黃全海，梁 寧

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)勘查院，河南洛陽471023)

隨著大批的高層和超高層建筑的建設(shè)，開發(fā)商為提高建筑用地率，加之國家有關(guān)規(guī)范對基礎(chǔ)埋置深度和人防工程的要求及居民停車的需求，建筑物地下室的設(shè)計已成為建筑設(shè)計的必要組成部分。雖然深基坑支護(hù)工程為臨時建筑，在基坑周邊環(huán)境條件和地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，為了保證基坑周邊已有建筑及基坑內(nèi)施工人員和設(shè)備的安全，常常采用水泥土攪拌樁、灌注樁、錨索(桿)、土釘?shù)榷喾N支護(hù)方案組合的形式進(jìn)行［1］。而支護(hù)方案的優(yōu)劣直接影響工程進(jìn)度、質(zhì)量和成本，在整個基坑施工工程中占有重要的地位。

1 工程概況

河南省建行本部綜合樓基坑支護(hù)工程位于鄭州市花園路以西，主體工程由主樓(地上32層，總高度約137．9 m)和裙房(地上4層，房屋高度約24 m)組成，地下3層為車庫、設(shè)備用房及人防工程，總建筑面積約8．5萬m2，基坑平面尺寸約52 m×135 m，基坑開挖深度為17～20 m。建筑物主樓基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，框架核心筒結(jié)構(gòu)，裙房為筏形基礎(chǔ)，框架結(jié)構(gòu)。

2 周邊環(huán)境

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和建設(shè)單位提供的資料看，除西側(cè)較開闊外，其它3側(cè)基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，見圖1。其中東側(cè)在距基坑開挖邊上口邊線13．0 m處有天然氣管線自北向南通過，管線埋深1．8 m左右，15．0 m處為鄭州市花園路主干道，該路段為繁華的商業(yè)街區(qū)，車流量大，尤其是上下班高峰，塞車現(xiàn)象明顯;南側(cè)弧形段基坑周邊存在4棟建筑物，分別為2～5層磚混住宅和職工餐廳，基礎(chǔ)埋深均為1．5 m，住宅最近端距離排樁中心線2．74 m;北側(cè)基坑上口邊線外0．7 m為建筑圍墻，圍墻外0．5～1．3 m地下管網(wǎng)密布，分布有天然氣、上下水、污水、各種通訊電纜等管線，埋深2．0～2．2 m，墻外為8 m寬進(jìn)入小區(qū)的車輛和行人的主要通道，道路北側(cè)緊鄰10層和3～4層住宅，其中10層住宅為樁基礎(chǔ)，樁端入土深度12．0 m，3～4層磚混住宅為條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深1．5 m。

圖1 基坑周邊環(huán)境及支護(hù)平面布置圖

3 場地水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件

擬建場地地形相對平坦，所在地貌單元為黃河沖積泛濫平原。根據(jù)地質(zhì)資料，基坑開挖范圍上部除1.2～2．75 m的雜填土外，主要為第四紀(jì)晚更新世沖積形成的地層，以粉土、淤泥質(zhì)粉土、粉土、粉砂為主。與支護(hù)有關(guān)的各土層計算參數(shù)取值見表1。

表1 各土層計算參數(shù)取值表

根據(jù)勘察報告，在勘探深度范圍內(nèi)地下水由潛水和承壓水2種類型組成，鉆孔測量自然地表下穩(wěn)定地下水位埋深11．2 m，水位標(biāo)高為85．43 m;承壓水含水層為埋深23．0 m下的砂層，承壓水頭埋深19．3 m。

4 支護(hù)方案設(shè)計

基坑支護(hù)設(shè)計主要是考慮基坑周邊止水帷幕對土體加固的情況下，采用樁錨體系，直壁開挖方式，并根據(jù)周邊環(huán)境和地基土體的不同，在不同部位增加了雙排混凝土灌注排樁、花管樁及基坑底樁前土體加固等措施，以達(dá)到最佳安全效果和經(jīng)濟(jì)效益;受場地限制，基坑支護(hù)施工分2期進(jìn)行，不同支護(hù)方式及分期施工區(qū)域見圖1所示。

4．1 護(hù)坡樁

護(hù)坡樁采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，除基坑南北兩側(cè)圓弧區(qū)域和主樓部位的東西兩側(cè)坑壁采用雙排樁外，其它部位均采用單排樁，設(shè)計樁徑1000 mm，樁長23～27 m，其中基坑底面以下嵌固深度為9～14 m，樁間距1600 mm(北側(cè)弧線外排樁間距1710 mm)，雙排樁處排距2．6 m;排樁混凝土強(qiáng)度等級為C30(圓弧段端部加強(qiáng)樁為C45)，樁頂設(shè)置冠梁，冠梁寬度 1．2 m，厚度 0．8 m。

