飽和粉細砂層深基坑開挖支護技術(shù)

何建華

摘要：深基坑在開挖過程中，易出現(xiàn)塌方、突涌、涌砂、開挖速度慢、支護不穩(wěn)固等惡劣情況。其主要地質(zhì)情況表現(xiàn)為河流沖刷層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層、粉細砂層、新進沉積層等不良地層。本文通過在深基坑開挖過程中對支護體系的改進及對開挖方法等一系列技術(shù)措施研究，逐步完善開挖方法、支護方法、工序?qū)拥汝P(guān)鍵技術(shù)，使之加快開挖速度，解決在粉細砂地層中開挖速度慢、支護不穩(wěn)定、塌方面積大等問題。

Abstract： During the excavation process， deep foundation pits are prone to severe conditions， such as， landslides， inrush， sand blasting， slow excavation， and unstable support. The main geological conditions are the river erosion layer， the Quaternary Upper Pleistocene alluvial deposit， the Quaternary Holocene alluvial deposit， the fine sand layer， the new sedimentary layer and other unfavorable strata. Through the research on the improvement of the support system and a series of technical measures of the excavation method during the excavation process of the deep foundation pit， this paper gradually improves the key technologies such as excavation method， support method and process docking， to speed up the excavation and solve the problems of slow excavation， unstable support and large collapse in the fine sand formation.

關(guān)鍵詞：深基坑;開挖;支護技術(shù);施工方法

Key words： deep foundation pit;excavation;support technology;construction method

中圖分類號：TU753 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0105-04

1 ?概述

1號風(fēng)井位于東莊站北側(cè)，頂板覆土約6.5m。區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，右線起始里程K26+750.820，終止里程為K30+186.000，線路總長度為3435.180m。風(fēng)井長為28.2m，寬為13.8m，底板埋深約為32.95m，其中土釘支護段深約4.95m，采用？準110（C25）土釘，間距1200×1200，坡度1：0.5，土釘墻與圍護樁間最小平臺寬度1.5m;圍護樁樁長39m，嵌入深度11m。

風(fēng)井采用明挖法施工，結(jié)構(gòu)型式為地下五層兩跨箱型框架結(jié)構(gòu)，主體圍護采用？覬1000@1300圍護樁，樁間掛網(wǎng)噴C20射混凝土支護（厚度為80mm）。風(fēng)井主體圍護結(jié)構(gòu)采用土釘支護+樁撐支護體系，具體為Φ1000@1300圍護樁+7道支撐及1道倒撐采用？覬609，t=16mm鋼管+土釘墻支護，其中首道撐為鋼筋混凝土支撐，其余為鋼支撐。（圖1）

1.1 周邊環(huán)境及地質(zhì)情況

本工程北側(cè)距離滹沱河南岸約900m，東北側(cè)有一跑馬場，建筑物主要形式為磚混，西南側(cè)為居民用地。場區(qū)處滹沱河中下游地段，沉積著較厚的飽和沙質(zhì)粉土層，砂層間存在少量卵石、黃土狀粉質(zhì)黏土及礁石層，地質(zhì)分層表如圖2。

1.2 水文地質(zhì)及地下水評價

在場地附近范圍內(nèi)進行勘察鉆探，鉆深最大深度為60m，未能實測到地下水位。根據(jù)收集附近地下水位資料，擬建設(shè)石家莊地鐵1號線二期北沿部分存在一層地下水，類型為潛水，埋深為41～44m，水位標高21～22m。本工程結(jié)構(gòu)底標高為30.101m，施工時無需采用降水措施。

潛水對混凝土結(jié)構(gòu)本身具有微腐蝕性，在長期浸水的條件下對鋼筋具有微腐蝕性，在干濕交替的環(huán)境下對混凝土中的鋼筋具有腐蝕性。由于本工程最低標高為30.101m，距地下水位約10m范圍，無需采取降水措施。

2 ?基坑開挖支護方案

2.1 基坑圍護結(jié)構(gòu)及支撐

本基坑采用？覬1000@1300圍護樁加混凝土、鋼支撐支護體系，第一道為混凝土支撐，其余六道為鋼支撐，共為七道支撐。基坑內(nèi)土方開挖過程中無需降水施工，面層采用掛網(wǎng)噴射C20混凝土支護，厚度為8cm，其結(jié)構(gòu)形式如圖3。

