高壓旋噴加筋水泥土錨樁在基坑工程中的應(yīng)用

陳忠磊 戚旭東

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化建設(shè)速度也在不斷加快，人們對城市基礎(chǔ)設(shè)施以及交通等需求日益增加。然而由于地質(zhì)條件限制等因素導(dǎo)致許多基坑工程事故頻發(fā)，造成嚴(yán)重的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。近年來，國內(nèi)外針對錨樁施工的研究越來越多，但是高壓旋噴加筋水泥土錨固技術(shù)在我國還處于起步階段。

1.高壓旋噴加筋水泥土錨樁工程地質(zhì)

1.1 高壓旋噴加筋水泥土錨樁沉降情況

在基坑工程施工過程中，高壓旋噴加筋水泥土錨樁施工是一種特殊的技術(shù)。它可以對地基土進(jìn)行加固。當(dāng)旋挖鉆孔位置出現(xiàn)一些變化或者不均勻的地質(zhì)狀況；在開挖深度較深、地層比較復(fù)雜或地下水位高等條件下產(chǎn)生了一定程度的地表隆起和地面沉陷現(xiàn)象，導(dǎo)致基坑工程無法順利開展，最終造成施工失敗并影響整個(gè)城市的建設(shè)質(zhì)量。水文特性是指鉆孔的深度以及旋噴射參數(shù)，包括巖石性質(zhì)、地基土層類型和地層結(jié)構(gòu)等?；娱_挖采用鉆井液注入法時(shí)，在實(shí)際工程施工中會(huì)出現(xiàn)很多影響因素。例如，地質(zhì)條件與環(huán)境情況，基坑內(nèi)周圍存在的地下水位變化等問題都會(huì)造成水文特性發(fā)生改變，導(dǎo)致樁身變形以及塌陷。在基坑工程中，地下水位高，土層厚度大。因此需要將其作為一種特殊的地質(zhì)條件[1]。當(dāng)遇到地下水時(shí)就會(huì)出現(xiàn)地面塌陷情況、地表裂縫等問題；同時(shí)由于水具有流動(dòng)性和不可逆性而不能進(jìn)行正常施工工作等一系列因素都可能造成高壓旋噴加筋樁發(fā)生改變，影響到整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

1.2 深基坑開挖受力狀況

在現(xiàn)場進(jìn)行深挖作業(yè)時(shí)，需要對地基基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)面實(shí)施必要的加固；同時(shí)要注意防止出現(xiàn)沉降、下沉或坍塌現(xiàn)象。如果基坑底板有裂縫或者傾斜位移過大時(shí)，就會(huì)影響整個(gè)工程的安全，因此必須做好相應(yīng)的預(yù)防工作，并及時(shí)處理問題，以保證質(zhì)量。在基坑開挖過程中，由于土體的壓力較大，當(dāng)坡面沒有發(fā)生位移或沉降時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)不均勻狀況，這也是在施工期間產(chǎn)生支護(hù)樁變形的原因。當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度不足或者是錨桿與圍巖之間存在一定距離時(shí)，可能造成應(yīng)力集中現(xiàn)象。地下水位高而引起基坑開挖過程中的土體壓力較大，從而使其發(fā)生位移或沉降現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)坍塌事故。

1.3 高壓旋噴加筋水泥土錨樁的穩(wěn)定性

在基坑工程施工過程中，為了保證地基的穩(wěn)定性，需要對錨樁進(jìn)行有效控制，確保其具有安全穩(wěn)定性。

（1）旋噴加筋水泥土錨固區(qū)的沉降、下沉及變形等參數(shù)均應(yīng)符合規(guī)范要求。

（2）當(dāng)土層厚度大于30m 時(shí)可以采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)提高抗?jié)B能力；而在基坑工程施工過程中如果遇到地質(zhì)條件不允許的情況，要注意對鉆孔深度進(jìn)行控制，避免發(fā)生塌方事故。

（3）水泥土攪拌過程。當(dāng)土層處于松散狀態(tài)時(shí)，如果出現(xiàn)了含水量高、沉降不均勻等情況，就會(huì)導(dǎo)致樁身與地面產(chǎn)生較大摩擦力，而使其不能有效發(fā)揮作用。為了保證在基坑開挖期間施工安全和工程質(zhì)量要求，必須嚴(yán)格把控好加筋材料的選擇以及用量問題，從而確保錨固效果能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.高壓旋噴加筋水泥土錨樁在基坑工程中出現(xiàn)的問題

