多工藝聯(lián)合支護在復(fù)雜地質(zhì)深基坑支護中的應(yīng)用

張 娜

(霍州煤電集團呂臨能化公司， 山西 呂梁 033200)

1 前言

某選煤廠1#、2#翻車機房工程位于該選煤廠院內(nèi)，擬建于壓濾干燥車間北側(cè)、中矸裝車倉西側(cè)，其功能用于翻卸由鐵路運抵廠區(qū)的煤炭車輛。1#、2#翻車機房需要開挖深達12m的基坑，基礎(chǔ)底板尺寸為38.5m×29m，但是由于1#、2#翻車機房基坑北側(cè)距礦區(qū)鐵路11m，南側(cè)距離需保護建筑3.0m，東北角緊鄰擬建中矸裝車倉，不具備放坡條件,同時基坑施工場地小，周邊地質(zhì)條件復(fù)雜，開挖深度大，深基坑范圍內(nèi)地下水含量較大，基坑降水難度大，影響基坑的施工。因此，本文對復(fù)雜條件下基坑支護進行了研究。

2 地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

擬建場地以雜填土、黏性土、砂等組成，地層較穩(wěn)定。自上而下為：

(1)雜填土①層：顏色雜，主要為原煤場沉積煤渣、煤塊及建筑垃圾，下部混黏性土。結(jié)構(gòu)松散，本層厚度2.3～2.8m，平均厚度2.5m，層底埋深2.3～2.8m。

(2)粉質(zhì)黏土 ②層：含黑色鐵錳質(zhì)斑，夾灰色黏性土團塊，偶見鈣核，見孔洞，稍濕。該層局部缺失，本層厚度0.7～1.0m，平均厚度1m，層底埋深3.50m。

(3)含砂粉質(zhì)黏土③層：土質(zhì)不均勻，局部混粉細砂或相變?yōu)榇稚啊[砂層，局部含鈣核。本層厚度1.7～2.2m，平均厚度1.775m，層底埋深5.30～5.70m。

(4)中粗砂④層：褐黃色，主要成分為石英、長石，可見少量云母碎片?；焐倭筐ば酝?，混有少量砂礫石及大粒徑卵石。該層層位穩(wěn)定，分布普遍。本層厚度4.6～5.4m，平均厚度5.125m，層底埋深10.30～15.50m。

(5)黏土⑤層：棕黃色，含較多鐵錳結(jié)核，夾灰綠色黏土條帶。稍濕，堅硬，該層層位穩(wěn)定，最大揭露厚度10.8m。

2.2 水文地質(zhì)條件

工程場地水位埋藏在自然地面下1.0～3.3m，主要賦存于黏土⑤層以上地層中。地下水類型為潛水，主要為大氣降水、地面水、生活用水入滲而成。

3 工程設(shè)計方案

本工程基坑達到11m,地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水較大，并且有流砂層，基坑北側(cè)距離鐵路線較近，火車動載對基坑安全影響較大，基坑南側(cè)距已有建筑物較近，根據(jù)基坑所處環(huán)境及實際開挖深度確定該基坑支護安全等級為二級。如僅采用管井降水工藝，易造成周邊地面及周邊建筑物沉降，考慮采用止水帷幕封閉降水工藝，能有效降水同時固化流砂層，為基坑開挖創(chuàng)造有利條件。如僅采用灌注樁錨桿支護工藝，施工進度較慢，成本較高。為確?；臃€(wěn)定和周邊已有建筑物安全為前提，選擇最優(yōu)、經(jīng)濟的支護方案，通過多次研究、比較，采用多工藝聯(lián)合支護工藝，針對不同邊坡，選擇不同支護體系，確定基坑邊坡采用支護樁+錨桿+土釘墻相結(jié)合的聯(lián)合支護體系。

首先進行場地清理工作，管井降水施工，降到要求后，翻車機房土方開挖配合土釘支護施工，同時施工翻車機房基坑南邊坡不放坡處的支護樁、旋噴樁及冠梁，待翻車機房上部土釘支護及土方開挖完畢，進行翻車機房支護樁、旋噴樁的施工。然后是土方開挖配合第一排鋼絞線及冠梁施工，待錨固體達到設(shè)計強度的75%，對第一排錨索進行張拉鎖定；土方開挖配合第二排預(yù)應(yīng)力錨索施工，預(yù)應(yīng)力錨索施工完成后，機械挖土至基坑底。

