巖土工程中深基坑支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用

摘 要：某人防工程的巖土基坑開挖深度達(dá)到14.0m，地層結(jié)構(gòu)以粉質(zhì)黏土為主，存在較大的變形和坍塌風(fēng)險。因此為了保證基坑的穩(wěn)定性，研究過程對支護(hù)體系和相應(yīng)的施工技術(shù)進(jìn)行探究，將該項(xiàng)目基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)為旋挖鉆孔灌注樁+錨噴，灌注樁施工的關(guān)鍵工序包括埋設(shè)鋼護(hù)筒、泥漿制備、鉆孔、水下混凝土灌注，錨噴施工的關(guān)鍵工序?yàn)樵炜住⑶蹇?、設(shè)置錨索、灌注水泥漿液、鋼筋網(wǎng)片與錨索焊接、噴射砼面層。在基坑開挖過程中，對錨索軸力、地表沉降、樁頂水平位移進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果顯示，各項(xiàng)指標(biāo)均未超過報警值。

關(guān)鍵詞：深基坑；支護(hù)方案設(shè)計(jì)；支護(hù)體系施工；基坑監(jiān)測

中圖分類號：TU 75" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

大型巖土深基坑工程的支護(hù)方案與地質(zhì)結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境存在密切的聯(lián)系，合理的支護(hù)設(shè)計(jì)方案能夠保證基坑的穩(wěn)定性，預(yù)防坍塌事故。國內(nèi)針對巖土深基坑支護(hù)方法、施工技術(shù)、變形監(jiān)測的研究較為廣泛。陳立[1]分析了鉆孔灌注樁在基坑支護(hù)中的施工技術(shù)要點(diǎn)和質(zhì)量保證措施。樸健[2]探究了高壓旋噴樁止水帷幕在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用方法。常子政等[3]結(jié)合地鐵項(xiàng)目，對深基坑錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方法進(jìn)行了全面論述。

在較為復(fù)雜的大型深基坑項(xiàng)目中，單一的支護(hù)技術(shù)難以保障作業(yè)安全，因此需要聯(lián)合應(yīng)用多種支護(hù)措施。此次研究以人防工程深大基坑為分析對象，其支護(hù)體系的主體結(jié)構(gòu)為旋挖鉆孔灌注樁，同時利用錨索加固樁間土。對相應(yīng)的施工技術(shù)和變形監(jiān)測方法進(jìn)行了全面分析，保證了基坑的穩(wěn)定性。

1 工程概況

某人防工程占地面積約為2.7萬m2，長度為362m，寬度為35～45m，基坑開挖深度為14m，基底南高北低，傾斜度為1.1%。經(jīng)地質(zhì)勘察，在深基坑開挖深度范圍內(nèi)，按照自上而下的順序可將地層結(jié)構(gòu)劃分為雜填土、黃土狀粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏土、碎石，各層的平均厚度分別為3.3m、3.6m、5.44m、4.23m、8.33m。在深基坑施工過程中，需要結(jié)合地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)完善的支護(hù)體系，保障作業(yè)安全，以下對該項(xiàng)目基坑支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行分析。

2 深基坑支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)分析

2.1 深基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

基坑周邊建筑物較多，包括小學(xué)、中學(xué)、高層住宅、停車場等，各建筑物與基坑用地紅線的距離為5.9～26.0m。為保證周邊建筑地基的穩(wěn)定性，保障安全性，當(dāng)設(shè)計(jì)支護(hù)方案時，要求嚴(yán)格控制土體水平位移?？蛇x方案包括地下連續(xù)墻和排樁。從控制造價的角度出發(fā)，決定采用單排樁+錨噴的支護(hù)方案。以項(xiàng)目中的3-3、4-4、5-5剖面為例，其支護(hù)體系的設(shè)計(jì)方案見表1，支護(hù)體系的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 深基坑支護(hù)體系施工要點(diǎn)

2.2.1 旋挖鉆孔灌注樁施工要點(diǎn)

