浆体充盈，试验成功后，开始大面积锚杆孔注浆。

锚杆孔浆体养护时间不少于7天，养护期间，避免扰动锚杆头。

3.2 锚索张拉质量控制

压力分散型锚索采用φ15.2mm高强度低松弛无粘结预应力钢绞线。浆液强度达到设计强度要求后，才能张拉锚索体，张拉前做好充分准备，落实安全保障措施，核实张拉千斤顶和油表配套检校，认真检查锚索型号规格是否符合设计要求，验算锚索设计引伸量，做好安全技术交底。锚索张拉前检查锚索工作长度、锚斜托中心、锚板中心及千斤顶中心，使三心同轴。张拉应分级进行，以张拉力控制为主，伸长量校核，适时进行一次补偿张拉，张拉锁定后，需先进行补注浆，后封锚头，注浆压力宜为0.5～0.7MPa。