2.2 土方開挖

2.2.1 開挖原則

開挖應(yīng)分段、分層進行，在完成上一層作業(yè)面的錨桿注漿與噴射混凝土之前，不得進行下一層的土方開挖。開挖和支護施工交替進行。每步開挖深度為1.2m，嚴格控制開挖深度，不得超挖，其中遇到砂層時每步開挖深度不得大于1m，如果砂層穩(wěn)定性較差應(yīng)進一步減少每步開挖深度。開挖完成后采用小型機具或鏟鍬進行削坡處理，使其形成平滑穩(wěn)定的坡面以便于施工，在修整好的坡面上埋設(shè)噴射混凝土厚度的標志，根據(jù)土釘?shù)拇蛉胄倍刃拚ぷ髌脚_，快速進行支護施工。開挖邊坡應(yīng)盡量縮短邊坡土體裸露的時間，速挖速支，確保及時完成開挖和支護。

2.2.2 開挖方法

①冠梁以下土方開挖“橫向自西向東分區(qū)推進”的順序進行開挖，第一層直接采用大型反鏟挖掘機開挖、直接裝車外運。見圖4。

②第二層土方采用中間拉槽開挖（中槽深度3.3m、槽底寬5m，中槽邊坡坡率采用1：0.75），并放置挖掘機械進入中槽內(nèi)。

③待土方開挖至鋼支撐下部500mm時，安裝鋼圍檁并及時架設(shè)支撐，采取防墜落措施，然后將第三層土方倒至第二層挖掘面，第二層土方挖掘機配合第三層土方挖掘機翻土、轉(zhuǎn)土。（圖5）

④下一層土方開挖至第三道支撐以下0.5m后，安裝鋼圍檁及鋼支撐，縱向拉中槽（中槽深度3.3m、槽底寬5m，中槽邊坡坡率采用1：0.75），放置挖掘機械進入中槽內(nèi)，采用2臺反鏟挖掘機開挖以下的土方，采用汽車吊進行垂直運輸出土。以此類推至第七階段。（圖6）

⑤開挖至基坑底以上20cm時，采用人工配合小型挖機進行清土，收尾段土方采用汽車吊垂直出土，最后將小型挖機吊出基坑。

2.3 樁間網(wǎng)噴支護施工

樁間噴射混凝土強度為C20，噴射厚度為80mm。鋼筋網(wǎng)為？準8@150×150，鋼筋網(wǎng)采用Φ16鋼筋釘錨入土體內(nèi)固定，長度為1m，豎向間距為1.2m，橫向間距與樁間同距，樁內(nèi)掛網(wǎng)鋼筋采用Φ14植筋設(shè)置，長度250mm，豎向間距1.2m，錨固在樁內(nèi)的長度不小于150mm，鋼筋網(wǎng)與橫向拉筋采用鐵絲綁扎鏈接，橫向拉筋與掛網(wǎng)鋼筋采用單面焊接。施工時，邊開挖土方、邊修坑壁、邊噴射C20混凝土，同時人工收面找平。

3 ?基坑支護

3.1 滲透注漿支護

本工程基坑圍護樁采用C35水下混凝土，樁徑為1000mm，間距為1300mm，嵌入深度均為11m。由于本地區(qū)處滹沱河中下游地段，土類型均為粉細砂，粒徑在0.25～0.65mm之間的占比近70%，在土方開挖過程中樁間土裸露時間過長易造成沙土內(nèi)水分遷移，水分遷移過多導(dǎo)致土體穩(wěn)定性降低，為使土層內(nèi)土體保持在較穩(wěn)定的狀態(tài)，在噴射面層混凝土前進行一系列的滲透注漿處理，采取滲透注漿處理可將土體四周形成一個整體，使之滲透系數(shù)減小，形成注漿加固圈，讓土體更加穩(wěn)定。

深基坑開挖前在淺基坑四周設(shè)置注漿孔進行滲透注漿加固處理，注漿位置均勻分布在基坑四周，共32個注漿孔，孔深設(shè)置為32.95m，孔徑為5cm，間距為3.3m，距離基坑圍護樁月3m范圍內(nèi)。滲透注漿在一定壓力的作用下漿液在土體中滲透并凝固，漿液滲透土層空隙后，孔隙中的自由水和氣體排出土體外，漿液在注漿過程中由于壓力較小對原有土體結(jié)構(gòu)不會造成失穩(wěn)現(xiàn)象，能使之土體更加的穩(wěn)定。注漿后在基坑周邊設(shè)置地表沉降觀測點，對比滲透注漿后累計沉降值的變化速率。

