逆作法施工技術(shù)在基坑支護(hù)中的應(yīng)用

黃 紅 軍, 文 真 平, 侯 錕

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 611830)

1 概 述

某工程地下室與武漢市地鐵2號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)平行的一側(cè)基坑邊長約170 m,且基坑邊距離地鐵最近處的距離約為12.2 m。該基坑?xùn)|側(cè)為市政道路,距離臨街建筑物較近,基坑北側(cè)為中學(xué),基坑西側(cè)為該工程一期項(xiàng)目,基坑南側(cè)為市政主干道?；又苓叺缆废侣癖姸嗟叵鹿芫€,相鄰道路另一側(cè)分布高低不等、數(shù)量不一的建筑物。

依據(jù)上述工程建設(shè)的周邊環(huán)境條件,無論從深基坑開挖深度數(shù)倍范圍受到變形影響,還是出于對深基坑挖土卸載坑底隆起后會(huì)加大其周圍地表沉降的考慮,對地鐵2號線區(qū)間隧道、道路管線、周邊建筑物的保護(hù),確保工程周邊環(huán)境的絕對安全是該基坑工程實(shí)施的首要任務(wù)。

2 基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)

2.1 基坑工程的水文地質(zhì)特點(diǎn)

該工程水文地質(zhì)條件較復(fù)雜,且因地下室開挖深度范圍內(nèi)地層巖性均為砂層且其透水性較強(qiáng),導(dǎo)致其成為風(fēng)險(xiǎn)性較大的深基坑圍護(hù)工程。該基坑地下室的開挖必須依靠減壓抽水的方式方能保證基坑的穩(wěn)定與施工安全,但降水將會(huì)導(dǎo)致原有的水土應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞,進(jìn)而引發(fā)地面沉降等人為地質(zhì)災(zāi)害。

因此,如何確?；又顾∧坏挠行圆⒋_保降水引起的土體變形不會(huì)對鄰近建筑物和地下管線等產(chǎn)生危害,需要認(rèn)真研究并予以解決。

2.2 北區(qū)基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)

(1)基坑圍護(hù)體系。北區(qū)基坑的開挖深度為16.15～17.75 m,基坑圍護(hù)墻體采用0.80 m厚的地下連續(xù)墻,墻深46.60～48.60 m,旨在隔斷承壓水。墻底進(jìn)入中風(fēng)化泥巖或砂巖2.50 m以上,其隔水性能可靠。地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)各設(shè)一道3Φ850@600 mm三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行槽壁的加固處理,加固深度至坑底8.00 m以保證地下墻的施工質(zhì)量和止水帷幕的可靠性,以進(jìn)一步控制施工對周邊建筑物造成的不利影響。

(2)基坑支護(hù)體系。采用三層樓板支撐體系。對B0～B2板在結(jié)構(gòu)樓板的基礎(chǔ)上予以加強(qiáng)并將其作為施工平臺(tái),對樓梯、電梯等孔洞位置設(shè)置取土口。其中B0板內(nèi)的支撐類型采用700 mm×800 mm邊梁、1 000 mm×800 mm對撐及角撐、700 mm×600 mm聯(lián)系桿;B1板內(nèi)的支撐類型采用800 mm×800 mm邊梁、1 200 mm×800 mm對撐及角撐、700 mm×700 mm聯(lián)系桿;B2板內(nèi)的支撐類型采用800 mm×800 mm邊梁、1 200 mm×800 mm對撐及角撐、700 mm×700 mm聯(lián)系桿。

(3)土體的加固。對于靠地鐵2號線一側(cè)的被動(dòng)區(qū)采用Φ800@600 mm高壓旋噴樁進(jìn)行加固處理,高壓旋噴樁采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥。水泥∶粉煤灰=1∶0.3,水泥和粉煤灰的用量為550 kg/m3。水泥漿液的水灰比為0.80。

(4)坑內(nèi)降水系統(tǒng)。在該工程基坑內(nèi)共設(shè)置孔徑為600 mm的降水井16口,能夠滿足降水要求。

2.3 南區(qū)基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)

