淺水明挖深基坑圍護(hù)樁支護(hù)技術(shù)研究

王曉軻 WANG Xiao-ke

（中鐵十七局集團(tuán)建筑工程有限公司，太原030000）

0 引言

隨著國家的快速發(fā)展，人民對生活出行要求越來越高，地鐵以安全、快捷、舒適成為大眾出行的首選,引領(lǐng)城市公共交通風(fēng)向標(biāo)。地鐵設(shè)計中主運(yùn)行線路埋深與地下，車輛段設(shè)置與地面，出入線U型槽施工多為深基坑，基坑支護(hù)成為施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在以粉土、砂層伴隨地表水、地下水的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中支護(hù)方式的選擇直接關(guān)系到項目工期、質(zhì)量、安全目標(biāo)，為解決此問題出現(xiàn)了多種支護(hù)技術(shù)，如高壓旋噴樁止水帷幕支護(hù)、土釘墻支護(hù)、樁板墻支護(hù)、圍護(hù)樁支護(hù)等。

在多種施工方法中，受其地質(zhì)、環(huán)保、投資、工期等影響需結(jié)合項目自身進(jìn)行最優(yōu)選擇，高壓旋噴樁止水帷幕支護(hù)適用于承壓水較大、地質(zhì)條件差的施工區(qū)域，其止水、支護(hù)效果好，但施工技術(shù)高、周期長、成本大；土釘墻支護(hù)適用于地質(zhì)條件穩(wěn)定的邊坡支護(hù)，需進(jìn)行放坡開挖，紅線用地較大，而地鐵經(jīng)過區(qū)域多為城市的金融、政治、商業(yè)中心及人口密集地段，紅線用地受限無法設(shè)置；樁板墻支護(hù)適用于地質(zhì)條件穩(wěn)定、地下水較深，僅能完成支護(hù)功能無法實(shí)現(xiàn)止水功能；圍護(hù)樁支護(hù)加樁間噴錨實(shí)現(xiàn)了支護(hù)及止水的雙重功能，也大大節(jié)約成本，紅線用地較小，施工技術(shù)成熟，施工周期短，結(jié)合本項目地質(zhì)及現(xiàn)場條件本文就地鐵出入線采用圍護(hù)樁在淺水情況下明挖深基坑止水、支護(hù)的施工方法、施工關(guān)鍵技術(shù)、監(jiān)控量測進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 項目概況

鄭州南站站后區(qū)間出入線明挖段右線區(qū)間起點(diǎn)里程右CR-K1+100，右線終點(diǎn)里程右CR-K1+665；左線區(qū)間起點(diǎn)里程CR-K1+107.88，左線終點(diǎn)里程CR-K1+671.593。區(qū)間右線長度565m，左線長度563.713m。該段明挖區(qū)間結(jié)構(gòu)頂板覆土厚度最深處1.5m，基坑最深10.25m。區(qū)間明挖段基坑深度大于8m采用圍護(hù)樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，圍護(hù)樁為Φ1000@1500鉆孔灌注樁，樁頂設(shè)冠梁，樁間掛網(wǎng)噴錨，采用Φ6.5@150mm鋼筋網(wǎng)、噴射100mm厚C20混凝土。

2 圍護(hù)樁支護(hù)加樁間噴錨止水施工方法及關(guān)鍵技術(shù)

本工程圍護(hù)樁里程右CR-K1+100～右CR-K1+339，采用￠1000@1500WZ1型和WZ2型兩種型號圍護(hù)樁，WZ1型樁長13.35m，WZ2型樁長15.35m，鉆孔設(shè)備采用2臺潛水鉆，自北向南東西兩側(cè)同時施工，隔一打一。如圖1。

圖1 圍護(hù)樁施工平面示意圖

2.1 施工工藝

平整場地→樁位放樣→組裝設(shè)備→安放鋼護(hù)筒→鉆孔機(jī)就位→鉆至設(shè)計深度停止鉆進(jìn)→提出鉆桿放入鋼筋籠→用混凝土泵向孔內(nèi)泵注混凝土→成樁→樁頭處理→冠梁施工→樁間噴錨。

