建筑工程施工中深基坑支護(hù)施工技術(shù)管理研究

程周炳，閆艷艷，唐 敏，史立冉

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）校園規(guī)劃與基建處，武漢 430074）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加速，高大建筑不斷涌現(xiàn)。為了保證高大建筑物的穩(wěn)定性，必須開(kāi)挖深基坑以滿足建筑物地基穩(wěn)定性的需求。深基坑的穩(wěn)定性成為基建安全性的保證以及城市發(fā)展的關(guān)鍵要素。由于軟土建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)量越來(lái)越多，相關(guān)的地質(zhì)和周邊條件也越來(lái)越復(fù)雜，基坑施工管理也越發(fā)重要[1]。此外，建筑業(yè)正朝著高層建筑的更深層次發(fā)展，深基坑支護(hù)技術(shù)的施工管理和技術(shù)水平明顯提高，參與工程建設(shè)的各方越來(lái)越重視深基坑支撐技術(shù)的管理。此外，政府行政部門對(duì)深基坑施工的監(jiān)管越來(lái)越嚴(yán)格，制定了相關(guān)基坑施工管理措施以防止深基坑事故發(fā)生。由此可見(jiàn)深基坑施工管理技術(shù)關(guān)系到財(cái)產(chǎn)和生命安全。

目前深基坑支護(hù)施工管理是工程中面臨的難題，這是由深基坑開(kāi)挖深度值大、穩(wěn)定性差及土層地質(zhì)復(fù)雜等因素造成的。雖然目前我國(guó)已經(jīng)積累了大量深基坑施工管理的經(jīng)驗(yàn)，但是相關(guān)事故仍有發(fā)生。而深基坑支護(hù)是保證基坑安全的主要設(shè)施，因此深基坑支護(hù)施工管理是深基坑工程必須面臨和解決的問(wèn)題。對(duì)此本文結(jié)合實(shí)際工程，針對(duì)具體的支護(hù)方式，論述了深基坑支護(hù)施工管理的關(guān)鍵細(xì)節(jié)，為相關(guān)工程提供了參考。

1 工程概況

擬建某大廈地下2 層，東西長(zhǎng)70.0 m，南北長(zhǎng)105.0 m，基坑坑底埋深11.4 m?；訄?chǎng)地地面平整，地勢(shì)沒(méi)有明顯山坡或丘陵地帶。場(chǎng)地范圍內(nèi)與基坑開(kāi)挖有關(guān)的土層依次如下。

第①層：填土，雜色，稍濕，稍密。

第②層：粉土，含有水分，黃褐色，中密到密實(shí)之間。

第③層：粉質(zhì)黏土，具有一定可塑性、黃褐色，稍具腥味。

第④層：粉土，灰褐色，潮濕，密實(shí)。

第⑤層：粉土，密實(shí)，深灰色，稍具腥味，潮濕。

第⑥層：粉土，密實(shí)，灰褐色，潮濕。

第⑦層：粉質(zhì)黏土，稍具腥味，黑灰色，有一定可塑性。

第⑧層：粉砂，密實(shí)，飽和。

第⑨層：細(xì)砂，密實(shí)，飽和，褐黃色。

基坑上部3.0 m 按1∶0.3 放坡開(kāi)挖，3.0 m 以下垂直開(kāi)挖，采用水泥攪拌樁和錨索支護(hù)方案，樁徑800 mm，樁間距1.5 m，有效樁長(zhǎng)16.0 m，通長(zhǎng)配筋。錨桿如下進(jìn)行布置：第一排錨桿長(zhǎng)度為11.0 m；第二排錨桿長(zhǎng)度為11.0 m；第三排錨桿長(zhǎng)度為11.0 m。錨索的橫向間距為1.5 m。主要支護(hù)剖面如圖1 所示。

