復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑支護(hù)灌注樁施工技術(shù)

許厚材

(北京城建五建設(shè)工程有限公司，北京100029)

0 引言

隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展，城市用地越來越緊張，為充分利用地下空間資源，基坑的深度也越來越深。隨著眾多深基坑的出現(xiàn)，樁錨支護(hù)體系因其具有受力合理、變形小、造價(jià)低、支護(hù)穩(wěn)定性好、支護(hù)深度大、基礎(chǔ)施工便利等優(yōu)點(diǎn)，在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用越來越廣泛［1～4］。但是由于錨桿在地下沿基坑四周向外輻射，施工結(jié)束后，往往一直保留在土體中，成為了鄰近后續(xù)建筑物或市政工程等地下結(jié)構(gòu)設(shè)施的施工障礙。樁錨支護(hù)體系中的灌注樁施工過程中，經(jīng)常會(huì)遇到地下障礙物需要處理。以往關(guān)于灌注樁遇到地下障礙物的處理措施［5，6］，是針對(duì)水泥預(yù)制方樁、沉管灌注樁、木樁、古水井、塊石、條石、地下人防工事、污水化糞池等障礙物的。但是灌注樁遇地下鋼絞線的處理措施較為少見。

本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹了復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑支護(hù)鉆孔灌注樁施工技術(shù)，提出了灌注樁遇鋼絞線的處理措施，可供類似工程參考。

1 工程概況

政泉花園公建工程，位于北京市朝陽區(qū)大屯村，北苑路西側(cè)，大屯路北側(cè)，北小河路南側(cè)，總建筑面積約50萬m2，商業(yè)A、B區(qū)地下室為連體結(jié)構(gòu)，地上為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，地下室均為3層，基坑開挖深度15.0 m。受現(xiàn)場施工條件限制，先施工主體結(jié)構(gòu)工程，然后進(jìn)行4個(gè)汽車坡道施工。

主體結(jié)構(gòu)基坑開挖深度15.0 m，采用土釘墻+樁錨聯(lián)合支護(hù)。采用800 mm鋼筋混凝土護(hù)坡樁，樁間距1600 mm，樁頂(連梁頂)位于－2.00 m，樁身混凝土標(biāo)號(hào)為C25;樁頂連梁500 mm×800 mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C25。分別在－5.0、－10.0 m各設(shè)置1道錨桿，第1道錨桿長度為22.0 m，錨桿直徑150 mm，錨桿傾角為15°，錨索選用2束75預(yù)應(yīng)力鋼絞線，兩樁一錨;第2道錨桿長度為20.0 m，錨桿直徑150 mm，錨桿傾角為15°，錨索選用3束75預(yù)應(yīng)力鋼絞線，一樁一錨;樁頂連梁以上部分采用1∶0.3放坡土釘墻支護(hù)。

汽車坡道基坑最大開挖深度15 m，根據(jù)基坑周邊情況和基坑開挖深度，不同地段采用放坡掛網(wǎng)、土釘墻、復(fù)合土釘墻和樁錨支護(hù)，大部分地段采用樁錨支護(hù)，本次共施工護(hù)坡樁286根，樁長15～19 m。由于樁錨支護(hù)部位距離基坑外側(cè)管線、建筑物比較近，樁頂標(biāo)高同自然地面。護(hù)坡樁采用800 mm鋼筋混凝土灌注樁，樁間距1600 mm，樁身混凝土標(biāo)號(hào)為C25。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本工程勘察揭露地層40 m范圍內(nèi)，按其年代、成因類型劃分為人工堆積層和第四系沉積層2大類，并按巖性特征進(jìn)一步可劃分為10個(gè)大層及亞層，簡述如下:

①人工填土，雜色，稍密，稍濕～濕，主要為磚渣、灰渣，局部表面為混凝土路面;

②粘質(zhì)粉土～粉質(zhì)粘土，褐黃色，濕～飽和，中密，局部夾有重粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土;

③粉質(zhì)粘土～粘質(zhì)粉土，灰色，濕～飽和，中密，含云母、有機(jī)物，夾有砂質(zhì)粉土、粉細(xì)砂、重粉質(zhì)粘土;

④細(xì)砂～中砂，褐黃色，濕～飽和，密實(shí)，夾有圓礫;

⑤粘質(zhì)粉土～粉質(zhì)粘土，褐黃色，濕～飽和，中密，夾有砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂;

⑥粉質(zhì)粘土～粘質(zhì)粉土，褐黃色，濕～飽和，中密，夾有砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂;