2.2 樁位放線

使用校驗(yàn)合格的全站儀和鋼卷尺，按第三方測量復(fù)測合格的控制點(diǎn)和加密點(diǎn)，首先測放出四邊樁軸線并外引控制樁，然后采用二次放線法，先在地面測放出樁位，鉆機(jī)人員按樁位中心向下挖深0.5m，寬1.2m的槽道，再精確測放樁位，在樁坑內(nèi)打入木樁，木樁之上打入小鐵釘作為樁位標(biāo)記，報請第三方測量單位和監(jiān)理人員復(fù)核驗(yàn)線并確認(rèn)合格。

2.3 鉆進(jìn)成孔、清孔

鉆孔施工作業(yè)中，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際鉆渣情況對地質(zhì)發(fā)生變化的位置進(jìn)行記錄及取樣，地質(zhì)情況按“地質(zhì)情況記錄表”內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)記錄，取樣工作采用小密封袋收集渣樣樣品，按順序放置在樣品盒內(nèi)，每個樁位處必須配備地質(zhì)渣樣樣品盒，在盒內(nèi)作好標(biāo)識，標(biāo)明各樣品對應(yīng)孔樁的位置、深度、取樣時間、取樣人等信息。

鉆孔及取樣收集工作完成后，繪制現(xiàn)場實(shí)際孔樁地質(zhì)剖面圖，并于設(shè)計地勘報告上的地質(zhì)剖面圖進(jìn)行對比。地質(zhì)相符進(jìn)行下道工序施工，地質(zhì)不符時及時報請監(jiān)理現(xiàn)場確認(rèn)，由設(shè)計單位重新進(jìn)行驗(yàn)算確定最終方案。

成孔后，必須核實(shí)樁端地質(zhì)情況與設(shè)計是否相符。符合設(shè)計要求后方可進(jìn)行孔工作。

2.4 混凝土澆注

混凝土施工前必須完成相關(guān)準(zhǔn)備工作，輸送管道、儲料斗、輸送設(shè)備料斗等需先進(jìn)行濕潤，同時安裝儲料斗隔水及封堵裝置，所有準(zhǔn)備工作完成后準(zhǔn)備水下混凝土施工。首盤混凝土的施工數(shù)量需根據(jù)樁徑、導(dǎo)管長度、導(dǎo)管直徑、水位深度等通過計算確定方量，且要滿足首盤混凝土施工完成后導(dǎo)管埋深≥1m。根據(jù)以上要求，安排混凝土運(yùn)輸車輛將混凝土運(yùn)送到施工現(xiàn)場，使用混凝土輸送設(shè)備按首盤混凝土方量將其送入儲料斗，由鉆機(jī)提起隔水鋼板開始混凝土澆筑，同時輸送設(shè)備連續(xù)進(jìn)行混凝土輸送作業(yè)，直到導(dǎo)管埋置深度大于2m且不小于6m。

混凝土開始澆筑前必須對其性能進(jìn)行試驗(yàn)，不符合要求的嚴(yán)禁使用。需在現(xiàn)場完成常規(guī)試驗(yàn)，包含混凝土的坍落度及和易性?；炷翝仓^程中需進(jìn)行強(qiáng)度及彈性模量試件取樣工作。

2.5 冠梁施工

冠梁開挖放線→土方開挖至設(shè)計底標(biāo)高→支護(hù)樁樁頭破除、鑿平止水樁平土方→冠梁（鋼筋混凝土斜撐）鋼筋安裝、綁扎→模板支護(hù)→混凝土澆搗→竣工驗(yàn)收。

2.5.1 施工前準(zhǔn)備

冠梁施工前準(zhǔn)備工作包含技術(shù)準(zhǔn)備及工作面準(zhǔn)備。技術(shù)準(zhǔn)備主要是進(jìn)行施工放樣確定其中線及高程；工作面準(zhǔn)備關(guān)鍵工序?yàn)橹ёo(hù)樁樁頭破除、鑿平止水樁平土方，支護(hù)樁樁頭破除采用機(jī)械+人工聯(lián)合作業(yè)。