基坑?xùn)|側(cè)、西側(cè)、北側(cè)上部進行1∶0.5系數(shù)放坡卸載，土釘墻支護，下部進行鋼筋混凝土灌注樁、高壓旋噴樁施工，組成止水帷幕，并布置兩排高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索配合支護；南側(cè)距需保護建(構(gòu))筑物較近，護坡樁自坡頂垂直打下，不放坡，旋噴樁、旋噴預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護。支護樁采用直徑600mm鋼筋混凝土灌注樁，間距1.0m，在兩根樁之間設(shè)置直徑800mm高壓旋噴樁，護坡樁與高壓旋噴樁相互咬合組成止水帷幕，高壓旋噴樁樁頂標(biāo)高為-6.0mm，樁底進入黏性土⑤層不小于0.5m，樁長約為6.5m，錨索采用高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索。施工工況順序見表1。

表1 施工工況順序

(1)為降低施工難度以及降低灌注樁、旋噴樁的入土深度，在基坑?xùn)|側(cè)、西側(cè)、北側(cè)對上部4.3m土方按1∶0.5系數(shù)進行放坡卸載，土釘墻支護，下部以支護樁+兩排預(yù)應(yīng)力錨索支護。

(2)南側(cè)距保護建筑較近，上部土方?jīng)]有放坡位置，采用支護樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護工藝，設(shè)置兩排預(yù)應(yīng)力錨索。

(3)基坑?xùn)|北角距中矸裝車倉較近，中矸裝車倉基礎(chǔ)較深，無法施工預(yù)應(yīng)力錨索，為此采用雙排樁支護，兩排灌注樁中心距2.5m，雙排樁之間設(shè)置600mm×800mm的鋼筋混凝土連梁[1]。

(4)在基坑四周灌注樁之間設(shè)置高壓旋噴樁，間距1.0m，護坡樁與高壓旋噴樁相互咬合組成止水帷幕,高壓旋噴樁樁頂標(biāo)高為-6.0m，樁底進入黏性土不小于0.5m，樁長約為6.5m?；咏邓捎霉芫邓?，在基坑內(nèi)外共設(shè)置34個大口徑管井降水，降水井間距15m，井深20m，降水井直徑500mm,地下水降至-14.0m標(biāo)高。

(5)錨索：均采用加筋高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索，錨索直徑為300mm，入射角為15°，采用2根或3根直徑15.24mm的鋼絞線，強度等級1 860MPa,預(yù)加應(yīng)力150kN，共布置加筋高壓旋噴錨索126根，每根長16.0m。

(6)土釘墻：土釘直徑為100mm，拉桿直徑為20mmHRB400鋼筋，入射角度為15°，土釘長度為6～8m，注漿采用水泥漿，強度等級M20，水灰比0.45～0.50，水泥采用PO42.5級水泥，注漿壓力為0.4～1.0MPa,注漿管距孔底不大于200mm，支護樁采用直徑600mm混凝土灌注樁，間距1.0m。

(7)灌注樁：直徑600mm混凝土灌注樁，樁中心距1.0m，樁長10.7m，混凝土強度等級C30，樁底至相對標(biāo)高-16.5m。

(8)旋噴樁：直徑為800mm高壓旋噴樁，間距1.0m，護坡樁與灌注樁相互搭接200mm，有效樁長6.5m,樁長標(biāo)高6.5m，樁頂標(biāo)高-6.0m，共布置274根。

4 施工控制要點

4.1 灌注樁施工

1)施工工藝流程

鋼筋籠制作加工→鉆機就位→鉆進→成孔→灌注混凝土并提鉆→下放鋼筋籠→移至下一樁位。

2)施工工藝

(1)制作鋼筋籠。鋼筋籠制作順序是先將主筋的間距布置好，待固定住加強箍筋，主筋與箍筋焊接固定后，再點焊或綁扎螺旋箍筋。

(2)鉆機就位。根據(jù)工程坐標(biāo)平面控制網(wǎng)準(zhǔn)確定出樁位，并指揮鉆機對準(zhǔn)樁位，鉆頭中心與樁位偏差小于20mm，然后調(diào)整鉆機，用垂球和水平尺控制好鉆桿垂直度，達到標(biāo)準(zhǔn)后方可平穩(wěn)鉆進。

(3)鉆進、成孔。①鉆頭剛接觸地面時，先關(guān)閉鉆頭封口,依靠動力頭自重向下壓進鉆頭；

②正常鉆進速度可控制在1.5～2m/min ，鉆進過程中，操作人員依據(jù)操作室電流指示表動作，電流不超過140A，以防卡鉆。如遇到卡鉆、鉆機搖晃、偏移，應(yīng)停鉆查明原因，采取糾正措施后方可繼續(xù)鉆進。