圖1 基坑支護(hù)剖面圖

該深基坑支護(hù)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)為水泥攪拌樁和預(yù)應(yīng)力錨索。其中水泥攪拌樁作為關(guān)鍵承擔(dān)荷載結(jié)構(gòu)，其作用一是固定邊坡土體，抑制邊坡土體下滑變形。二是作為錨固結(jié)構(gòu)，固定預(yù)應(yīng)力錨索和土釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)。錨索的主要作用是通過(guò)預(yù)應(yīng)力擠壓邊坡土體，降低邊坡土體孔隙率，將邊坡土體與水泥攪拌樁形成整體，增加邊坡穩(wěn)定性。本文將針對(duì)水泥攪拌樁和預(yù)應(yīng)力錨索的施工技術(shù)管理進(jìn)行論述分析。

2 水泥攪拌樁施工技術(shù)管理

2.1 水泥攪拌樁施工概念及工藝

水泥攪拌樁以水泥漿為固化劑，通過(guò)鉆桿和攪拌鉆頭將基底中的軟土或砂與水泥漿強(qiáng)制混合，從而提高了基底的強(qiáng)度。該技術(shù)在軟土加工中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的效果。在現(xiàn)代深基坑支護(hù)技術(shù)中，通常將水泥樁與支護(hù)結(jié)構(gòu)體系相結(jié)合，以增強(qiáng)基坑邊坡穩(wěn)定性[2]。攪拌樁的制造流程如圖2 所示。

圖2 攪拌樁施工流程圖

2.2 水泥攪拌樁施工技術(shù)管理重點(diǎn)與難點(diǎn)分析

本工程基坑支護(hù)工程采用水泥攪拌樁加固基坑內(nèi)外防水帷幕。由于施工地質(zhì)條件惡劣，漿液中的混凝土攪拌機(jī)的質(zhì)量受到很大損害。在水泥攪拌樁的早期施工中，小開(kāi)挖導(dǎo)致樁內(nèi)水泥土質(zhì)量差、攪拌不均勻。根據(jù)原因分析，現(xiàn)場(chǎng)水泥漿液的生產(chǎn)方法是沒(méi)有依據(jù)的，缺乏科學(xué)的管理手段，完全基于工人的個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)。水和水泥的重量沒(méi)有量化，現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的水泥漿液與項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)之間存在顯著差異。同時(shí)，水泥攪拌樁的快速成型使水泥和土壤的混合不均勻。為了確保水泥漿液的成分符合設(shè)計(jì)要求，有必要在項(xiàng)目開(kāi)始前通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)組裝確定每次注入的水和水泥重量。定期或不定期檢查水泥漿液濃度，嚴(yán)格控制攪拌樁下降速度，不定期進(jìn)行檢查，提高工人的培養(yǎng)水平。

漿液罐中的攪拌時(shí)間應(yīng)至少保持3 min，以避免水泥離析。即使運(yùn)輸暫停，攪拌機(jī)也應(yīng)繼續(xù)攪拌。泥漿罐的容量應(yīng)足夠，不僅要避免水泥用量不足造成水泥攪拌樁強(qiáng)度不夠，同時(shí)還要防止水泥用量過(guò)大，影響成型規(guī)模和質(zhì)量。

在施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制打樁機(jī)的提升速度。為了保證樁的質(zhì)量，在鉆孔和提升過(guò)程中必須使用慢速齒輪。這是因?yàn)樾枰舸孀銐虻臅r(shí)間供水泥與泥漿反應(yīng)，以滿足水泥攪拌樁強(qiáng)度。

為確保樁端成樁質(zhì)量，在鉆孔至設(shè)計(jì)高度時(shí)，噴嘴應(yīng)保持在樁底，以繼續(xù)噴射。噴灑時(shí)間不應(yīng)少于30 s，然后攪拌并均勻提升。當(dāng)達(dá)到樁端的設(shè)計(jì)高度時(shí)，繼續(xù)攪拌幾秒鐘，以確保樁頭均勻緊密。