支護(hù)樁樁頭破除采用環(huán)切法進(jìn)行，根據(jù)設(shè)計標(biāo)高確定破除位置進(jìn)行環(huán)切且不得切傷主筋。為確保破除施工中支護(hù)樁主筋不被鑿傷，主筋區(qū)域使用風(fēng)鎬人工鑿除，將主筋與樁身混凝土全部剝離外向外側(cè)拉出。完成上述工作后即可進(jìn)行樁芯混凝土破除工作，使用風(fēng)鎬環(huán)向水平鑿進(jìn)將樁芯斷開利用機(jī)械將其移走，同時進(jìn)行浮碴及表面清理工作完成冠梁施工前準(zhǔn)備工作。

2.5.2 冠梁施工

所有準(zhǔn)備工作完成后開始模板安裝工序施工。根據(jù)現(xiàn)場放樣的中線及標(biāo)高進(jìn)行安裝作業(yè)，模板安裝必須保證中線、高程、平整度、連接牢固、鋼筋保護(hù)層厚度滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

內(nèi)側(cè)采用光亮、平整、堅固的膠合板模板，模板縱肋共設(shè)置8處，采用直徑48mm腳手架鋼管，分別布置于冠梁兩側(cè)、頂部、底部，每個部位布置兩處，貫通布置。調(diào)直斜撐采用40mm×60mm的松枋，其間距≦50cm，加固采用直徑12mm全冴螺桿配蝴蝶扣進(jìn)行對拉確保結(jié)構(gòu)尺寸。

冠梁混凝土施工應(yīng)連續(xù)澆筑一次成型。澆筑過程中混凝土由一側(cè)向另一側(cè)分層施工。一般情況下成斜向分層澆筑，分層厚度不得超標(biāo)且必須在初凝前搭接了確保砼的聯(lián)結(jié)性，分層處采用插入式振動棒與混凝土面成斜角斜向插入振搗，振動過程中必須插入下層混凝土10cm以上直至上表面泛漿，確保上下層混凝土聯(lián)結(jié)密實(shí)，澆筑到設(shè)計標(biāo)高后待混凝土初凝后進(jìn)行抹面收漿工作。同時根據(jù)施工方案要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作確保混凝土質(zhì)量。

2.6 圍護(hù)樁間噴錨

圍護(hù)樁間C20噴射混凝土厚約80mm，混凝土內(nèi)設(shè)8@150X150鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片搭接長度不小于300mm，鋼筋釘與掛網(wǎng)鋼筋采用梅花形布置，豎向間距1200mm，鋼筋與鋼筋網(wǎng)牢固連接。

2.6.1 施工準(zhǔn)備

噴射前，將斜坡松軟土層人工清掃干凈及修整邊坡。噴射作業(yè)按照開挖順序及開挖深度分層分段進(jìn)行，前一次混凝土終凝后方可進(jìn)行下一次混凝土噴射作業(yè)。邊坡每次噴射厚度為10cm，樁間噴射厚度為8cm，噴射2-4小時之間結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況根據(jù)凝結(jié)狀況進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間一般為7-14天。

2.6.2 施工工藝

樁間掛網(wǎng)噴射砼施工工藝流程詳見圖2。

圖2 樁間掛網(wǎng)噴砼施工工藝流程圖

2.6.3 人工刷壁

在機(jī)械挖土后，人工清理樁間坑壁，以保證樁間坑壁面的平順、無土。

2.6.4 錨桿施工

根據(jù)圖紙尺寸預(yù)先在加工場將錨桿制作成型，采用風(fēng)動鑿巖機(jī)或錨桿鉆機(jī)按放樣點(diǎn)位進(jìn)行鉆孔作業(yè)直至設(shè)計深度，同時采用高壓風(fēng)清孔；用改性環(huán)氧樹脂膠黏劑注入孔內(nèi)；及時將制作成型的錨桿桿體安裝于孔內(nèi)，安裝錨桿墊板。