(1)基坑圍護(hù)體系。南區(qū)基坑外圍的開挖深度為16.05 m,基坑的圍護(hù)墻體采用0.80 m厚的地下連續(xù)墻(地鐵沿線先期施工的墻為1.00 m厚的地下墻),墻深48.60～51.60 m,用以隔斷承壓水,墻底進(jìn)入中風(fēng)化泥巖或砂巖2.00 m以上,隔水性能可靠。在地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)各設(shè)一道3Φ850@600 mm三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行槽壁的加固處理,加固深度至坑底8.00 m以保證地下墻的施工質(zhì)量并保證止水帷幕的可靠性,以進(jìn)一步控制施工對周邊建筑物產(chǎn)生的不利影響。

該區(qū)主樓開挖深度為13.05 m,其與裙樓交界處采用Φ1 000@1 200 mm鉆孔灌注樁,鉆孔樁樁長29.70 m;鉆孔灌注樁靠近后開挖基坑一側(cè)采用3Ф850@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水;鉆孔灌注樁靠主樓側(cè)設(shè)一排Ф800@1 200 mm高壓旋噴樁;靠裙樓側(cè)設(shè)一排3Ф850@600 mm三軸攪拌樁。

(2)基坑支護(hù)體系。

①主樓支護(hù)體:采用兩道鋼筋混凝土支撐,其中第一道內(nèi)支撐類型為1 200 mm×900 mm頂圈梁、900 mm×800 mm主撐、700 mm×700 mm聯(lián)系撐;第二道內(nèi)支撐類型為1 300 mm×900 mm圈梁、1 200 mm×800 mm主撐、800 mm×800 mm聯(lián)系撐。

②群樓支護(hù)體:采用三層樓板支撐體系。對B0～B2板在結(jié)構(gòu)樓板基礎(chǔ)上予以加強(qiáng)后作為施工平臺(tái),對樓梯、電梯等孔洞位置設(shè)置取土口。其中B0板內(nèi)的支撐類型為800 mm×800 mm主撐、800 mm×800 mm邊梁;B1板內(nèi)的支撐類型為800 mm×800 mm主撐、800 mm×800 mm邊梁、1 300 mm×800 mm圍囹;B2板內(nèi)的支撐類型為800 mm×800 mm主撐、800 mm×800 mm邊梁、1 300 mm×800 mm圍囹。

(3)坑內(nèi)降水系統(tǒng)。共設(shè)孔徑為600 mm的降水井32口,孔徑為300 mm的觀測井2口。其中主樓布置了6口降水井,2孔觀測井;裙樓布置了26口降水井。

3 施工總體規(guī)劃情況

首先進(jìn)行地連墻內(nèi)外兩側(cè)的三軸攪拌樁施工,對其上部土體進(jìn)行加固,然后進(jìn)行地連墻及地下室、主樓灌注樁的施工,并在地連墻施工的同時(shí)進(jìn)行灌注樁施工[1]。因此,整個(gè)施工現(xiàn)場的布置需要考慮地連墻與灌注樁同時(shí)施工期間的場地臨建、機(jī)械布置等,盡量在不影響地連墻施工的同時(shí)安排更多的旋挖設(shè)備進(jìn)行灌注樁施工以滿足合同工期要求。

4 施工工藝

該工程涉及到的施工工藝有泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁、立柱樁、鋼管樁、地下連續(xù)墻、三軸攪拌樁、高壓旋噴樁、降水井、內(nèi)支撐等[2]。具體的施工工藝流程為:三軸攪拌樁→高壓旋噴樁→降水井→地下連續(xù)墻→立柱樁→鋼管樁→灌注樁→內(nèi)支撐→B0板→土方開挖。