4．2 錨索

錨索采用高壓一次成型錨索，一樁一錨，錨索間距同樁間距，在北側(cè)圓弧部位受已有建筑及地下管線影響，共設(shè)置3排錨索，排距2．0 m，其中第一排位于樁頂下6 m處，錨索長30～31 m，直徑150 mm，傾角20°～35°，其它部位設(shè)置4排錨索，排距為2．5 m、2．5 m 和 2．0 m，其中第一排位于樁頂下 3．0 m，錨索長20～28 m，直徑200 mm，傾角15°，為了增加錨固力，錨固段增加3個擴(kuò)大頭，見圖2，錨索端部通過腰梁、圍梁與支護(hù)樁連成一體。鋼鉸線采用6s15．2 mm 1860級有粘結(jié)低松弛的鋼鉸線。

4．3 花管樁

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖

花管樁設(shè)置在基坑北側(cè)兩個圓弧間的中間地帶，由于該區(qū)域含有較厚的淤泥質(zhì)軟土，為了控制和減少軟土側(cè)向變形并增加土體的抗剪強(qiáng)度，從地表下2．0 m開始設(shè)置花管樁，共設(shè)置9排(其中第一、二排樁位于護(hù)坡樁頂以上)，排距1．0 m，樁徑200 mm(內(nèi)置花管直徑32 mm，當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)位移或沉降過大時采用后注漿來對土體進(jìn)行加固)，花管樁距同護(hù)坡樁間距，傾角20°～50°，樁長控制在超過護(hù)坡樁的水平投影長度8 m，見圖3。

圖3 花管樁支護(hù)剖面圖

4．4 樁前被動區(qū)土體加固

為了提高基坑底土的穩(wěn)定性，防止坑底的隆起，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)安全有效，在基坑北側(cè)區(qū)域護(hù)坡樁內(nèi)側(cè)采用高壓旋噴樁進(jìn)行軟弱土體加固，加固區(qū)域呈扇形圓環(huán)，寬度6．2 m，樁徑600 mm，樁距400 mm，加固深度為基坑底面標(biāo)高下6．0 m，加固區(qū)剖面見圖4。

4．5 止水帷幕

圖4 被動區(qū)土體加固剖面示意圖

5 主要施工技術(shù)和要點(diǎn)

5．1 護(hù)坡樁施工

5．1．1 施工順序

護(hù)坡樁施工選用7臺SPC－100型鉆機(jī)分區(qū)域同時施工，每臺樁機(jī)在劃定施工范圍內(nèi)按7根樁一組做小范圍往返施工，每組樁施工時按1，4，2，6，3，5，7的順序間跳施工。在設(shè)置雙排樁的部位，由于止水帷幕設(shè)在雙排樁之間，雙排樁部位樁間凈距離為1600 mm，考慮到排樁施工過程中的垂直度偏差、孔位偏差、以及擴(kuò)孔等因素，容易導(dǎo)致止水帷幕施工設(shè)備卡住鉆桿，無法完成止水帷幕的施工，為避免這一情況出現(xiàn)，所以在施工順序上采用內(nèi)排支護(hù)樁先施工，再施工止水帷幕，最后施工外排支護(hù)樁的施工順序，以保證護(hù)坡樁和止水帷幕樁的順利施工。

5．1．2 質(zhì)量控制要點(diǎn)［2］

(1)為確保施工質(zhì)量符合設(shè)計及規(guī)范要求，重點(diǎn)做好鉆孔定位、樁孔質(zhì)量、孔底沉渣、鋼筋籠制作與安裝、混凝土的質(zhì)量及水下混凝土的灌注等關(guān)健點(diǎn)的檢查。

(2)斷樁是灌注樁施工中嚴(yán)重的質(zhì)量事故，灌注前認(rèn)真檢查清孔效果，灌注中謹(jǐn)慎操作，量準(zhǔn)導(dǎo)管長度并計算好導(dǎo)管下端與孔底距離，一旦灌注中途發(fā)生卡管、導(dǎo)管漏水、泥砂流入管內(nèi)等事故，則重新灌注，保證混凝土的均勻性和連續(xù)性。