2.6.5 鋼筋網(wǎng)施工

以現(xiàn)場綁扎的方式施工鋼筋網(wǎng)。作業(yè)時，在噴底層砼后，先設(shè)定位鋼釘，定位鋼釘同時控制噴層厚度，之后根據(jù)掛網(wǎng)鋼筋間距20cm對樁基側(cè)面進(jìn)行鉆孔，植筋鉆孔直徑22mm，鉆孔深度為不小于53cm（33d），植入φ16鋼筋，填充改性環(huán)氧樹脂膠黏劑（A級或B級膠），將鋼筋網(wǎng)通過植筋與樁基連接成整體，最后綁扎鋼筋網(wǎng)，焊接水平和縱向加強(qiáng)筋并與上下左右相鄰幅面鋼筋網(wǎng)和錨桿相接連形成整體。鋼筋網(wǎng)搭接長度及允許偏差必須符合設(shè)計及規(guī)范要求。在面層范圍內(nèi)間隔0.8m設(shè)置φ12mm鋼筋釘，入射角度15°，鋼筋釘長1.9m，端頭彎折10cm與鋼筋網(wǎng)綁扎。鋼筋采用雙面焊接方式接長，焊接長度≥5cm。

2.6.6 噴射砼施工

面層總厚度為12cm，分兩次噴射C25混凝土，對坑壁進(jìn)行清理且達(dá)到初噴標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行第一次施工，先初噴5cm厚的混凝土，隨之進(jìn)行鋼筋網(wǎng)安裝并經(jīng)檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行復(fù)噴混凝土7cm厚至設(shè)計厚度。

2.6.7 噴射混凝土配合比的設(shè)計與控制要點(diǎn)

混凝土配合比的設(shè)計直接影響混凝土的質(zhì)量及結(jié)構(gòu)安全性能，同時對施工工期成本也會產(chǎn)生較大影響，尤其是噴射混凝土的配合比必須根據(jù)其施工工藝、施工方法、原材料情況等因素進(jìn)行設(shè)計，本項目采用潮噴法施工。

潮噴法的配合比的設(shè)計方法主要需確定水泥用量、砂率、水灰比等指標(biāo)，同時還需考慮回彈量、成本、強(qiáng)度等問題。首先需確定水泥用量，水泥用量不能太小也不宜太大，水泥用量太大，噴射混凝土易出現(xiàn)干縮及開裂影響質(zhì)量及強(qiáng)度，同時成本也會增加，因此必須選用合理的水泥用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)水泥用量宜為375-450kg/m2；其次結(jié)合水泥用量確定合理的砂率，結(jié)合當(dāng)?shù)卦牧锨闆r進(jìn)行最優(yōu)選擇，一般采用中砂或中粗砂，砂率宜為45%-55%；最后根據(jù)水泥用量、砂率、空氣濕度、原材料含水量等指標(biāo)確定水灰比，宜為0.4-0.5，水灰比的選用需最大可能保證回彈量小、粘結(jié)力高、不產(chǎn)生粉塵干斑砂窩情況。

在每次施工時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況（如溫度、巖壁類別變化、作業(yè)隊伍水平）對水灰比進(jìn)行微調(diào)確保達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.6.8 噴射混凝土養(yǎng)護(hù)措施

噴射混凝土養(yǎng)護(hù)直接關(guān)系到施工質(zhì)量及支護(hù)安全問題，養(yǎng)護(hù)達(dá)標(biāo)混凝土強(qiáng)度會隨齡期延長而達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，這種情況是針對于普通混凝土而言，但噴射混凝土不同于普通混凝土，受其存在的施工區(qū)域及工作作面影響，其邊坡的溫度較高和空氣比較干燥使其水化的程度更低會造成混凝土質(zhì)量問題，因此噴射混凝土養(yǎng)護(hù)必須保證混凝土有足夠的水分使其充分水化而達(dá)到強(qiáng)度。本項目采用多頻次灑水養(yǎng)護(hù)，同時配備噴淋裝置確?？諝鉂穸燃盎炷帘砻娴臐穸取?/p>