⑦細(xì)砂～中砂，褐黃色，飽和，密實(shí)，夾有圓礫、砂質(zhì)粉土;

⑧粉質(zhì)粘土～粘質(zhì)粉土，褐黃色，中密，濕～飽和，夾有砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土、細(xì)砂;

⑨粉質(zhì)粘土～粘質(zhì)粉土，褐黃色，中密，濕～飽和，夾有粘土;

⑩細(xì)砂～中砂，褐黃色，密實(shí)，飽和，夾有卵石，一般粒徑20～40 mm，最大粒徑80 mm。

2.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，本施工區(qū)共有3層地下水，第一層為潛水，埋深4.9～8.2 m;第二層為層間水，埋深12.70～13.2 m;第三層為承壓水，其水位埋深22.5～24.1 m。

根據(jù)近3～5年地下水位觀測資料分析，其水位年變化幅度一般為1.0 m左右。場區(qū)潛水天然動(dòng)態(tài)類型屬于滲入～徑流型，主要接受地下徑流補(bǔ)給，并以地下徑流等方式排泄。從水位長期動(dòng)態(tài)資料看，其水位季節(jié)變化規(guī)律一般為:5～7月水位較低，11月～來年3月水位較高，年變化幅度一般為1.0～3.0 m。

3 施工難點(diǎn)

3.1 現(xiàn)場條件概述

A1汽車坡道北側(cè)護(hù)坡樁中心線距人行道邊緣約1.0 m;A2汽車坡道東側(cè)緊鄰北苑路，基坑?xùn)|側(cè)有10 kV高壓電纜溝槽，埋深約1.0 m，距基坑邊約1.0 m，施工圍擋距基坑邊約2.0 m;B1汽車坡道南側(cè)為停車場，基坑邊距離停車場鐵質(zhì)圍欄約2.0 m;B2汽車坡道東側(cè)緊鄰北苑路，基坑?xùn)|側(cè)有10 kV高壓電纜溝槽，埋深約1.0 m，距基坑邊約1.0 m，施工圍擋距基坑邊約2.0 m;B2汽車坡道南側(cè)有埋深約2.6 m的600 mm污水管，在東西向20 m的范圍內(nèi)護(hù)坡樁外邊緣緊貼污水管。

本工程施工區(qū)原為居住區(qū)，地下留有各種舊管線、舊基礎(chǔ)且分布情況不明確，以及原施工基坑支護(hù)留在地層中的土釘、鋼絞線等障礙物。

3.2 施工難點(diǎn)

(1)基坑緊鄰地下電纜和施工圍墻等，施工空間非常有限，不具備采用大開挖整體清除地下障礙物的條件;

(2)灌注樁設(shè)計(jì)樁長15～19 m，人工挖孔樁需穿越含地下水的粉土、細(xì)砂層，對(duì)人工挖孔施工困難，且風(fēng)險(xiǎn)較大;

(3)灌注樁緊鄰地下高壓電纜，采用鉆機(jī)直接從地面開始開孔，施工風(fēng)險(xiǎn)大，不可行;

(4)遇舊管線、舊基礎(chǔ)，以及原施工基坑支護(hù)留在地層中的鋼絞線等障礙物，長螺旋鉆機(jī)無法鉆孔;

(5)本工程基坑最大開挖深度約15 m，基坑降水至地面以下約16 m即可滿足基坑土方挖運(yùn)、支護(hù)和基礎(chǔ)施工要求，如采用人工挖孔則需要降水至地面下20 m(本工程最大樁長為19.0 m)，降水難度加大，增加施工成本。

4 施工技術(shù)

人工挖孔樁具有施工方便、速度較快、施工設(shè)備簡單，便于對(duì)地下障礙物的處理等優(yōu)點(diǎn)［7，8］，在公路、民用建筑中得到廣泛應(yīng)用。但是人工挖孔作業(yè)條件差、環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度高，在有地下水的地層中施工更是具有較大的風(fēng)險(xiǎn)，孔深越大風(fēng)險(xiǎn)越大。長螺旋鉆孔后插鋼筋籠法灌注樁施工工藝，具有施工簡便、施工速度快、成樁質(zhì)量可靠性高、成本低及地層適用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)施工中應(yīng)用廣泛［9～11］。

考慮到本工程實(shí)際情況，采用人工挖探孔的方式對(duì)回填土層中的各種地下障礙物進(jìn)行處理，挖孔至挖到原狀土，然后采用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠施工灌注樁。