高壓旋噴樁在基坑工程中的應(yīng)用是利用鉆機(jī)將泥漿注入到土層中，使土壤結(jié)構(gòu)得以改變。遇到一些軟土地基的情況，就會(huì)出現(xiàn)塌陷或擠壓變形等問題，所以，需要采取一定措施進(jìn)行處理和加固變位，以便應(yīng)對可能發(fā)生的沉降、開裂或者滲漏現(xiàn)象。因此有必要對高壓旋噴樁施工過程中所需的各種設(shè)備材料選擇具有相應(yīng)參數(shù)值的錨具。在基坑工程施工過程中，由于土體的承載能力、變形特點(diǎn)等會(huì)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的問題。其中地基是影響樁基的主要原因之一[2]。地基穩(wěn)定性較差或不均勻沉降有可能發(fā)生塌方事故。也有一部分是因?yàn)楹奢d過大引起地下水位過高或者地質(zhì)條件不好。此外，基坑開挖深度較深就容易產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象，從而對工程施工安全和質(zhì)量帶來不利影響。鉆孔間距過大，施工工藝不完善，導(dǎo)致樁底沉渣難以處理，影響錨固效果。在開挖過程中，發(fā)現(xiàn)泥漿池不夠多而沒有進(jìn)行及時(shí)清理。為防止基坑塌方和降水對工程的不利影響及工期延誤等問題，出現(xiàn)了臨時(shí)工措施與土體位移監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)度與現(xiàn)場實(shí)際情況相符合，否則將不能準(zhǔn)確掌握樁位沉渣深度，使錨固效果變差、不穩(wěn)定，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。在施工過程中，由于施工人員沒有根據(jù)土層的承載力進(jìn)行錨樁支護(hù)，使錨桿與墻體發(fā)生碰撞。在開挖深度超過規(guī)定范圍后出現(xiàn)了沉降量超限值現(xiàn)象；因?yàn)榈叵滤惠^高、挖方距離較長等原因?qū)е碌鼗痪鶆蛳鲁梁突又苓吔ㄖ锂a(chǎn)生傾斜等情況，都會(huì)影響施工安全。

3.高壓旋噴加筋水泥土錨樁現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1 高壓旋噴加筋水泥土錨樁監(jiān)測

高壓旋噴加筋水泥土錨樁基坑監(jiān)測的目的在于通過對其進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，將數(shù)據(jù)記錄下來，為后期施工提供依據(jù)。在沉降、穩(wěn)定的地基上設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)主要是為了防止出現(xiàn)沉降及位移較大情況下的工程質(zhì)量問題。同時(shí)，也可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境和土層特點(diǎn)采取相應(yīng)技術(shù)手段保證樁基穩(wěn)固性與安全性。對現(xiàn)場進(jìn)行觀測時(shí)，必須注意觀察地下結(jié)構(gòu)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理安全隱患。在基坑工程施工過程中，要對可能出現(xiàn)的突發(fā)情況進(jìn)行及時(shí)處理，防止發(fā)生事故。高壓旋噴加筋水泥土錨樁技術(shù)是一種新型的深挖擋墻工藝。它采用預(yù)壓力噴射法實(shí)現(xiàn)開挖深度不大于500mm、支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度超過5Mpa。傳統(tǒng)使用單側(cè)注漿加固方法時(shí)，需要將基坑工程設(shè)計(jì)成一定長度和間距進(jìn)行施工，在實(shí)際應(yīng)用過程中往往會(huì)出現(xiàn)超長或過短現(xiàn)象。

3.2 高壓旋噴加筋水泥土錨樁加固效果

現(xiàn)場觀測的目的是通過對施工場地內(nèi)土體、周圍環(huán)境和地下構(gòu)筑物進(jìn)行全面準(zhǔn)確測量，確定各種工程量，以便為后續(xù)工作提供可靠依據(jù)。在基坑開挖時(shí)，應(yīng)及時(shí)向設(shè)計(jì)單位及監(jiān)理工程師匯報(bào)。同時(shí)還應(yīng)該注意的是：當(dāng)施工過程中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件變化或有異常情況發(fā)生時(shí)要立即停止現(xiàn)場作業(yè)。如遇以上問題要立即報(bào)告建設(shè)方、勘察部門和業(yè)主代表進(jìn)行處理[3]。

