填方区深基坑边坡支护施工技术

□□ 何嘉齐,蔡春龙,龚 虎,周召龙

(中建五局土木工程有限公司, 湖北 随州 441300)

引言

工程场地土层分布不均和地质条件不良等因素对深基坑开挖及支护提出了更高的要求。原状土经过长时间的固结作用,土体骨架结构较完整,在施工扰动作用下仍然具有一定的稳定能力。而填方区土体沉降时间较短,多为欠固结土,其土体结构稳定性较差,在深基坑土方开挖过程中易出现松散和滑坡等不利于工程建设的问题。针对填方区深基坑边坡稳定性较差的问题,佘娜[1]对岩石的具体构成进行分析,并确定边坡土体的稳定安全系数,提出了喷锚支护和锚索、格构梁支护两中支护方法,具有良好的效果。冯伟明[2]提出施工加强设计方案及施工方案编制,并进行方案可行性论证,能保证填方区深基坑开挖及支护施工的安全性。秦永军等[3]研究表明,钢花管注浆加固基坑局部深厚回填土,能够较好地控制基坑变形,使回填土的位移大幅降低。根据填方区土体的易扰动和稳定性差的特点,结合深基坑施工现场工况,比较填方区深基坑土方分级放坡开挖施工和原位土体加固施工技术的效果,以探究填方区深基坑边坡支护施工技术。

1 工程概况

湖北省随州市高铁南站客运站主体为三层框架结构,地上建筑总高度为22.2 m,占地面积为4 556.16 m2。客运站综合楼负一层为地下室,地下室占地面积为1 032 m2,根据施工设计图纸要求,地下室基坑开挖深度为6 m,属于深基坑的范畴。然而地勘结果显示,该深基坑开挖区域局部存在填方区,填方区欠固结土对基坑支护施工提出了更高的要求。

1.1 工程地质及水文概况

根据项目施工场地岩土工程详细勘察报告,对施工场地土层分布及岩性特征进行整理分类,深基坑开挖区域的土层分布及岩土特征见表1。

表1 土层分布及岩性特征

施工场地地下水类型主要为赋存于碎石土中的上层滞水,地下水埋深为0.8～3.5 m,地下水补给来源为降水、生活用水的垂直渗入补给,水位、水量与地形关系密切,受人类活动及季节降雨影响较大。地下水位变化幅度为1.0～2.0 m。

1.2 深基坑支护设计分析

根据施工场地岩土工程勘察报告,结合该项目深基坑开挖情况,对该项目综合楼地下室深基坑所在区域的土层分布进行分析判断。该项目深基坑开挖区域存在深厚填方区,其基坑支护方式应根据基坑土层工程特性来确定。非填方区深基坑土层由上而下依次为碎石土、粉质黏土1、强风化千枚岩、中风化千枚岩,土层分布剖面图如图1所示。

图1 非填方区深基坑土层分布图

非填方区表层土体为松散碎石土,深层土体为原状土和风化岩,深基坑边坡土体自稳性能较好,故选用土钉墙支护施工技术进行边坡支护,边坡坡比设计为1∶1。

填方区深基坑土层由上而下依次为碎石土(填方)、杂填土(杂填土)、粉质黏土1(原状土),土层分布剖面图如图2所示。

图2 填方区深基坑土层分布图

非填方区表层土体为填方碎石土,深层土体主要为填方碎石土和混砾石粉砂土,深基坑底部为高压缩性原状粉质黏土,填方区土体沉降固结时间为1～2年,属于欠固结土。随着深基坑土方开挖,在施工荷载持续扰动作用下,填方区边坡土体呈现松散和自稳性能较差的工程特性。因此,根据深基坑填方区的分布范围和施工场地空间条件,分别选用两级放坡并喷锚支护、花管注浆并喷锚支护两种施工技术,来进行深基坑边坡支护,边坡坡比为1∶1。

根据深基坑土层分布工况,对深基坑不同区域的支护方式进行分类布置,深基坑支护平面布置如图3所示。其中,深基坑填方区与非填方区大致以AB为分界线,AB西南侧为填方区、AB东北侧为非填方区。填方区边坡EFGD坡比为1∶1,支护方式为分级放坡与喷锚支护;填方区边坡CDGH坡比为1∶1,支护方式为花管注浆与喷锚支护。非填方区边坡坡比均为1∶1,支护方式为土钉墙支护。

图3 深基坑支护平面布置图

2 深基坑分级放坡与喷锚支护施工技术

在深基坑边坡EFGD区域,施工场地空间充足,具备分级放坡开挖和支护的条件,其支护形式如图4所示。深基坑土方开挖分层进行,每层开挖深度为2 m。第一层土方开挖完成后,随即进行边坡修整,控制边坡坡比和坡面平整度。

图4 分级放坡与喷锚支护示意图

钻孔前,根据设计要求在坡面定出孔位并做标记和编号,土钉采用C16的HRB400钢筋制作,土钉设计长度为1 m,横纵向间距为1 m,在坡面呈梅花状布置;钻孔采用土钉钻孔机进行施作,钻孔孔径为60 mm,孔深控制在1.2 m以上,钻孔完成后随即进行高压空气清孔;待土钉插入后,配置强度为30 MPa的水泥砂浆,用压浆机进行注浆作业;注浆48 h后铺挂钢筋网片,钢筋网片由C8@150 mm×150 mm的HRB400钢筋制作,通过钢丝绑扎的方式固定在土钉端头。