該基坑排樁采用旋挖鉆孔灌注樁工藝，在孔口位置埋設(shè)鋼護(hù)筒，利用泥漿進(jìn)行護(hù)壁。施工技術(shù)要點(diǎn)如下。

樁位測量放線：對場地進(jìn)行平整，清除不良土壤，并且將場地夯填密實(shí)。利用全站儀放樣樁位，使用十字控制網(wǎng)確定樁體軸心，每根旋挖鉆孔灌注樁設(shè)置4個護(hù)樁。在樁位放樣后，檢測相鄰樁位的間距是否滿足1.5m的設(shè)計(jì)要求。

埋設(shè)鋼護(hù)筒：鉆孔施工過程通過鋼護(hù)筒保護(hù)孔口，防止孔口坍塌。樁體直徑為0.8m，將鋼護(hù)筒內(nèi)徑設(shè)計(jì)為1.0m，壁厚設(shè)計(jì)為6mm，高度為2.0m，以鋼板卷制焊接而成[4]。在鋼護(hù)筒的頂端焊接吊耳，同時預(yù)留40cm×20cm的出漿口。根據(jù)樁位放樣結(jié)果，利用挖機(jī)開挖基坑，然后通過吊裝施工將鋼護(hù)筒放入坑內(nèi)，利用人工方式回填護(hù)筒外側(cè)的基坑，并夯實(shí)填料。在埋設(shè)鋼護(hù)筒的過程中，應(yīng)檢測護(hù)筒幾何中心與樁體中心軸線的偏差，同時檢查鋼護(hù)筒的垂直度，按照表2標(biāo)準(zhǔn)檢測鋼護(hù)筒埋設(shè)的施工質(zhì)量。

泥漿制備：旋挖鉆孔施工采用泥漿護(hù)壁技術(shù)，在作業(yè)現(xiàn)場挖設(shè)3.0m×2.0m×2.5m的泥漿池。利用膨潤土、清水制備泥漿，水和膨潤土的配比為1∶0.06[5]。新制備的泥漿、鉆孔施工用泥漿、清孔階段的泥漿對相對密度、黏度、含砂率、pH具有明確的要求，見表3。

鉆孔和初次清孔：地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，該項(xiàng)目深基坑地質(zhì)條件以粉質(zhì)黏土、黏土、碎石土為主，整體硬度較低，因此鉆孔時推薦采用鉆斗。在鉆孔施工前，需要復(fù)測樁位，要求樁位偏差不得超過10mm。鉆進(jìn)過程利用泥漿進(jìn)行護(hù)壁，可預(yù)防縮徑、坍孔等。鉆斗的下降速度為0.8m/s，載重情況下的提升速度約為0.5m/s，轉(zhuǎn)速宜為15r/min。在鉆進(jìn)過程中，應(yīng)觀察地層變化、鉆進(jìn)方向，鉆孔的垂直度偏差，并將其控制在0.5%以內(nèi)[6]。在鉆進(jìn)至預(yù)定深度后，須盡快完成清孔操作，清孔后泥漿的密度應(yīng)小于1.25g/cm3。

鋼筋籠安裝和二次清孔：在初次清孔結(jié)束后，立即安裝鋼筋籠。為了保證混凝土保護(hù)層的厚度，按照從上到下的順序，每間隔4.0m設(shè)置一組厚50mm的混凝土墊塊，每組4個。鋼筋籠吊裝時設(shè)置4個吊點(diǎn)，在專人的輔助下將其下放至預(yù)定高度，再進(jìn)行固定。鋼筋籠安裝完成后，立即進(jìn)行二次清孔，孔底沉渣的厚度應(yīng)小于50mm。

灌注混凝土：合理控制混凝土的初次灌注量，經(jīng)過初灌后，將導(dǎo)管埋入混凝土液面以下0.8m處。隨著灌注量增加，逐步向上提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管在混凝土中的埋深始終維持在2～6m。應(yīng)連續(xù)進(jìn)行灌注過程，不要中途停止。

2.2.2 錨噴施工要點(diǎn)

錨噴施工的工藝流程：基坑土層開挖→用錨噴工藝加固排樁的樁間土，進(jìn)一步提高基坑的穩(wěn)定性。

錨噴施工的工藝流程：放樣錨桿位置→錨桿鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔→將錨索置入孔內(nèi)→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片、鋼筋網(wǎng)片與錨索焊接→噴射混凝土面層→錨桿壓力注漿→開挖下一個土層。