如果在施工過(guò)程中泥漿停止，應(yīng)將樁機(jī)鉆機(jī)降低到泥漿停止表面以下0.5 m 以上的位置，并在恢復(fù)泥漿供應(yīng)時(shí)噴灑和升起泥漿。如果鉆孔持續(xù)時(shí)間超過(guò)1 h，以防止泥漿硬化和堵塞管道，應(yīng)首先提升鉆桿，然后用清水清洗泥漿輸送管。

3 錨索施工技術(shù)管理

3.1 錨索施工工藝

錨索施工工藝如圖3 所示，主要包括錨索定位-錨索制作-錨索安裝-清孔注漿-錨索張拉。

圖3 錨索施工工藝

3.1.1 錨索定位

當(dāng)土方開(kāi)挖達(dá)到錨索高度以下20~30 cm 時(shí)，重新檢查錨索的水平高度，并根據(jù)設(shè)計(jì)的錨索水平間距要求布置孔洞。

3.1.2 錨索制作

在使用3*7Φ5 錨絲材料之前，應(yīng)將高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲表面的油污和銹膜清除干凈，并用研磨機(jī)進(jìn)行切割。嚴(yán)禁使用焊接機(jī)進(jìn)行燃燒。開(kāi)放區(qū)域覆蓋著柔軟的橡膠波紋管，將其與錨索緊固件分開(kāi)。

3.1.3 錨索安裝

在下放錨索之前，穿孔管穿過(guò)每對(duì)鋼絲環(huán)的中心，以避免卡在錨索之間，便于穿孔后拆除；二次水泥管與鋼筋連接，在錨固區(qū)安裝均勻的溢流水泥孔，并用膠帶密封，以防止水泥漿進(jìn)入管道。

3.1.4 清孔注漿

當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，使用水泥泵將大量清水注入鉆孔，并將鉆孔中的溶液和其他雜質(zhì)排出鉆孔，直到鉆孔返回純水[3-4]。

本工程錨索采用二次注漿工藝。第一種類型的水泥是水灰含量為0.45~0.55 的清潔溶液。42.5R 普通硅酸鹽水泥。水泥漿應(yīng)攪拌均勻并根據(jù)需要使用，并應(yīng)在凝結(jié)前完成。在第一次溶液完成后3~5 h 進(jìn)行第二次高壓溶液。采用純水溶液進(jìn)行二次固結(jié)，水灰比為0.8~1.0。

3.1.5 錨索張拉

錨索張拉工序如圖4 所示。錨索澆筑完成28 d后，冠梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上，即可進(jìn)行錨索預(yù)安裝。安裝千斤頂、壓力表和機(jī)油泵后，可以開(kāi)始張緊。在鎖定夾緊裝置之后，壓力必須逐漸施加。

圖4 錨索張拉工序

3.2 錨索施工技術(shù)特點(diǎn)

錨索施工的主要特點(diǎn)是在錨固點(diǎn)鋪設(shè)錨固件。當(dāng)錨桿達(dá)到一定強(qiáng)度后，拉動(dòng)錨索，向支護(hù)樁提供錨固力，在樁與基坑地面之間形成整體支護(hù)體系，降低支護(hù)樁的水平位移和內(nèi)力，將基坑變形控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。錨索通常用于基坑保護(hù)系統(tǒng)，因?yàn)槠湔加妹娣e小且易于使用。然而，錨索的施工必須取決于地質(zhì)條件、材料厚度和施工方法，所有這些都會(huì)影響錨索的強(qiáng)度和基坑的變形程度。因此，有必要在施工過(guò)程的每個(gè)階段加強(qiáng)施工管理，特別是在土壤條件方面。應(yīng)進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)，以確定在地質(zhì)條件下錨索施工是否符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)加強(qiáng)施工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)管理，采用正確的設(shè)計(jì)技術(shù)和方法，保證預(yù)應(yīng)力錨桿的管理。

3.3 錨索施工技術(shù)管理的關(guān)鍵點(diǎn)