3 監(jiān)控量測

3.1 基坑監(jiān)測對象

施工期間，根據(jù)監(jiān)測方案對基坑進(jìn)行監(jiān)控量測。監(jiān)控量測內(nèi)容為：排樁頂水平位移及豎向位移、掛網(wǎng)噴混邊坡水平位移及豎向位移。

3.2 基坑支護(hù)監(jiān)測實(shí)施

監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置必須滿足監(jiān)測要求且各點(diǎn)之間需通視，確定好監(jiān)測點(diǎn)后隨之進(jìn)行各點(diǎn)位的埋設(shè)工作，埋設(shè)點(diǎn)位應(yīng)標(biāo)志明顯便于尋找，同時點(diǎn)位必須埋設(shè)牢固。監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)根據(jù)待監(jiān)測基坑輪廓線進(jìn)行設(shè)置，周邊中部、變換處均應(yīng)設(shè)置及加密監(jiān)測點(diǎn)。排樁頂水平位移及豎向位移、掛網(wǎng)噴混邊坡水平位移及豎向位移監(jiān)測點(diǎn)宜為共用點(diǎn)。在分級放坡坡頂和基坑頂部同時設(shè)置觀測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)水平間距≦20m，每邊監(jiān)測點(diǎn)數(shù)≥3個。具體監(jiān)測點(diǎn)的布置根據(jù)設(shè)計單位確定的位置布設(shè)。

基坑支護(hù)實(shí)施過程中，每天監(jiān)測頻次不少于l-2次，基坑支護(hù)完成后，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定基坑變形趨于穩(wěn)定的情況下可適當(dāng)調(diào)整減少監(jiān)測次數(shù)。

在施工開挖過程中，現(xiàn)澆工作基坑頂部的側(cè)向水平位移不得超過3cm，基坑頂部的豎向位移不得超過2cm，基坑底部周邊的豎向位移不得超過3.5cm，位移監(jiān)控值變形出現(xiàn)突變或超出控制值時，要加強(qiáng)觀測，及時將位移、沉降變形情況反饋給設(shè)計單位，分析原因并會同各有關(guān)部門采取加固措施。

3.3 監(jiān)測報警值

當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移值達(dá)到下表開挖深度范圍內(nèi)相應(yīng)報警值時，應(yīng)密切加強(qiáng)觀察，分析原因并及時將實(shí)際情況反映給設(shè)計單位，采取有效的加固措施。根據(jù)設(shè)計圖紙，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級為一級，設(shè)計使用期限為50年，基坑等級為一級。

表1 基坑監(jiān)測報警值

通過精密的監(jiān)控量測本項目采用圍護(hù)樁支護(hù)加樁間噴錨在淺水情況下進(jìn)行明挖深基坑止水、支護(hù)，所有監(jiān)測項目符合要求，確保安全穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

圍護(hù)樁支護(hù)加樁間噴錨在鄭州市南四環(huán)至鄭州南站地鐵二期工程土建施工C合同段站后區(qū)間出入線明挖段施工時作為支撐支護(hù)及止水成功應(yīng)用，與其它支護(hù)技術(shù)對比，施工過程中以最低限度破壞城市原貌，有效的保護(hù)城市的金融、政治、商業(yè)中心，最小的紅線用地實(shí)現(xiàn)了節(jié)地的節(jié)能目標(biāo)，在實(shí)際施工過程中經(jīng)過圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、豎向位移、地表沉降監(jiān)測實(shí)現(xiàn)了位移、沉降零目標(biāo)，樁間噴錨的配合實(shí)施有效解決淺水區(qū)域地表水、地下水止水目標(biāo)，經(jīng)過有效實(shí)施及關(guān)鍵技術(shù)控制最終實(shí)現(xiàn)工期提前、成本降低、安全穩(wěn)固、質(zhì)量優(yōu)質(zhì)、節(jié)能環(huán)保，為同類施工總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。