铺挂钢筋网片后,对土钉数量、网片钢筋间距、钢筋保护层厚度和搭接部位绑扎等情况进行验收;验收合格后开始喷射C20细石混凝土,喷射施工应自下而上进行,喷射厚度≮80 mm;该层土钉墙支护完成后,应在12 h后洒水养护,在48 h后进行下一层土方开挖及支护施工。

在第二层土方开挖过程中,开挖深度达到3 m前应进行标高控制,达到3 m时,修一级宽度为1.5 m的台阶,达到填方区深基坑边坡分级卸载、分级支护的目的,且能够有效提高自稳性较差的填方区边坡安全性与稳定性。深基坑边坡EFGD区域第二层、第三层土方开挖以及支护施工方法与第一层相同。

当填方区范围较大,且项目施工场地作业空间充足时,深基坑土方开挖对周边环境无不利影响时,分级放坡与喷锚支护施工技术具有施工方便、适用性强和支护效果良好等优势,是填方区深基坑支护的优选方法。

3 深基坑边坡组合支护施工技术

在深基坑边坡CDGH区域,施工场地空间受到限制,不具备分级放坡开挖和支护的条件。因而在边坡CDGH区域,为了减小基坑土方开挖对周边环境的不利影响,考虑原位土体花管注浆加固,然后进行喷锚支护,其支护形式如图5所示。

3.1 边坡土体花管注浆加固施工技术

深基坑边坡土体花管注浆加固施工技术主要包括施工前的准备工工作、钻孔、打入钢花管和压力注浆等主要施工步骤。花管注浆施工所需材料见表2。

表2 花管注浆材料规格表

深基坑第一层土方开挖完成后,随即对CDGH边坡进行修整,并控制边坡坡比和坡面平整度。

钻孔前,根据施工设计要求,对钢花管钻孔平面布置进行放点,并喷漆进行标记和编号;钢花管呈梅花形布置,横排竖列间距均为1.0 m。钻孔时,确保钻机与水平线呈30°夹角,钻孔直径控制在100～120 mm,钻孔分段控制角度、分段钻进和分段清孔;钻孔后高压空气二次清孔,确保钻孔不堵塞。

钢花管由人工打入钻孔中,边施打边旋转钢花管,确保钢花管不卡孔、少变形和能沉入孔底。钢花管打设完成后,应随即在上部设置密封圈进行密封。

注浆前,应提前按照设计配比配置水泥浆。注浆过程中,注浆压力为1.0～1.2 MPa,确保注浆扩散半径达到1 m,注浆作业宜隔孔施工,防止注浆材料串孔渗透而影响相邻钢花管注浆效果。注浆完成后,采用水泥砂浆对注浆孔口进行封堵。边坡土体注浆加固7 d后,进行下一道工序。

3.2 注浆加固后边坡土钉墙支护施工技术

在填方区深基坑边坡完成花管注浆加固后,边坡土体板结性和自稳定性得到较大提高。基于改良加固的深基坑边坡,注浆材料对填方区土体进行了补强。因此,对土钉墙支护材料作出相应的调整,适当简短土钉锚固土体的长度,增大钢筋网片的钢筋间距,边坡面支护能力减弱部分能够与边坡土体补强部分进行抵消,深基坑边坡的安全性和稳定性同样得到保证。

在对土钉墙的主要材料进行调整后,土钉采用C16的HRB400钢筋制作,土钉长度取0.5 m,钻孔深度控制在0.7 m以上,土钉横纵向间距为1 m,在坡面呈梅花状布置;钢筋网片由C8@200 mm×200 mm的HRB400钢筋制作。

注浆加固后的深基坑边坡土钉墙支护施工参照非填方区类似的施工工艺进行。在填方区基坑开挖至粉质黏土1时,土层压缩性高,为了节省机械运行成本,该工况下采用人工打入土钉。

填方区深基坑边坡组合支护施工技术适用于施工场地空间受限工况,具有良好的支护效果。但是,该施工技术应用成本相对较高,可能对工期造成不利影响。

4 结语

填方区深基坑边坡支护形式的选用取决于施工场地空间条件、土层分布及岩土特征,根据现场工况灵活选取对应的支护方式,可有效增强填方区深基坑边坡支护的安全性与稳定性。

(1)当填方区范围较大且施工场地空间不受限制时,宜优先选用分级放坡与喷锚支护的支护方式。分级放坡能够有效卸载,降低填方区域基坑边坡的安全风险;喷锚支护在填方区施工具有较好的适用性、较快的施工速度和良好的支护效果。

(2)当填方区施工场地空间受限制时,可选用花管注浆与喷锚支护的支护方式。花管注浆对扰动的填方区欠固结土体具有良好的加固效果,能够从根本上提高边坡原位土体的板结性,有效降低基坑边坡的安全风险。注浆加固后的边坡土体抗剪强度提高,改良后的边坡对土钉墙支护的需求降低,调整土钉锚固深度和钢筋网眼尺寸能够满足基坑支护的安全要求。