(3)施工過程中，鋼筋籠的偏位、上浮是多發(fā)事故。針對這一問題，采用自制的鋼筋籠掛桿固定器固定鋼筋籠，準(zhǔn)確控制籠頂標(biāo)高，有效地防止鋼筋籠的上浮與下沉，同時在鋼筋籠外側(cè)增加混凝土墊塊，每4 m放置3個，以確保鋼筋籠在混凝土中的保護(hù)層厚度。

(4)由于地層較為散軟，全孔均為粉土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂及淤泥質(zhì)土等，容易坍塌，在施工中合理控制鉆進(jìn)速度，做好泥漿護(hù)壁措施，成孔時泥漿密度1．23～1．3 g/cm3，洗孔泥漿密度1．05 ～1．12 g/cm3。

(5)針對樁頭容易出現(xiàn)強(qiáng)度偏低的現(xiàn)象，混凝土澆注過程中，除了采取一些措施使其密實(shí)度達(dá)到一定程度外，對混凝土超澆量控制在1．0 m以上。

(6)嚴(yán)格控制樁底沉渣厚度，澆注混凝土前，用導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔，在泥漿性能、沉渣厚度達(dá)到規(guī)范設(shè)計要求后，迅速進(jìn)行混凝土澆注，避免再次沉淀。

5．2 錨索施工［3］

錨索采用高壓一次成型施工，所使用的設(shè)備為XL－50型高壓旋噴鉆機(jī)。該工藝由高壓旋噴樁演化而來，與高壓旋噴樁有異曲同工之處，該工藝采用高壓水泥漿切割土體，并用水泥漿將錨索范圍內(nèi)土體置換出來，一次成型，而非取土成孔。錨索直徑大小靠控制注漿壓力大小來實(shí)現(xiàn)，該工藝克服了在水位以下軟弱土層中預(yù)應(yīng)力錨索施工時成孔困難的弊端。

5．2．1 施工工藝流程

主要的施工工藝流程為:定位→鉆機(jī)就位、錨索制備、水泥漿配置→在高壓旋噴鉆頭上安裝錨索→泵送噴漿、帶漿下沉將錨索送到設(shè)計深度→慢速噴漿退鉆形成錨固體→錨固體達(dá)到強(qiáng)度后依據(jù)設(shè)計參數(shù)對錨索進(jìn)行張拉和鎖定。

5．2．2 質(zhì)量控制要點(diǎn)

5．2．2．1 錨索制作

錨索由鋼絞線、錨定板、錨具組成，在錨定板一側(cè)將錨具套在鋼絞線上，用擠壓機(jī)擠壓錨具。自由段在鋼絞線上涂黃油作為隔離劑，使鋼絞線與水泥土隔離開并形成自由段。具體組件及連接方法如圖5所示。

圖5 錨索結(jié)構(gòu)圖

5．2．2．2 鉆機(jī)安放

鉆機(jī)安置于設(shè)計的孔位上，使鉆頭對準(zhǔn)孔位的中心。同時保證鉆孔達(dá)到設(shè)計要求的角度，然后作水平較正，保證錨索與護(hù)坡樁成一定角度。

5．2．2．3 技術(shù)指標(biāo)的控制

(1)在北側(cè)圓弧部位進(jìn)行施工時，臨近孔底2 m處開始低速鉆進(jìn)，確保相鄰建筑物安全。

(2)固化劑漿液水灰比控制在0．5～0．8，水泥采用P．O 42．5水泥，用自來水?dāng)嚢琛?/p>

(3)噴射鉆進(jìn)時先用清水沖洗，并保證噴漿前必須將噴漿管內(nèi)水排凈。第一次噴射下沉過程根據(jù)地層的軟硬程度選用合適的噴射壓力，一般為5～30 MPa，且下沉速度≯100 cm/min，并根據(jù)施工具體返漿情況調(diào)整下沉速度，確保噴射連續(xù)、均勻。噴射退鉆時，為保護(hù)樁間土流失及樁后土擾動，在距離支護(hù)樁樁身3 m處使用壓力為15 MPa，退鉆速度控制在80～100 cm/min。

(4)單根錨索有3次擴(kuò)徑，每次擴(kuò)徑部位注漿量＞0．3 m3，當(dāng)鉆頭行至擴(kuò)大頭設(shè)計位置時，在擴(kuò)大段范圍內(nèi)，注漿壓力根據(jù)地層條件進(jìn)行加大，控制在28～30 MPa之間，退鉆速度35 cm/min，復(fù)噴一次，形成擴(kuò)大頭。