4.1 總體施工流程

施工測量→地面障礙物處理→樁位布置→人工挖孔→人工挖孔質(zhì)量檢查→鉆機(jī)就位→用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠施工→樁身混凝土養(yǎng)護(hù)。

4.2 障礙物處理

(1)對(duì)于建筑物基礎(chǔ)、混凝土地面及化糞池等地面可見障礙物，視情況采用人工或機(jī)械進(jìn)行破碎清除。

(2)在護(hù)坡樁樁位處人工向下挖樁孔，孔徑為1.0 m，孔深以穿過回填土層為限。人工處理遇到的舊管線、土釘、舊基礎(chǔ)等地下障礙物。

(3)長螺旋鉆機(jī)鉆孔遇到原基坑支護(hù)鋼絞線時(shí)換用筒鉆鉆進(jìn)，利用筒鉆將鋼絞線切斷后，再換用原鉆頭鉆進(jìn)。

4.3 人工挖孔施工

施工工藝流程:

場地平整→測量放線、定樁位→開孔成孔作業(yè)→安裝護(hù)壁鋼筋→安裝護(hù)壁模板→灌注護(hù)壁混凝土→拆?！貜?fù)作業(yè)至設(shè)計(jì)深度。

人工挖孔完成后，對(duì)孔底土進(jìn)行檢查，檢查是否進(jìn)入原狀土;檢查人工挖孔孔徑、孔壁、垂直度，不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，應(yīng)處理合格后再進(jìn)行下道工序。

4.4 長螺旋鉆孔后插鋼筋籠施工

4.4.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→鉆機(jī)就位→鉆孔→壓灌混凝土→清理孔口→鋼筋籠制作與安裝→混凝土振搗→成樁。

4.4.2 施工要點(diǎn)

(1)施工準(zhǔn)備。主要施工平整場地，清理人工挖孔堆積在現(xiàn)場的土。

(2)鉆機(jī)就位。采用長螺旋鉆機(jī)成孔，鉆機(jī)坐落面應(yīng)堅(jiān)實(shí)、平整、不塌陷。

(3)鉆孔。根據(jù)土層情況合理調(diào)整施工參數(shù)，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)深度;鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中，不宜反轉(zhuǎn)或提升鉆桿，如需提升鉆桿或反轉(zhuǎn)應(yīng)將鉆桿提至地面，對(duì)鉆尖開啟門須重新清洗、調(diào)試、封口。隨時(shí)清理孔口積土，保證下部孔土順利排出，防止提鉆時(shí)向孔內(nèi)落土。

(4)壓灌混凝土。①達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后，進(jìn)行壓灌混凝土作業(yè)，首次泵送前或停工時(shí)間過長時(shí)，應(yīng)先開機(jī)潤管;②混凝土開始?jí)汗鄷r(shí)，宜先提升鉆桿200～300 mm，開始泵送混凝土，確認(rèn)鉆頭閥門打開后方可提鉆;③混凝土的泵送宜連續(xù)進(jìn)行，邊泵送混凝土邊提鉆，提鉆速率按試樁工藝參數(shù)控制，控制提鉆速率與混凝土泵送量相匹配，保持料斗內(nèi)混凝土的高度≮400 mm，并保證鉆頭始終埋在混凝土面的深度≮1.0 m。

(5)清理孔口。中心壓灌混凝土完成后，鉆頭暫不移離孔口，及時(shí)清理孔口積土，防止積土落入孔中。

(6)鋼筋籠制作與安裝。①所有鋼材必須有材質(zhì)證明，制作鋼筋籠前，應(yīng)先進(jìn)行鋼筋原材驗(yàn)收、復(fù)驗(yàn)及焊接試驗(yàn);②鋼材表面有污垢、銹蝕時(shí)應(yīng)清除，主筋使用前應(yīng)調(diào)直;③鋼筋籠縱向鋼筋的接頭采用搭接焊，雙面焊縫長度≥5d，單面焊縫長度≥10d(d為鋼筋直徑)，同一截面上的鋼筋接頭不得超過主筋總根數(shù)的50%，且兩相鄰接頭位置應(yīng)錯(cuò)開35d;④加勁箍筋與主筋采用點(diǎn)焊連接，螺旋箍筋與主筋采用點(diǎn)焊或細(xì)鐵絲綁扎連接，點(diǎn)焊或綁扎點(diǎn)應(yīng)呈梅花形;⑤鋼筋籠的焊接質(zhì)量，焊縫長度、高度及鋼筋籠斷面接頭間距等，均應(yīng)符合設(shè)計(jì)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求;⑥采用25 t汽車起重機(jī)吊裝鋼筋籠，設(shè)雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)設(shè)在加勁箍筋處;⑦樁身混凝土灌注完成后應(yīng)立即進(jìn)行鋼筋籠插入作業(yè)，鋼筋籠應(yīng)連續(xù)下放，不宜停頓;⑧利用吊車、振動(dòng)頭輔助插入鋼筋籠，先依靠鋼筋籠與導(dǎo)管的自重緩慢插入，當(dāng)依靠自重不能繼續(xù)插入時(shí)，開啟振動(dòng)裝置使鋼筋籠下沉到設(shè)計(jì)深度，斷開振動(dòng)裝置與鋼筋籠的連接，緩慢連續(xù)振動(dòng)拔出導(dǎo)管。