5 工程的重、難點(diǎn)問題及解決辦法

(1)工期緊、交叉作業(yè)嚴(yán)重、現(xiàn)場管理難度大。根據(jù)甲方要求,工程必須在2015年9月底完成全部基坑(包含主樓及裙樓基礎(chǔ)處理)施工,且各階段施工節(jié)點(diǎn)工期明確。為此,項(xiàng)目部自2014年12月中旬進(jìn)場以來一直處于現(xiàn)場施工高峰期,各工序交叉施工造成的影響極為嚴(yán)重,加上現(xiàn)場場地有限,整個(gè)施工現(xiàn)場一直處于較為擁擠的狀態(tài)。在施工高峰期,整個(gè)施工現(xiàn)場共投入280型及360型旋挖鉆機(jī)12臺(tái)、沖擊鉆機(jī)11臺(tái)、三軸攪拌樁機(jī)3臺(tái)、抓頭4臺(tái)、高壓旋噴樁機(jī)4臺(tái)、高壓旋噴引孔鉆機(jī)2臺(tái)、250 t履帶吊2臺(tái)、150 t履帶吊2臺(tái)、50 t履帶吊2臺(tái)、反挖5臺(tái)、裝載機(jī)2臺(tái)、各種型號的汽車吊7臺(tái)、施工及管理人員近300人。鑒于設(shè)備及人員投入眾多,進(jìn)而加大了現(xiàn)場施工管理的難度。項(xiàng)目部在強(qiáng)化管理的同時(shí),建立健全了各項(xiàng)管理及應(yīng)急處置方案,強(qiáng)調(diào)了各工種間的相互配合,使整個(gè)項(xiàng)目在施工高峰期間一直處于緊而不亂的狀態(tài),未發(fā)生因現(xiàn)場管理混亂而造成停工或窩工的情況。

(2)地下連續(xù)墻施工。地下連續(xù)墻施工是公司進(jìn)入城建開發(fā)市場以來首次涉及到的,以往沒有類似可供參考的經(jīng)驗(yàn)且在這方面存在技術(shù)實(shí)力薄弱的現(xiàn)狀,因此,施工期間,地下連續(xù)墻各工序的質(zhì)量控制成為項(xiàng)目技術(shù)管理工作面臨的難點(diǎn)之一。項(xiàng)目部在地下連續(xù)墻施工的前期,有針對性地聯(lián)系并走訪了武漢當(dāng)?shù)卦诮ǖ叵逻B續(xù)墻項(xiàng)目,進(jìn)行了參觀學(xué)習(xí),將其他項(xiàng)目地下連續(xù)墻施工流程以照片、視頻的形式記錄并進(jìn)行認(rèn)真研究。同時(shí),項(xiàng)目部在公司的大力支持與幫助下,聘請國內(nèi)知名地下連續(xù)墻專家、教授親臨現(xiàn)場指導(dǎo)施工,并對項(xiàng)目技術(shù)管理人員進(jìn)行了相關(guān)知識的培訓(xùn),使項(xiàng)目部所有人員對地下連續(xù)墻的施工技術(shù)有了更進(jìn)一步的了解,使地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量從一開始就得到了有效的控制,并為今后類似項(xiàng)目施工提供了可供參考的經(jīng)驗(yàn)。

(3)地連墻接頭的處理。在有效保證地連墻垂直度的同時(shí),若不能很好地控制兩墻之間接頭工字鋼內(nèi)泥漿或混凝土的清理(地下連續(xù)墻成槽期間,由于其需要穿過砂層,該層段可能會(huì)出現(xiàn)槽徑擴(kuò)大的情況,在混凝土澆筑期間該部位會(huì)出現(xiàn)混凝土繞滲現(xiàn)象),將會(huì)極大程度地影響工程施工質(zhì)量,導(dǎo)致出現(xiàn)接頭處滲水等質(zhì)量問題。

針對這一問題,經(jīng)項(xiàng)目部多方咨詢?nèi)∽C,在施工期間采用沖擊鉆機(jī)、抓斗斗具更換加長斗齒并配合方形鋼刷等方法對地下連續(xù)墻工字鋼內(nèi)部可能存在的混凝土及泥皮進(jìn)行了認(rèn)真的處理,處理合格的標(biāo)準(zhǔn)以鋼刷上無泥皮及沖擊鉆機(jī)鋼繩垂直放至孔底繩鎖無偏斜為準(zhǔn)[3]。

