填方區(qū)深基坑邊坡支護(hù)施工技術(shù)

□□ 何嘉齊,蔡春龍,龔 虎,周召龍

(中建五局土木工程有限公司, 湖北 隨州 441300)

引言

工程場地土層分布不均和地質(zhì)條件不良等因素對(duì)深基坑開挖及支護(hù)提出了更高的要求。原狀土經(jīng)過長時(shí)間的固結(jié)作用,土體骨架結(jié)構(gòu)較完整,在施工擾動(dòng)作用下仍然具有一定的穩(wěn)定能力。而填方區(qū)土體沉降時(shí)間較短,多為欠固結(jié)土,其土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,在深基坑土方開挖過程中易出現(xiàn)松散和滑坡等不利于工程建設(shè)的問題。針對(duì)填方區(qū)深基坑邊坡穩(wěn)定性較差的問題,佘娜[1]對(duì)巖石的具體構(gòu)成進(jìn)行分析,并確定邊坡土體的穩(wěn)定安全系數(shù),提出了噴錨支護(hù)和錨索、格構(gòu)梁支護(hù)兩中支護(hù)方法,具有良好的效果。馮偉明[2]提出施工加強(qiáng)設(shè)計(jì)方案及施工方案編制,并進(jìn)行方案可行性論證,能保證填方區(qū)深基坑開挖及支護(hù)施工的安全性。秦永軍等[3]研究表明,鋼花管注漿加固基坑局部深厚回填土,能夠較好地控制基坑變形,使回填土的位移大幅降低。根據(jù)填方區(qū)土體的易擾動(dòng)和穩(wěn)定性差的特點(diǎn),結(jié)合深基坑施工現(xiàn)場工況,比較填方區(qū)深基坑土方分級(jí)放坡開挖施工和原位土體加固施工技術(shù)的效果,以探究填方區(qū)深基坑邊坡支護(hù)施工技術(shù)。

1 工程概況

湖北省隨州市高鐵南站客運(yùn)站主體為三層框架結(jié)構(gòu),地上建筑總高度為22.2 m,占地面積為4 556.16 m2?？瓦\(yùn)站綜合樓負(fù)一層為地下室,地下室占地面積為1 032 m2,根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙要求,地下室基坑開挖深度為6 m,屬于深基坑的范疇。然而地勘結(jié)果顯示,該深基坑開挖區(qū)域局部存在填方區(qū),填方區(qū)欠固結(jié)土對(duì)基坑支護(hù)施工提出了更高的要求。

1.1 工程地質(zhì)及水文概況

根據(jù)項(xiàng)目施工場地巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告,對(duì)施工場地土層分布及巖性特征進(jìn)行整理分類,深基坑開挖區(qū)域的土層分布及巖土特征見表1。

表1 土層分布及巖性特征

施工場地地下水類型主要為賦存于碎石土中的上層滯水,地下水埋深為0.8～3.5 m,地下水補(bǔ)給來源為降水、生活用水的垂直滲入補(bǔ)給,水位、水量與地形關(guān)系密切,受人類活動(dòng)及季節(jié)降雨影響較大。地下水位變化幅度為1.0～2.0 m。

1.2 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)分析

根據(jù)施工場地巖土工程勘察報(bào)告,結(jié)合該項(xiàng)目深基坑開挖情況,對(duì)該項(xiàng)目綜合樓地下室深基坑所在區(qū)域的土層分布進(jìn)行分析判斷。該項(xiàng)目深基坑開挖區(qū)域存在深厚填方區(qū),其基坑支護(hù)方式應(yīng)根據(jù)基坑土層工程特性來確定。非填方區(qū)深基坑土層由上而下依次為碎石土、粉質(zhì)黏土1、強(qiáng)風(fēng)化千枚巖、中風(fēng)化千枚巖,土層分布剖面圖如圖1所示。

圖1 非填方區(qū)深基坑土層分布圖

非填方區(qū)表層土體為松散碎石土,深層土體為原狀土和風(fēng)化巖,深基坑邊坡土體自穩(wěn)性能較好,故選用土釘墻支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行邊坡支護(hù),邊坡坡比設(shè)計(jì)為1∶1。

填方區(qū)深基坑土層由上而下依次為碎石土(填方)、雜填土(雜填土)、粉質(zhì)黏土1(原狀土),土層分布剖面圖如圖2所示。

圖2 填方區(qū)深基坑土層分布圖

非填方區(qū)表層土體為填方碎石土,深層土體主要為填方碎石土和混礫石粉砂土,深基坑底部為高壓縮性原狀粉質(zhì)黏土,填方區(qū)土體沉降固結(jié)時(shí)間為1～2年,屬于欠固結(jié)土。隨著深基坑土方開挖,在施工荷載持續(xù)擾動(dòng)作用下,填方區(qū)邊坡土體呈現(xiàn)松散和自穩(wěn)性能較差的工程特性。因此,根據(jù)深基坑填方區(qū)的分布范圍和施工場地空間條件,分別選用兩級(jí)放坡并噴錨支護(hù)、花管注漿并噴錨支護(hù)兩種施工技術(shù),來進(jìn)行深基坑邊坡支護(hù),邊坡坡比為1∶1。