(5)張拉與鎖定時，錨固段強(qiáng)度＞15．0 MPa并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度75%后進(jìn)行張拉，張拉荷載穩(wěn)定10 min后進(jìn)行鎖定。

5．3 花管樁施工

花管灌注樁采用套管鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)工藝，鉆孔直徑為200 mm，在鉆孔內(nèi)灌注C30干性混凝土，孔內(nèi)預(yù)留直徑為32 mm、壁厚3 mm的帶孔花管。

5．3．1 施工工藝

鉆機(jī)就位及調(diào)整鉆進(jìn)角度跟管鉆進(jìn)至設(shè)計深度→下入花管→注入干性混凝土與拔出套管。

5．3．2 控制要點(diǎn)

(1)鉆機(jī)安放及護(hù)坡樁預(yù)鉆孔角度按設(shè)計的要求進(jìn)行控制;

(2)由于基坑邊坡距離已有建筑較近，臨近鉆孔底部2 m時應(yīng)低速鉆進(jìn)，確保相鄰建筑安全;

(3)花管下放時，底口應(yīng)用膠布包裹好，下放后用C30干性混凝土灌注;

(4)在灌注干性混凝土過程中逐漸拔出套管，采取每填充1 m時拔管1 m，以此類推直至全管填滿為止。

5．4 樁前被動區(qū)土體加固施工［4］

被動區(qū)土體加固采用XL－50型高壓旋噴鉆機(jī)施工，由于加固部位主要為基坑底6 m內(nèi)的樁前被動區(qū)內(nèi)土體，因此在基坑開挖至基坑底面標(biāo)高上2 m處時開始土體加固施工。

5．4．1 施工技術(shù)參數(shù)

為保證成樁質(zhì)量，水泥用量控制在每米樁長160 kg;水灰比為 0．5 ～0．8，注漿壓力為 20 ～22 MPa。

5．4．2 控制要點(diǎn)

(1)施工高壓旋噴樁時護(hù)坡樁已經(jīng)施工完畢，而高壓旋噴樁成樁是靠高壓水泥漿成樁，靠近護(hù)坡樁施工時，調(diào)整鉆桿與護(hù)坡樁之間的距離 ＜250 mm，保證護(hù)坡樁在高壓旋噴樁半徑以內(nèi)，保持相切。

(2)為了避免在施工中由于樁距小或地質(zhì)差異，引起相鄰兩樁位由于施工時間較短而串漿，同時避免設(shè)備移位壓樁，施工時采取跳打的施工方法。

(3)在旋噴過程中，若出現(xiàn)中間停機(jī)，當(dāng)再次開機(jī)噴漿時，宜向下復(fù)噴0．5 m以上，保證樁身的搭接長度，避免出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

(4)為了保證軟土加固效果，噴漿高度超過基底標(biāo)高≮1．5 m。

5．5 止水帷幕

5．5．1 三軸攪拌樁施工［5］

三軸攪拌樁施工時采用隔幅跳打的施工順序進(jìn)行，見圖6。

圖6 三軸攪拌樁施工順序圖

5．5．1．1 施工技術(shù)參數(shù)

(1)水泥用量:雖然基坑止水部位主要在帷幕的中下部，但為了增加基坑壁土體的穩(wěn)定性，三軸攪拌樁上部不進(jìn)行空樁處理，地表至9 m深處采用水泥摻量為8%進(jìn)行攪拌;下部25 m(樁長34 m)按水泥摻量22%進(jìn)行攪拌。

(2)下沉速度≯1．0 m/min;提升速度≯2．0 m/min。

(3)水泥選用P．C 32．5級(散裝)普通硅酸鹽水泥，下沉水灰比為2．5 ～3．0，提升水灰比1．5 ～1．8。

5．5．1．2 施工控制

(1)預(yù)攪下沉:待攪拌樁機(jī)鉆桿下沉到設(shè)計的樁頂標(biāo)高時，開動灰漿泵，待純水泥漿到達(dá)攪拌頭后，按1 m/min的速度下沉攪拌頭，邊注漿(注漿泵出口壓力控制在0．4～0．6 MPa)、邊攪拌、邊下沉，使水泥漿和原地基土充分拌和，直至樁底設(shè)計標(biāo)高。

(2)噴漿攪拌提升:攪拌下沉到設(shè)計深度后，靜止噴漿20 s后開始攪拌提升，按照不大于2 m/min的速度攪拌提升噴漿至樁頂。

(3)重復(fù)攪拌下沉和提升至孔口:為使土體和水泥漿充分?jǐn)嚢杈鶆?，要重?fù)上下攪拌，但要留一部分漿液在第二次上提復(fù)攪時灌入，最終完成一根均勻性較好的水泥土攪拌樁。

