微型樁+錨桿組合式支擋結(jié)構(gòu)在濕陷性黃土地區(qū)基坑中的應(yīng)用

古 剛

(中鐵二十局集團(tuán)第六工程有限公司，陜西 西安 710032)

0 引言

隨著城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市道路改造項目越來越多，如何保證既有道路的安全運營和穩(wěn)定顯得尤為重要，如地下通道改造、既有道路接駁、管線改造、地下商場及停車場建造等，地下工程往大深度方向發(fā)展給基坑支護(hù)施工帶來許多困難。微型樁具有施工機(jī)具小、施工振動及噪聲小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于狹窄環(huán)境的施工作業(yè)，尤其適用于公害受到嚴(yán)格控制的市區(qū)。本文結(jié)合濕陷性黃土地層中微型樁+錨桿支擋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，通過對設(shè)計方案比選、施工工藝及質(zhì)量控制措施、邊坡監(jiān)測等方面進(jìn)行分析和總結(jié)，為后期相似環(huán)境地區(qū)施工提供借鑒。

1 工程概況

本工程位于西安市文化商務(wù)區(qū)南三環(huán)輔路，工程北起和諧路，東至翠花南路，道路全長753.055m，道路等級為城市支路。南三環(huán)輔路K0+400—K0+650南側(cè)緊鄰繞城高速公路匝道現(xiàn)狀邊坡，項目道路設(shè)計標(biāo)高與匝道路面標(biāo)高高差3.0～10.7m，水平距離10～14m，最大開挖深度約4m，為保證繞城高速公路匝道邊坡安全穩(wěn)定，對現(xiàn)狀邊坡采取微型樁+錨桿支護(hù)(見圖1)。

圖1 微型樁與高速公路位置關(guān)系(單位：m)

2 場地工程地質(zhì)條件

擬建場地內(nèi)與南三環(huán)輔路相交的道路共3條，分別為和諧路、漢口街和翠華南路，本場地土層自上而下分為雜填土、黃土、古土壤。各土層主要特征如下：雜填土，雜色，松散，主要由黏性土、混凝土塊、磚塊、瓦片等建筑垃圾組成，黏性土較多；黃土，黃褐色，可塑～硬塑狀態(tài)為主，土質(zhì)較均勻，蟲孔及大孔隙發(fā)育，可見植物根系，含少量鈣質(zhì)條斑；古土壤，紅褐色，堅硬～硬塑狀態(tài)為主，含少量白色鈣質(zhì)條紋及鈣質(zhì)結(jié)核，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，底部白色鈣質(zhì)結(jié)核富集。

工程范圍內(nèi)為非自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅰ級(輕微)～Ⅱ級(中等)。

3 基坑支護(hù)方案設(shè)計

根據(jù)施工場地現(xiàn)狀、地質(zhì)勘察報告，結(jié)合道路規(guī)劃設(shè)計、經(jīng)濟(jì)性及景觀要求，綜合比對微型樁+錨桿支護(hù)、鉆孔灌注樁樁板支護(hù)、U形混凝土板樁支護(hù)及衡重式路塹墻支護(hù)等施工方案，最終選取微型樁+錨桿支護(hù)方案(見表1)。