根據(jù)深基坑土層分布工況,對(duì)深基坑不同區(qū)域的支護(hù)方式進(jìn)行分類布置,深基坑支護(hù)平面布置如圖3所示。其中,深基坑填方區(qū)與非填方區(qū)大致以AB為分界線,AB西南側(cè)為填方區(qū)、AB東北側(cè)為非填方區(qū)。填方區(qū)邊坡EFGD坡比為1∶1,支護(hù)方式為分級(jí)放坡與噴錨支護(hù);填方區(qū)邊坡CDGH坡比為1∶1,支護(hù)方式為花管注漿與噴錨支護(hù)。非填方區(qū)邊坡坡比均為1∶1,支護(hù)方式為土釘墻支護(hù)。

圖3 深基坑支護(hù)平面布置圖

2 深基坑分級(jí)放坡與噴錨支護(hù)施工技術(shù)

在深基坑邊坡EFGD區(qū)域,施工場地空間充足,具備分級(jí)放坡開挖和支護(hù)的條件,其支護(hù)形式如圖4所示。深基坑土方開挖分層進(jìn)行,每層開挖深度為2 m。第一層土方開挖完成后,隨即進(jìn)行邊坡修整,控制邊坡坡比和坡面平整度。

圖4 分級(jí)放坡與噴錨支護(hù)示意圖

鉆孔前,根據(jù)設(shè)計(jì)要求在坡面定出孔位并做標(biāo)記和編號(hào),土釘采用C16的HRB400鋼筋制作,土釘設(shè)計(jì)長度為1 m,橫縱向間距為1 m,在坡面呈梅花狀布置;鉆孔采用土釘鉆孔機(jī)進(jìn)行施作,鉆孔孔徑為60 mm,孔深控制在1.2 m以上,鉆孔完成后隨即進(jìn)行高壓空氣清孔;待土釘插入后,配置強(qiáng)度為30 MPa的水泥砂漿,用壓漿機(jī)進(jìn)行注漿作業(yè);注漿48 h后鋪掛鋼筋網(wǎng)片,鋼筋網(wǎng)片由C8@150 mm×150 mm的HRB400鋼筋制作,通過鋼絲綁扎的方式固定在土釘端頭。

鋪掛鋼筋網(wǎng)片后,對(duì)土釘數(shù)量、網(wǎng)片鋼筋間距、鋼筋保護(hù)層厚度和搭接部位綁扎等情況進(jìn)行驗(yàn)收;驗(yàn)收合格后開始噴射C20細(xì)石混凝土,噴射施工應(yīng)自下而上進(jìn)行,噴射厚度≮80 mm;該層土釘墻支護(hù)完成后,應(yīng)在12 h后灑水養(yǎng)護(hù),在48 h后進(jìn)行下一層土方開挖及支護(hù)施工。

在第二層土方開挖過程中,開挖深度達(dá)到3 m前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)高控制,達(dá)到3 m時(shí),修一級(jí)寬度為1.5 m的臺(tái)階,達(dá)到填方區(qū)深基坑邊坡分級(jí)卸載、分級(jí)支護(hù)的目的,且能夠有效提高自穩(wěn)性較差的填方區(qū)邊坡安全性與穩(wěn)定性。深基坑邊坡EFGD區(qū)域第二層、第三層土方開挖以及支護(hù)施工方法與第一層相同。

當(dāng)填方區(qū)范圍較大,且項(xiàng)目施工場地作業(yè)空間充足時(shí),深基坑土方開挖對(duì)周邊環(huán)境無不利影響時(shí),分級(jí)放坡與噴錨支護(hù)施工技術(shù)具有施工方便、適用性強(qiáng)和支護(hù)效果良好等優(yōu)勢,是填方區(qū)深基坑支護(hù)的優(yōu)選方法。

3 深基坑邊坡組合支護(hù)施工技術(shù)

在深基坑邊坡CDGH區(qū)域,施工場地空間受到限制,不具備分級(jí)放坡開挖和支護(hù)的條件。因而在邊坡CDGH區(qū)域,為了減小基坑土方開挖對(duì)周邊環(huán)境的不利影響,考慮原位土體花管注漿加固,然后進(jìn)行噴錨支護(hù),其支護(hù)形式如圖5所示。

3.1 邊坡土體花管注漿加固施工技術(shù)