(4)鋼管樁的施工。該項(xiàng)目除地下連續(xù)墻施工為公司首次涉及外,鋼管樁施工亦為公司首次涉足,亦成為該項(xiàng)目施工的重中之重。其作為主體結(jié)構(gòu)柱的一部分施工難度不亞于地下連續(xù)墻施工,特別是鋼管樁施工期間垂直度的控制是該項(xiàng)目樁基施工的最大難點(diǎn)。為加強(qiáng)對鋼管樁垂直度的控制,項(xiàng)目部在借鑒南國中心一期成敗經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),先后赴北京及天津鋼管樁施工優(yōu)秀的項(xiàng)目取經(jīng),并與監(jiān)理單位和總包單位多次聯(lián)合召開鋼管樁施工質(zhì)量控制研討會(huì),共同解決了鋼管樁施工期間遇到的問題,使鋼管樁施工一直處于受控狀態(tài)。同時(shí),項(xiàng)目部根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及鋼管樁施工工藝特點(diǎn),在原有鋼管樁施工工藝的基礎(chǔ)上對鋼管樁調(diào)垂架、鋼管樁溢漿口及鋼管樁栓釘包裹等進(jìn)行了優(yōu)化處理,以加強(qiáng)對鋼管樁施工過程中的質(zhì)量控制,受到了相關(guān)單位的好評。

(5)地下障礙物的處理。整個(gè)項(xiàng)目施工作業(yè)面下3.00～5.00 m處存在原建筑物的廢棄樁基礎(chǔ)等障礙物,且其分布不明,如不及時(shí)清理將極大程度地影響到樁基及地下連續(xù)墻的施工。但由于該項(xiàng)目施工工期緊張,采用大規(guī)模開挖查實(shí)后再進(jìn)行處理的辦法不能滿足現(xiàn)場施工要求。為此,項(xiàng)目部與業(yè)主單位一起在查明原建筑物名稱之后,通過各種渠道最終在檔案館找到了部分原建筑物基礎(chǔ)圖紙手繪版,并結(jié)合該圖與項(xiàng)目周邊相似建筑物的關(guān)系情況繪制在該項(xiàng)目基礎(chǔ)圖上,從而較為準(zhǔn)確地確定了項(xiàng)目下部廢棄基礎(chǔ)的位置;同時(shí),結(jié)合原建筑物不同的基礎(chǔ)形式,采用開挖破除、避讓等方法進(jìn)行處理;對于無法避讓的樁孔,如鋼管樁樁位則采用沖擊鉆機(jī)定點(diǎn)清除的方法進(jìn)行處理。與此同時(shí),做好了現(xiàn)場施工設(shè)備的統(tǒng)籌安排,避免了施工設(shè)備出現(xiàn)閑置窩工的情況,使該項(xiàng)目的最終工期得到了保證。

6 技術(shù)創(chuàng)新

(1)帶式泥漿壓濾機(jī)工程泥漿固液分離及廢漿回收處理系統(tǒng)[4]具有的特點(diǎn):

①自動(dòng)化程度高。

②連續(xù)運(yùn)行。

③運(yùn)行費(fèi)用低。

④脫水效果好。

⑤整機(jī)壽命長。

(2)逆作法鋼管柱調(diào)垂固定[5]具有的特點(diǎn):

①高效性。

②先進(jìn)性。

③實(shí)用性。

(3)二級式混凝土浮漂具有的特點(diǎn):