表1 方案選擇對比

1)K0+430—K0+480φ400微型樁長度9m@0.8m+錨桿長度20m@2.4m，樁外露高度4m。

2)K0+480—K0+520φ400微型樁長度9m@0.8m+錨桿長度20m @2.4m，樁外露高度3～4m。

3)K0+520—K0+650φ400微型樁長度9m@0.8m+錨桿長度20m@2.4m，樁外露高度3m。

4)K0+430—K0+650 微型樁外側(cè)布置200mm厚擋土板，埋深200mm，板下布置條形基礎(chǔ)，高度同樁頂(見圖2)。

圖2 微型樁+錨桿支擋結(jié)構(gòu)剖面

4 施工總體方案

本工程微型樁采用立式鉆機(jī)鉆孔，人工配合起重機(jī)安裝樁內(nèi)H型鋼并臨時固定，樁身混凝土澆筑采用人工配合泵車泵送入模，振搗棒振搗密實，微型樁鉆孔采用跳樁施工，混凝土終凝后方可進(jìn)行鄰樁施工。錨桿鉆孔采用鉆孔機(jī)成孔，人工定位安裝鋼筋錨桿、壓漿泵注漿，穿心千斤頂張拉錨固。冠梁、擋土墻和基礎(chǔ)梁鋼筋采用現(xiàn)場集中加工，人工配合起重機(jī)安裝骨架，現(xiàn)場綁扎，模板采用木膠板，現(xiàn)場組拼，人工配合起重機(jī)安裝，對拉桿加固，采用商品混凝土，攪拌車運輸至現(xiàn)場，泵車泵送入模，振搗棒振搗；墻身混凝土分2次進(jìn)行澆筑，第1次澆筑至錨桿底部，第2次澆筑至設(shè)計高程。

5 微型樁及錨桿施工工藝

5.1 微型樁施工

5.1.1微型樁施工工藝

微型樁施工工序為：施工區(qū)域內(nèi)回填土壓實→樁位測量放線→定位鉆孔→清孔、孔位驗收→下工字鋼、校正位置→澆筑混凝土→成樁養(yǎng)護(hù)(見圖3)。

圖3 施工工藝流程

1)施工區(qū)域內(nèi)回填土壓實 K0+540—K0+650段場地現(xiàn)狀高程低于微型樁頂高程，先素土回填至樁頂設(shè)計高程，采用機(jī)械分層回填，壓路機(jī)靜壓，虛鋪厚度≤30cm，回填完畢后及時進(jìn)行壓實度檢測，回填壓實度≥95%。填料要求嚴(yán)格按設(shè)計和規(guī)范執(zhí)行，填土中有機(jī)質(zhì)含量≤5%，含有碎石時，粒徑≤5cm，含水量控制在最佳含水量的±2%。各層回填合格后進(jìn)行下一層回填施工。樁基施工前根據(jù)設(shè)計要求放出基坑邊線并定出樁位，使用φ100 洛陽鏟對施工區(qū)域每隔5m進(jìn)行探測；在確定地下無障礙物后進(jìn)場安裝鉆孔機(jī)進(jìn)行成孔作業(yè)。

2)測量放線 根據(jù)設(shè)計樁位參數(shù)進(jìn)行測量放線，并引出護(hù)樁點位。

3)孔距定位 根據(jù)設(shè)計的孔洞直徑、間距、排距使用木樁打入地下進(jìn)行定位。

4)鉆機(jī)就位 根據(jù)微型樁設(shè)計位置，在成孔位置上安裝鉆機(jī)定位，確保鉆桿中心和設(shè)計樁位重合。

5)鉆孔 將鉆機(jī)安放在指定位置，安放水平，防止傾斜；將鉆桿抬至鉆機(jī)旁，水管與鉆桿接在一起，啟動鉆機(jī)與水管，慢慢鉆進(jìn)；每進(jìn)深2m，需接1次鉆桿，直至設(shè)計有效深度。

6)清孔 在安裝H型鋼前，要對樁孔內(nèi)雜物進(jìn)行檢查清理，確保樁身混凝土干凈無污染。

7)H型鋼安裝 采用人工配合起重機(jī)逐步下放安裝樁身H型鋼，每根樁身采用整根9.0m長型鋼，中間盡量減少焊縫連接。H型鋼采用人工配合8t起重機(jī)緩慢導(dǎo)入樁內(nèi)，安裝完畢后，樁口采用十字架臨時固定。

8)樁身混凝土灌注 采用C30商品混凝土，攪拌運輸車運送至現(xiàn)場，汽車泵送灌注，人工采用φ50振搗棒振搗密實。

5.1.2微型樁質(zhì)量控制要點

1)施工過程中樁位偏差≤5cm，樁身垂直施工誤差≤1%。

2)混凝土初凝后方可進(jìn)行相鄰樁施工，鉆孔完成后應(yīng)將孔底沉渣等雜物清理干凈，沉渣厚度≤100mm。

3)混凝土灌注應(yīng)連續(xù)不間斷，不得有斷樁、混凝土離析現(xiàn)象發(fā)生，樁頂混凝土超灌高度為0.2～0.3m，樁頂設(shè)計標(biāo)高處不得有浮渣。