(7)混凝土振搗?；炷凉嘧⒔Y(jié)束后應(yīng)立即用振搗棒進(jìn)行振搗，振搗深度≮2.0 m，振搗時(shí)間≮5 min。

(8)樁身混凝土養(yǎng)護(hù)?；炷凉嘧⒔Y(jié)束后對(duì)樁體進(jìn)行養(yǎng)護(hù)(一般為3～7天)，養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)做好保護(hù)工作，尤其應(yīng)保護(hù)好樁頭不受擾動(dòng)破壞。

5 施工效果

5.1 淺層地下障礙物的處理

據(jù)統(tǒng)計(jì)，本次施工的286個(gè)人工挖孔中，遇到了96處地下障礙物，主要有原基坑支護(hù)土釘(18 mm螺紋鋼筋)、廢棄的混凝土污水管線、建筑基礎(chǔ)、廢棄鐵質(zhì)供水管線、混凝土塊等各類地下障礙物，并進(jìn)行了有效的處理，為后續(xù)的長螺旋鉆機(jī)鉆孔順利進(jìn)行提供了條件。

采用人工挖孔，緊鄰基坑護(hù)坡樁的高壓電纜、污水管線得到了有效及時(shí)的保護(hù)，避免了長螺旋鉆機(jī)鉆孔對(duì)其的破壞和影響。

5.2 原基坑支護(hù)鋼絞線的處理

護(hù)坡樁施工，采用長螺旋鉆機(jī)成孔，當(dāng)遇到基坑支護(hù)鋼絞線時(shí)，換用筒鉆鉆進(jìn)，利用筒鉆將鋼絞線切斷后，再換用原鉆頭鉆進(jìn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，本工程施工的286根樁中，有103根樁遇到了鋼絞線，采用筒鉆鉆進(jìn)均獲得成功處理。

5.3 經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著

本工程灌注樁施工結(jié)束后，經(jīng)檢測各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，工期提前5天;最初的施工方案是考慮全部采用人工挖孔樁，以克服因存在眾多地下障礙物鉆機(jī)無法直接施工的困難。經(jīng)仔細(xì)研究和考察論證后，采用上部回填土部分采用人工挖孔，其余采用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠施工工藝進(jìn)行施工。施工工藝改進(jìn)后，大大減少了人工挖孔工程量，可節(jié)省鋼筋混凝土護(hù)壁，減少土方開挖量，經(jīng)初步計(jì)算可節(jié)省施工費(fèi)用約36萬元。

本施工工藝可以有效解決灌注樁遇淺層地下障礙物問題，發(fā)揮了人工挖孔和長螺旋鉆孔后插鋼筋籠兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有安全性好、施工速度快、節(jié)約勞動(dòng)力、施工成本低、施工質(zhì)量可靠性高、無泥漿污染、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

6 結(jié)語

采用人工挖孔、長螺旋鉆孔后插鋼筋籠的灌注樁施工工藝，能夠有效處理淺層地下障礙物和保護(hù)地下管線，同時(shí)具有簡單、直觀、易行、快速等優(yōu)點(diǎn)，灌注樁施工安全、質(zhì)量可靠性高、施工速度快，可以揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展和樁錨支護(hù)應(yīng)用越來越廣泛，樁錨支護(hù)施工過程中將越來越多的遇到老基坑支護(hù)留在土體中的鋼絞線。在灌注樁施工過程中將越來越多的遇到各種地下障礙物和基坑支護(hù)留在土層中的鋼絞線，相應(yīng)的處理措施也將引起更廣泛關(guān)注。

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