深基坑邊坡土體花管注漿加固施工技術(shù)主要包括施工前的準(zhǔn)備工工作、鉆孔、打入鋼花管和壓力注漿等主要施工步驟?；ü茏{施工所需材料見表2。

表2 花管注漿材料規(guī)格表

深基坑第一層土方開挖完成后,隨即對(duì)CDGH邊坡進(jìn)行修整,并控制邊坡坡比和坡面平整度。

鉆孔前,根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求,對(duì)鋼花管鉆孔平面布置進(jìn)行放點(diǎn),并噴漆進(jìn)行標(biāo)記和編號(hào);鋼花管呈梅花形布置,橫排豎列間距均為1.0 m。鉆孔時(shí),確保鉆機(jī)與水平線呈30°夾角,鉆孔直徑控制在100～120 mm,鉆孔分段控制角度、分段鉆進(jìn)和分段清孔;鉆孔后高壓空氣二次清孔,確保鉆孔不堵塞。

鋼花管由人工打入鉆孔中,邊施打邊旋轉(zhuǎn)鋼花管,確保鋼花管不卡孔、少變形和能沉入孔底。鋼花管打設(shè)完成后,應(yīng)隨即在上部設(shè)置密封圈進(jìn)行密封。

注漿前,應(yīng)提前按照設(shè)計(jì)配比配置水泥漿。注漿過程中,注漿壓力為1.0～1.2 MPa,確保注漿擴(kuò)散半徑達(dá)到1 m,注漿作業(yè)宜隔孔施工,防止注漿材料串孔滲透而影響相鄰鋼花管注漿效果。注漿完成后,采用水泥砂漿對(duì)注漿孔口進(jìn)行封堵。邊坡土體注漿加固7 d后,進(jìn)行下一道工序。

3.2 注漿加固后邊坡土釘墻支護(hù)施工技術(shù)

在填方區(qū)深基坑邊坡完成花管注漿加固后,邊坡土體板結(jié)性和自穩(wěn)定性得到較大提高?；诟牧技庸痰纳罨舆吰?注漿材料對(duì)填方區(qū)土體進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)。因此,對(duì)土釘墻支護(hù)材料作出相應(yīng)的調(diào)整,適當(dāng)簡短土釘錨固土體的長度,增大鋼筋網(wǎng)片的鋼筋間距,邊坡面支護(hù)能力減弱部分能夠與邊坡土體補(bǔ)強(qiáng)部分進(jìn)行抵消,深基坑邊坡的安全性和穩(wěn)定性同樣得到保證。

在對(duì)土釘墻的主要材料進(jìn)行調(diào)整后,土釘采用C16的HRB400鋼筋制作,土釘長度取0.5 m,鉆孔深度控制在0.7 m以上,土釘橫縱向間距為1 m,在坡面呈梅花狀布置;鋼筋網(wǎng)片由C8@200 mm×200 mm的HRB400鋼筋制作。

注漿加固后的深基坑邊坡土釘墻支護(hù)施工參照非填方區(qū)類似的施工工藝進(jìn)行。在填方區(qū)基坑開挖至粉質(zhì)黏土1時(shí),土層壓縮性高,為了節(jié)省機(jī)械運(yùn)行成本,該工況下采用人工打入土釘。

填方區(qū)深基坑邊坡組合支護(hù)施工技術(shù)適用于施工場地空間受限工況,具有良好的支護(hù)效果。但是,該施工技術(shù)應(yīng)用成本相對(duì)較高,可能對(duì)工期造成不利影響。

4 結(jié)語

填方區(qū)深基坑邊坡支護(hù)形式的選用取決于施工場地空間條件、土層分布及巖土特征,根據(jù)現(xiàn)場工況靈活選取對(duì)應(yīng)的支護(hù)方式,可有效增強(qiáng)填方區(qū)深基坑邊坡支護(hù)的安全性與穩(wěn)定性。

(1)當(dāng)填方區(qū)范圍較大且施工場地空間不受限制時(shí),宜優(yōu)先選用分級(jí)放坡與噴錨支護(hù)的支護(hù)方式。分級(jí)放坡能夠有效卸載,降低填方區(qū)域基坑邊坡的安全風(fēng)險(xiǎn);噴錨支護(hù)在填方區(qū)施工具有較好的適用性、較快的施工速度和良好的支護(hù)效果。

(2)當(dāng)填方區(qū)施工場地空間受限制時(shí),可選用花管注漿與噴錨支護(hù)的支護(hù)方式?；ü茏{對(duì)擾動(dòng)的填方區(qū)欠固結(jié)土體具有良好的加固效果,能夠從根本上提高邊坡原位土體的板結(jié)性,有效降低基坑邊坡的安全風(fēng)險(xiǎn)。注漿加固后的邊坡土體抗剪強(qiáng)度提高,改良后的邊坡對(duì)土釘墻支護(hù)的需求降低,調(diào)整土釘錨固深度和鋼筋網(wǎng)眼尺寸能夠滿足基坑支護(hù)的安全要求。