4)H型鋼的材質(zhì)單、力學(xué)性能、焊接質(zhì)量必須符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，每個批次必須提供和檢驗1次。

5)H型鋼采用十字架固定必須穩(wěn)固可靠，不可扭轉(zhuǎn)，中心偏差≤20mm。

5.2 錨桿施工

5.2.1錨桿施工工藝

微型樁樁身施工完畢后，機(jī)械開挖至錨桿施工位置，立即進(jìn)行錨桿錨固施工。錨桿的具體施工工藝為：施工準(zhǔn)備→孔位布置→鉆孔成孔→安設(shè)錨桿鋼筋→注漿→預(yù)張力(100kN)→封錨、鎖定。

1)施工準(zhǔn)備 施工前，人工配合挖掘機(jī)清理樁身正面的地面高程至錨桿設(shè)計位置以下50cm，及時清理樁后邊坡的雜物及松散土體，并整平坡面。

2)錨桿孔位布置 錨桿位置測量放樣完成后，采用木樁進(jìn)行標(biāo)記，設(shè)計間距為2.4m。

3)成孔 移動鉆機(jī)至適當(dāng)位置，使鉆桿中心與錨桿設(shè)計中心對中重合，并按設(shè)計傾斜角度(25°)進(jìn)行鉆孔。鉆孔過程中如遇到障礙物需調(diào)整孔位，以不影響支護(hù)安全為原則，及時通知設(shè)計單位調(diào)整，禁止私自更改孔位。

4)錨桿預(yù)應(yīng)力鋼筋安裝 錨桿鋼筋安裝前先將雙拼[18a腰梁按設(shè)計角度位置焊接固定在H型鋼正面，槽鋼與H型鋼斜角夾角墊鋼板支撐。槽鋼腰梁位置固定好后，將錨桿托架和錨頭鋼板按設(shè)計位置固定在槽鋼腰梁上。

錨固鋼筋采用直徑25mm HRB400鋼筋2根，錨固長度20m，工作長度1.2m，自由端長度5m，錨桿鋼筋下料長度需滿足施工要求，不得小于設(shè)計長度。錨桿鉆孔成孔后應(yīng)及時將2根鋼筋通過錨桿托架穿入鉆孔，錨桿鋼筋在穿入放置過程中，應(yīng)注意避免錨桿保護(hù)層鋼筋刮碰孔壁。

5)注漿 錨桿注漿在鋼筋安裝后統(tǒng)一進(jìn)行，水泥漿設(shè)計水灰比為1∶(0.5～0.55)，設(shè)計強(qiáng)度等級M25，采用低壓(0.5～0.8MPa)法按配合比將水泥漿注入孔內(nèi)。為確保錨桿錨固效果，孔口設(shè)置止?jié){塞和排氣孔，采用二次注漿法，導(dǎo)管插入孔底，先低壓注漿，然后緩慢勻速撤出導(dǎo)管，導(dǎo)管出漿口應(yīng)始終埋入漿液內(nèi)，確保逸出孔內(nèi)全部氣體。當(dāng)導(dǎo)管離注漿口1.0m范圍內(nèi)時，應(yīng)采用高壓注滿并保持3～5min，然后立即封堵注漿口，讓孔內(nèi)壓力慢慢擴(kuò)散。

6)預(yù)張拉 在同等條件水泥漿試件強(qiáng)度達(dá)到75%后，采用50t穿心千斤頂對錨桿逐一進(jìn)行預(yù)張拉。張拉前先檢查錨桿托架、錨固鋼板和槽鋼腰梁確保接觸緊密無空隙，槽鋼腰梁和微型樁H型鋼間鋼墊板支撐穩(wěn)固，確保槽鋼和H型鋼接觸緊密，不影響張拉力傳遞。張拉采用50t穿心千斤頂逐根進(jìn)行，單根鋼筋張拉設(shè)計拉力為50kN。張拉過程中應(yīng)平緩加載，避免張拉過快導(dǎo)致脫錨。張拉設(shè)備應(yīng)提前進(jìn)行配套標(biāo)定，依據(jù)標(biāo)定的回歸方程和設(shè)計張拉力計算出油表讀數(shù)。