樁基的承載力和地基土的強(qiáng)度是評價(jià)其質(zhì)量好壞的主要指標(biāo)，也就是影響鉆孔施工安全與否，因此，在基坑工程中使用旋噴加筋水泥土錨固技術(shù)進(jìn)行加固支護(hù)十分重要。旋挖沉陷法具有處理簡單、成本低等特點(diǎn)，但是它對周邊環(huán)境要求較高，容易造成周圍土層出現(xiàn)不均勻下沉現(xiàn)象和變形問題的地方不太適用，其施工工期較長且造價(jià)昂貴。高壓旋噴加筋水泥土錨樁施工的過程中，需要對基坑土質(zhì)進(jìn)行處理，才可保證地基穩(wěn)定性。在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常采用噴射預(yù)壓力，通過使用鉆孔機(jī)、泥漿泵等設(shè)備將水泥砂漿液注入地下封閉空間內(nèi)的噴嘴中，同時(shí)利用泥灰比較大、具有較高強(qiáng)度和較強(qiáng)抗沖擊能力的水對基坑土層進(jìn)行深層處理。

4.高壓旋噴加筋水泥土錨樁的數(shù)值模擬與方案

在工程施工過程中，需要對實(shí)際情況進(jìn)行分析，而這些數(shù)據(jù)是通過數(shù)值模型實(shí)現(xiàn)的。因此建立一個(gè)合理、科學(xué)的參數(shù)設(shè)置顯得尤為重要[4]。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和理論公式可以得到以下幾個(gè)因素：

（1）基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)面大小與地基土壓力。

（2）基坑開挖深度及寬度以及地下水位。

（3）樁間距、長度等條件。

其中，最主要的是樁長比和設(shè)計(jì)值對實(shí)際工程的影響。根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及經(jīng)驗(yàn)等資料計(jì)算出相應(yīng)數(shù)量下各樁位、底板、墊層及土方開挖后土體應(yīng)力大小和塑性區(qū)范圍，然后再將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入公式中分析其可能出現(xiàn)的問題并加以解決，最后把所有數(shù)值帶入模型中。

錨樁施工過程中，首先在基坑開挖深度內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，通過運(yùn)用數(shù)值模擬軟件計(jì)算出相應(yīng)數(shù)據(jù)，錨固土層力學(xué)性能分析，利用三維有限元計(jì)算平臺建立該材料應(yīng)力應(yīng)變模型；采用網(wǎng)格劃分方式將整個(gè)區(qū)域劃分為若干個(gè)單元體結(jié)構(gòu)。其中，每個(gè)單元體內(nèi)都存在不同的受力狀態(tài)和應(yīng)力場等各種參數(shù)值點(diǎn)。旋噴加筋水泥土錨樁施工過程中，需要對基坑周邊的環(huán)境進(jìn)行勘察。了解其周圍地層土質(zhì)分布情況、地下水文條件以及地下水位變化規(guī)律等。在實(shí)際工程開挖時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

（1）應(yīng)盡量減少挖方高度，避免出現(xiàn)沉降或位移。

（2）應(yīng)盡可能降低泥漿護(hù)壁作用和灌注要求。

（3）施工前做好準(zhǔn)備工作，為鉆孔提供一定的支撐力及穩(wěn)定地基，防止土體發(fā)生變形而影響地基穩(wěn)定性。

5.總結(jié)

本文通過對某錨井基坑工程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)的問題并總結(jié)出以下幾個(gè)原因：

（1）在施工過程中沒有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求執(zhí)行，導(dǎo)致現(xiàn)場施工存在一定安全隱患，為防止發(fā)生事故，需加強(qiáng)管理。

（2）由于該樁型較深且地基承載力較大、開挖深度比較廣等因素導(dǎo)致錨固加筋管失效，所以要采取相應(yīng)措施來降低其失穩(wěn)程度，在基坑工程開挖前，需做好排水工作，根據(jù)實(shí)際情況選擇合理方法確定排溝寬度和深度。同時(shí)，注意挖土高度以及降水井與場地標(biāo)高之間的有效結(jié)合關(guān)系。最后，通過現(xiàn)場實(shí)地勘察并結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求制定出切實(shí)可行的施工方案，以保證工期、質(zhì)量及成本控制。