滲透注漿孔孔口排布及注漿口剖面詳見圖8-圖9。

注漿后土層中的空隙得到了有效的填充，土體在經(jīng)過注漿后在不同程度上受到了壓縮密實和固結(jié)，地表累計沉降值減小，塑性提高。

3.2 樁間網(wǎng)噴支護

樁間噴射混凝土支護是采用C20混凝土，鋼筋？準8，間距為150mm的鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)到樁立面上，相互搭接300mm，利用水平筋和豎向鋼筋進行固定，然后噴射混凝土。

在噴射混凝土過程中由于面層砂土裸露時間過長，噴射上去的混凝土隨著砂土一同脫落，混凝土不能與土體相互黏貼，造成噴錨面閉合不及時，如遇陰雨天氣，面層砂土?xí)粵_刷，導(dǎo)致基坑失穩(wěn)。

由于在噴射混凝土?xí)r面層不同程度的脫落掉渣現(xiàn)象引起質(zhì)量問題，不能給后期施作防水提供更好的基面，造成防水被擠壓破壞。引起掉渣問題主要表現(xiàn)在土方開挖后基坑卸力，支撐支護不及時，在加上本地區(qū)處粉細砂土層，土層中暴露時間過長造成水分流失，使土體失去穩(wěn)定性，造成輕度流沙現(xiàn)象。噴射混凝土?xí)r噴口距離作業(yè)面較近，沖擊力度較大，面層失去穩(wěn)定能力，黏貼性下降。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在網(wǎng)片內(nèi)部鋪設(shè)一層0.5mm*0.5mm規(guī)格的鋼絲網(wǎng)，一是防止粉細砂土坍塌脫落，二是在噴射混凝土?xí)r能與鋼絲網(wǎng)粘結(jié)在一起，提高噴錨工作效率，使面層減少脫落，具體做法如圖10。

在每層土方開挖完成后，及時對樁間土進行加固處理，首先在圍護樁兩側(cè)植入一根C16，長度為40cm的短鋼筋，目的是為加固焊接水平筋，把鋼絲網(wǎng)放置在鋼筋內(nèi)側(cè)貼住土層，然后在鋼筋外側(cè)放置？準8的鋼筋網(wǎng)片，隨后處理完成后對面層噴射混凝土，噴射時嚴格按照設(shè)計要求進行。噴射時噴頭距圍護樁面控制在1.0～1.2m范圍內(nèi)，風(fēng)壓控制在0.3～0.5MPa，噴射嘴a=90°。噴頭形成螺旋狀運動，后一圈壓前一圈三分之一，噴射線路要自下而上，呈現(xiàn)“S”形運動?；炷羾娚浞謨纱芜M行，第一次噴射厚度3～5cm，第二次噴至設(shè)計厚度8cm。后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進行，兩次間隔時間控制在40～60分鐘，操作時嚴格控制風(fēng)壓。

增設(shè)鋼絲網(wǎng)后混凝土噴射時粘結(jié)力更強，脫落現(xiàn)象減少，面層有效的得到了改善。

4 ?結(jié)束語

本基坑靠近滹沱河中下游地段，土層均為粉細砂土，土層中含水率較高穩(wěn)定性差。這些因素直接影響基坑開挖施工速度，噴錨面質(zhì)量及整體穩(wěn)定性，從而影響基坑支護結(jié)構(gòu)的施工效果，設(shè)計通過基坑四周滲透注漿和網(wǎng)片內(nèi)增加鋼絲網(wǎng)，增強外部土層固結(jié)力的同時防止了面層粉細砂土脫落現(xiàn)象，解決了基坑開挖遇飽和粉細砂層土的穩(wěn)定性。

施工實踐證明，本工程通過對飽和粉細砂層樁間網(wǎng)噴鋼筋網(wǎng)片內(nèi)部放置鋼絲網(wǎng)和滲透注漿，解決了基坑整體的穩(wěn)固性及噴錨面的施工質(zhì)量，由此證明施工解決方法是有限可行的，可為后期同類工程所借鑒！

參考文獻：

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