5．5．2 高壓旋噴樁施工［6－7］

高壓旋噴采用三重管法工藝，因樁位布置間距較小，為了保證施工機(jī)械交叉作業(yè)所需的工作面，同時防止相鄰樁孔出現(xiàn)串孔現(xiàn)象，確定施工順序時采用相隔10個樁孔進(jìn)行跳打，循環(huán)進(jìn)行施工，例如先施工20，30，40，50 號樁孔，再安排 21，31，41，51 號樁的施工，依次類推，最終保證止水帷幕閉合。

5．5．2．1 工藝參數(shù)選取

施工前首先根據(jù)類似工程經(jīng)驗初步選取漿液配比、噴射壓力、噴漿量等技術(shù)參數(shù)，先在基坑?xùn)|南側(cè)進(jìn)行高壓旋噴樁試樁，試樁根數(shù)3根，樁徑600 mm，咬合250 mm，樁間距350 mm，試樁結(jié)束后經(jīng)與業(yè)主、監(jiān)理、總包單位共同揭露觀察及實(shí)際測量各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，故將試樁各項參數(shù)確定為正式施工參數(shù)，見表2。

表2 旋噴樁施工主要技術(shù)參數(shù)參考表

5．5．2．2 施工控制要點(diǎn)

(1)引孔至設(shè)計深度后，拔出鉆桿及鉆具，引孔鉆機(jī)移動至下一孔位，高壓旋噴鉆機(jī)移至該位置將噴射注漿管插入預(yù)定深度。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，邊射水邊插管，水壓≯1 MPa。當(dāng)噴射注漿管插入設(shè)計深度后，接通泥漿泵，然后由下向上旋噴。噴射時，先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿后再逐漸提升旋噴管，以防扭斷旋噴管。

(2)為保證樁底端的質(zhì)量，噴嘴下沉到設(shè)計深度時，在原位置旋轉(zhuǎn)10 s左右，待孔口冒漿正常后再旋噴提升。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷。

(3)在高壓噴射注漿過程中出現(xiàn)壓力驟然下降、上升或大量冒漿等異常情況時，應(yīng)查明原因及時采取措施，處理完事故后，接樁時應(yīng)從停噴點(diǎn)向下加深1．0 m處重新噴射接樁。

6 變形檢測

根據(jù)設(shè)計方案，施工過程中在基坑坡頂設(shè)置了26個觀測點(diǎn)進(jìn)行沉降和位移觀測，另在基坑周邊3倍基坑深度范圍內(nèi)設(shè)置14個點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測，重點(diǎn)檢測基坑南側(cè)、北側(cè)已有建筑及東側(cè)花園路沿線的沉降變化情況?；娱_挖施工過程中，雖然經(jīng)歷了整個雨季，但從檢測數(shù)據(jù)看，北側(cè)坡頂累計沉降量相對較大，為14．8～19．5 mm，其余3側(cè)的累計沉降量為9．6～14．2 mm，所有檢測點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù)均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

7 結(jié)語

樁錨聯(lián)合在基坑支護(hù)工程中經(jīng)過多年的應(yīng)用與發(fā)展，已被深基坑設(shè)計、監(jiān)理和施工人員所接受，并廣泛應(yīng)用于基坑工程中，但在地下水位以下和軟弱土分布區(qū)域，常規(guī)施工方法完成的預(yù)應(yīng)力錨索質(zhì)量事故也多有發(fā)生，本工程中的高壓旋噴一次性成型錨索施工方法，解決了軟弱土中的成孔難題，且通過調(diào)整噴漿壓力形成的3個錨索擴(kuò)大段措施，有效地增加了單根錨索的抗拉承載力，且施工造價低、工期短、施工方便、安全可靠，具有較廣闊的應(yīng)用前景;在軟弱土體分布區(qū)域采取的護(hù)坡樁前被動區(qū)軟弱土體加固措施，除了能夠提供較大的被動土壓力外，還可以為護(hù)坡樁提供很好的嵌固層，再加上該區(qū)域花管樁的實(shí)施，有效地減少了圍護(hù)樁的豎向和水平變形?？傊?，在周邊環(huán)境條件復(fù)雜和場地巖土工程地質(zhì)條件較差的情況下，通過聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，可以較好地保護(hù)基坑壁土體的穩(wěn)定和安全。

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