①深孔泥漿比重推算法。深孔泥漿比重的測量一直是在工程現(xiàn)場很難實(shí)現(xiàn)的一個(gè)問題,特別是在沒有反循環(huán)泥漿凈化器的情況下檢測深孔泥漿比重更為困難?；诖祟惽闆r,項(xiàng)目部技術(shù)人員提出了一種較為準(zhǔn)確的推算方法:根據(jù)水下灌注樁施工工藝,正循環(huán)澆筑前需要泄壓,而存在負(fù)壓的根本原因在于沖孔的循環(huán)漿比重小于孔內(nèi)的泥漿比重,導(dǎo)管內(nèi)的漿面高于孔內(nèi)漿面即為不同比重漿液在孔底實(shí)現(xiàn)壓強(qiáng)相等的一種平衡狀態(tài)。這里應(yīng)該注意的是:循環(huán)漿是流動(dòng)漿,應(yīng)將其看做是密度均勻的液體;而鉆孔時(shí)的泥漿則是越靠近孔底其比重越大?？變?nèi)鉆孔漿的比重與孔深之間必然為二次函數(shù)關(guān)系,可以通過多次試驗(yàn)找出兩者之間的二次關(guān)系,繼而求出孔內(nèi)泥漿比重的平均值。而孔口的泥漿比重可以在現(xiàn)場測得,以泥漿比重平均值和孔口泥漿比重為已知數(shù)據(jù),采用微積分的方法即可求出孔底泥漿比重。

②二級式沉浸法。該新型測量工具主要由兩部分組成:一級配重和二級浮球。浮球上下各有一個(gè)繩環(huán),下繩環(huán)用于懸掛配重,上繩環(huán)用于連接測繩。

工作時(shí),在混凝土澆筑過程中將浮漂沉浸于孔中:

第一步:進(jìn)入泥漿中,所有部件在配重的作用下迅速下沉。

第二步:浮球配重進(jìn)入混凝土層,此時(shí)配重因黏滯力失去大部分作用,其使命完成。

第三歩:二級浮球在混凝土及泥漿浮力下不會(huì)沒入混凝土中,但其隨著混凝土標(biāo)高的上升而上升。

據(jù)此能夠準(zhǔn)確地測得混凝土澆筑面,并且能夠隨著澆筑面的上升而不斷上升。但是,隨著浮球的上升測繩也會(huì)松弛下來,時(shí)間久了即會(huì)使松弛的測繩纏繞在導(dǎo)管上而使其失去測量的作用。因此,在測量過程中,浮球每上升50 cm即需由人工手動(dòng)使測繩繃緊,但其較之過去固定位置式的測量已具備半自動(dòng)化功能。

通過該測具的應(yīng)用,更好地把控了工程質(zhì)量,使測量結(jié)果以一種直觀的方式呈現(xiàn)出來,簡化了許多驗(yàn)收程序,同時(shí)保證了樁基工程的質(zhì)量,節(jié)約了混凝土成本。這樣一種結(jié)果準(zhǔn)確的混凝土澆筑面測量工具的誕生告別了以往經(jīng)驗(yàn)式的判定方法,實(shí)現(xiàn)了測量的半自動(dòng)化,并為在此基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展提供了巨大的空間?？梢韵胂?其第二代產(chǎn)品會(huì)在第一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加恒微力卷揚(yáng)機(jī),使收測繩時(shí)不再需要人力,也不必?fù)?dān)心測繩纏繞,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化;第三代產(chǎn)品將在第二代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加速率分析裝置,能夠在混凝土澆筑過程中,根據(jù)混凝土的澆筑量及上升速率分析其孔徑的變化,得出直觀的樁徑圖形,能夠準(zhǔn)確分析出成樁質(zhì)量,進(jìn)而提前做出整改方案。

7 結(jié) 語

該項(xiàng)目基坑工程無論是其施工工藝、施工質(zhì)量和施工難度都極具挑戰(zhàn)性。項(xiàng)目部在組建管理團(tuán)隊(duì)和前期策劃階段公司即高度重視,組建了一支優(yōu)秀的管理團(tuán)隊(duì)。項(xiàng)目前期,為保證項(xiàng)目的施工安全、質(zhì)量及進(jìn)度,公司和項(xiàng)目部在技術(shù)、質(zhì)量、文明施工等方面進(jìn)行了大量的考察研究,制定了科學(xué)合理的施工方案并采用了一些先進(jìn)技術(shù),經(jīng)項(xiàng)目部全體人員的共同努力,在公司強(qiáng)有力的幫助、指導(dǎo)下,較為圓滿地完成了該項(xiàng)目的施工任務(wù)。該工程所采用的逆作法施工技術(shù)非常成功,亦為今后的項(xiàng)目應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。