預(yù)張拉過程中，千斤頂正前方60°范圍內(nèi)嚴(yán)禁站人，并設(shè)置臨時擋板進(jìn)行防護(hù)。

7)封錨、鎖定 錨固張拉達(dá)到預(yù)張力后，不能立即錨固，應(yīng)保持荷載2min后采用螺栓進(jìn)行錨固。張拉采用應(yīng)力控制，達(dá)到設(shè)計張拉應(yīng)力后，人工用專用工具將錨固螺栓擰緊。

5.2.2錨桿質(zhì)量控制要點

1)樁間土開挖應(yīng)注意避免塌孔、串孔等不良工程現(xiàn)象發(fā)生。

2)錨桿施工前柱間土開挖深度不得低于錨桿標(biāo)高0.5m，嚴(yán)禁超挖，待錨桿施工完成后方可繼續(xù)開挖。

3)錨桿外端(孔口端)2.5m長度范圍應(yīng)除銹。刷瀝青船底漆，錨桿水泥凈漿保護(hù)層厚度≥25mm。

4)成孔過程中不得加泥漿，為防止塌孔，可注入純水泥漿，孔位偏差水平方向≤5cm，垂直方向≤10cm。

5)鉆孔應(yīng)保持勻速，必須嚴(yán)格控制，不能超出鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鉆速的1%～2%，鉆孔底部偏斜采用測斜儀進(jìn)行檢查，不得大于鉆孔深度的3%，鉆孔偏斜較大易造成下錨困難。

6)鉆孔至設(shè)計深度后，不能立即停鉆，應(yīng)超鉆30cm，并且持續(xù)空鉆1～2min，避免孔底直徑達(dá)不到設(shè)計要求。

7)水泥砂漿應(yīng)嚴(yán)格按工藝參數(shù)進(jìn)行拌合，隨拌隨用，必須在初凝前用完，保證灌漿達(dá)到最佳效果。

6 基坑穩(wěn)定性監(jiān)測

為確保高速公路匝道邊坡安全穩(wěn)定、施工安全和開挖順利進(jìn)行，在整個施工過程中進(jìn)行全過程監(jiān)測，實行動態(tài)管理施工，及時分析基坑開挖過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍土體受力與變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)，隨時對施工方案進(jìn)行調(diào)整。

邊坡觀測的周期應(yīng)視施工進(jìn)度及季節(jié)變化等情況確定，施工安全監(jiān)測采取24h觀測1次，施工結(jié)束后轉(zhuǎn)為施工效果監(jiān)測，在雨季每半月或1月測1次，干旱季節(jié)可每季度測1次。如發(fā)現(xiàn)邊坡變形加快，或遇暴雨，應(yīng)及時增加觀測次數(shù)。觀測過程中發(fā)現(xiàn)有大滑動可能時，應(yīng)立即縮短觀測周期，及時增加觀測次數(shù)(見表2、圖4)。

圖4 坡頂監(jiān)測位移、沉降時程曲線

表2 監(jiān)測項目、測點布置及變形允許值

坡頂?shù)乇沓两?、水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在整個微型樁+錨桿組合式支擋結(jié)構(gòu)施工過程中, 雖然個別變形速率超過預(yù)警值，但累積沉降與位移值未超過預(yù)警值，基坑支護(hù)體系整體處在安全、穩(wěn)定可控狀態(tài), 確保了邊坡及既有交通的通行安全。

7 結(jié)語

通過本工程微型樁+錨桿組合式支擋結(jié)構(gòu)施工實踐，結(jié)合考慮安全性、施工工期及造價，城市改造項目在濕陷性黃土地區(qū)采用微型樁+錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆孔灌注樁、U形混凝土板樁等，同時可作為永久結(jié)構(gòu)利用，該支護(hù)結(jié)構(gòu)不僅施工占地小、成本低、噪聲低，而且受錨桿作用，基坑抗滑移、抗傾覆和穩(wěn)定性可達(dá)到要求。工程實例表明，微型樁+錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)在挖土深度≤5m的濕陷性黃土基坑工程中造價較低、安全系數(shù)高。