3.3.1 錨索施工質(zhì)量控制

①施工時(shí)鉆機(jī)應(yīng)平整，以避免鉆井過(guò)程中的波動(dòng)影響鉆機(jī)質(zhì)量。②應(yīng)使用指南針檢查鉆頭的傾斜角度，偏差應(yīng)控制在±1°以內(nèi)。③由于本項(xiàng)目地質(zhì)條件較差，在施工過(guò)程中使用房屋對(duì)墻體和孔洞進(jìn)行觀測(cè)。④錨索制作完成后，進(jìn)入錨孔前必須經(jīng)過(guò)監(jiān)管部門或甲方的檢查。⑤嚴(yán)格按照水泥成分的實(shí)際比例，不得有小顆粒。泵送前，用篩子過(guò)濾，防止泥漿泵堵塞。⑥在鋪設(shè)錨索之前，必須清除孔內(nèi)的淤泥或沉積物，直到流出干凈的水，以避免孔內(nèi)淤泥對(duì)水泥淤泥厚度的過(guò)度影響。⑦泥漿從孔中排出后注入錨索后，通常需要在第二天填充澆筑的錨孔。

3.3.2 錨索技術(shù)管理的重難點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力錨索之所以能在技術(shù)支撐中發(fā)揮重要作用，不僅在于其原材料的質(zhì)量保證，還在于錨的固效果。然而，錨能否承受預(yù)載取決于鋼絞線和砂漿之間的摩擦力，以及整個(gè)水泥體和錨墻之間的摩擦力。由于本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，巖石在基坑支護(hù)工程中的位置較深，因此無(wú)需將錨索末端固定在巖石上。結(jié)構(gòu)端部應(yīng)固定在泥沙或中粗砂中，而錨索在泥土、泥沙、淤泥和中粗砂層中的施工質(zhì)量會(huì)直接影響張拉預(yù)應(yīng)力，進(jìn)而影響錨索預(yù)緊力和基坑邊坡整體性的可靠性。以確保錨索本體質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求[5-6]。

該項(xiàng)目地質(zhì)條件惡劣，淤泥層太厚，無(wú)法使用傳統(tǒng)鉆機(jī)鉆取錨索，因此必須確保末端錨索的強(qiáng)度。在施工管理方面有必要持續(xù)監(jiān)測(cè)從孔道中沖洗出來(lái)的雜質(zhì)，以確定中粗砂層的分布深度。同時(shí)為了防止其他雜質(zhì)影響施工質(zhì)量，應(yīng)該使用二次注漿的清潔水用于注漿錨索孔沖洗[7-8]。第二次固結(jié)在第一次壓實(shí)后4 h 進(jìn)行，同時(shí)為了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，必須依據(jù)測(cè)力儀數(shù)據(jù)集中進(jìn)行校正。在開(kāi)挖過(guò)程中，錨索的張力增加，基坑頂部的水平位移發(fā)生顯著變化。錨索施工28 d 后，應(yīng)將錨索拉緊。應(yīng)在應(yīng)力測(cè)試之前進(jìn)行，以確保所有預(yù)應(yīng)力鋼扭結(jié)中的應(yīng)力是均勻的。同時(shí)鎖定錨索張力后，無(wú)需快速切斷錨索末端多余部分，防止二次張緊錨索松動(dòng)[9-10]。

4 結(jié)論

本文結(jié)合實(shí)際工程案例，論證了深基坑支護(hù)中的水泥攪拌樁和錨索的施工管理的重難點(diǎn)，結(jié)論如下：

1）水泥攪拌樁施工管理的重點(diǎn)是確保水泥攪拌樁的質(zhì)量，為了保證強(qiáng)度質(zhì)量，施工管理中心需要滿足水泥漿濃度；為了保證水泥攪拌樁成型質(zhì)量，需要控制漿液注漿速度以及設(shè)備提升速度。

2）錨索施工的關(guān)鍵要素是錨固體質(zhì)量，以保證足夠錨固力的產(chǎn)生，保障錨索作用范圍內(nèi)土體和樁的有效結(jié)合。