4.2 旋噴預(yù)應(yīng)力錨索施工

1)施工工藝流程

土方開挖→樁間土噴錨→放線定孔位→鉆機就位→校正孔位、調(diào)整角度→鉆進(高壓擴孔)成孔→安放錨索→注漿→拔套管→安裝腰梁、錨頭錨具→張拉鎖定。

2)施工工藝

(1)土方開挖。土方必須按照分層分段開挖，分層厚度必須與施工工況結(jié)合且不大于2m，下層土開挖前，上層的旋噴錨索必須有10d以上的養(yǎng)護并已鎖定。

(2)樁間土噴錨。當(dāng)支護樁冠梁達到一定強度及預(yù)應(yīng)力錨索鎖定后，方可進行基坑開挖，機械開挖保證與樁的距離不小于10cm，采用人工剔除，保障支護樁間土體的穩(wěn)定，支護樁間采用噴射混凝土護壁，壁厚≥5cm，分兩次噴護，每次2.5cm，噴射混凝土型號為C20。預(yù)應(yīng)力錨索間及以下分二步開挖，工作面噴護混凝土隨挖隨噴，以防流砂。

(3)放線定孔位。開挖后的基坑壁經(jīng)過修整噴錨，按設(shè)計要求的標(biāo)高和水平間距，用水準(zhǔn)儀和鋼尺定出孔位，做好標(biāo)記。

(4)鉆機就位。將旋噴錨桿機對準(zhǔn)已放好的孔位，調(diào)整好角度，由質(zhì)檢員驗收合格后才可開鉆。

(5)鉆孔。選用硬質(zhì)合金高壓旋噴鉆頭(噴頭)，鉆頭側(cè)翼設(shè)置多個噴嘴進行高壓旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)鉆進工藝，錨桿鉆機的深度不應(yīng)小于設(shè)計長度，也不宜大于設(shè)計長度500mm。

(6)安放錨索。錨索體采用鋼絞線制作而成，所使用的鋼絞線強度為1 860MPa，鋼絞線間用隔離架隔開。

(7)注漿。注漿分為常壓注漿，在錨索鉆進到達設(shè)計深度后注漿，注漿壓力為20MPa，孔口大量冒漿即可停止。

(8)張拉鎖定。連梁安裝→安放張拉設(shè)備→第一次張拉(鎖定值的30%)→第二次張拉(鎖定值的70%)→第三次張拉(鎖定值)→鎖定。

當(dāng)水泥漿強度達到75%且不小于5MPa后，可對錨桿進行張拉。錨桿張拉由一套專用設(shè)備進行，即油泵、穿心式千斤頂和錨具。預(yù)應(yīng)力錨桿張拉前應(yīng)做拉拔試驗，以確定張拉力極限，將結(jié)果反饋設(shè)計單位審核，根據(jù)設(shè)計意見張拉預(yù)應(yīng)力錨桿。

5 基坑施工監(jiān)測

5.1 施工監(jiān)測方案

在支護樁頂部設(shè)置了16個水平位移監(jiān)測點，監(jiān)測支護樁的水平位移情況。基坑支護樁上每邊設(shè)置兩條測斜管，監(jiān)測基坑開挖過程中基坑邊的側(cè)向位移情況。在支護階段，每天檢測不少于一次；在支護施工完成后，變形趨于穩(wěn)定的情況下，每周檢測一次。當(dāng)監(jiān)測值超過報警值時，增加監(jiān)測次數(shù)至每天2次。

5.2 監(jiān)測結(jié)果

樁頂水平允許位移值4cm，施工中實際觀測，樁頂最大位移僅為3.7cm；豎向允許位移值3cm，施工中實際觀測，豎向位移值為2.8cm，符合安全性需求。

同時由于高壓旋噴裝施工偏差及施工工藝的問題，基坑南側(cè)及西北側(cè)排樁與旋噴樁未咬合，致使出現(xiàn)局部滲漏水、涌砂情況，邊坡出現(xiàn)空洞。由于基坑變形監(jiān)測到位，及時對空洞灌注混凝土，排樁之間掛網(wǎng)，噴射混凝土,有效封堵漏水及涌砂，保證了基坑邊坡安全。

6 結(jié)論

該工程基坑從開挖到施工結(jié)束，共使用了近半年時間，期間經(jīng)歷了近3個月的雨季考驗，克服了地下水大及流沙等不利的施工條件，對出現(xiàn)的基坑滲漏水及涌砂及時采取封堵措施，由于采取信息化監(jiān)測手段，措施有效，緊鄰基坑北側(cè)鐵路、道路、基坑南側(cè)需保護建筑等沒有因基坑開挖支護而遭到損壞，圓滿地完成了基坑開挖施工。