基坑開挖及錨索施工順序：基坑支護(hù)采用邊開挖邊支護(hù)的作業(yè)方式，分4次開挖3-3剖面和4-4剖面，設(shè)置3道錨索。5-5剖面設(shè)置2道錨索，分3次完成基坑開挖。以3-3、4-4剖面為例，基坑開挖及錨索施工的順序見表4。

關(guān)鍵工序的施工要點(diǎn)：噴錨施工的錨索可采用鋼筋或者鋼絞線，作業(yè)時利用MQT-130型錨索鉆機(jī)成孔，根據(jù)邊坡錨索入射角的設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格控制鉆孔時的角度。成孔直徑為130mm，實(shí)際鉆孔深度應(yīng)略大于設(shè)計(jì)孔深，超過0.5m。在成孔后，通過高風(fēng)壓吹空，完成清孔，再用人工方式將錨索緩緩放入孔內(nèi)，測量外露部分，保證錨固段的長度。

錨索安裝完成后，在基坑表面掛網(wǎng)，用焊接的方式固定錨體主筋彎鉤與掛網(wǎng)的水平筋。使用P.O42.5普通硅酸鹽水泥制備水灰比為0.45的水泥漿液，然后進(jìn)行錨孔一次注漿施工，壓力為0.5MPa～1.5MPa，待水泥漿液從注漿孔溢出后停止注漿[7]。在一次注漿初凝后，立即進(jìn)行二次注漿，壓力為2.0MPa～3.0MPa。在錨孔注漿結(jié)束后，按照從右到左的順序進(jìn)行基坑表面混凝土噴射作業(yè)，厚度應(yīng)達(dá)到50mm。

2.3 深基坑支護(hù)體系監(jiān)測

為了檢驗(yàn)支護(hù)體系的有效性，并及時掌握基坑變形的潛在風(fēng)險，應(yīng)針對深基坑和支護(hù)體系設(shè)置多種監(jiān)測指標(biāo)，具體包括樁頂水平位移、周邊地表沉降、基坑深層水平位移、錨索內(nèi)力等，以下分析部分監(jiān)測指標(biāo)的數(shù)據(jù)。

2.3.1 監(jiān)測指標(biāo)報警值

針對以上監(jiān)測指標(biāo)，施工單位設(shè)計(jì)了監(jiān)測頻率和監(jiān)測報警值。當(dāng)開挖深度不超過5m時，按照1次/2d的頻率進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)開挖深度為5～10m時，監(jiān)測頻率為1次/d。當(dāng)開挖深度超過10m后，監(jiān)測頻率為2次/d。主要指標(biāo)的監(jiān)測報警值見表5。

2.3.2 主要監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)分析

樁頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：圍護(hù)樁數(shù)量較多，基坑開挖作業(yè)的計(jì)劃工期為90天，在此期間監(jiān)測樁頂水平位移量，選取累計(jì)水平位移量最大的圍護(hù)樁，繪制水平位移隨時間的變化曲線，結(jié)果如圖2所示。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，該圍護(hù)樁在監(jiān)測時間內(nèi)的累計(jì)位移量為20.8mm，遠(yuǎn)小于變形預(yù)警值。綜合其他圍護(hù)樁的水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，90天內(nèi)的累計(jì)位移量為15.9～20.8mm。

基坑周邊地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：在深基坑周邊布置26條測線，每條測線上設(shè)置4個監(jiān)測點(diǎn)?；娱L度為362m，沿長度方向設(shè)置24條測線，單側(cè)布置12條測線?；訉挾葹?5m，在寬度方向的臨邊分別設(shè)置1條測線。對26條測線在90天內(nèi)的沉降量進(jìn)行比較，從中選取累計(jì)沉降量最大的一條測線，繪制4個監(jiān)測點(diǎn)隨時間的變化，結(jié)果如圖3所示。測點(diǎn)1、2、3、4與基坑內(nèi)側(cè)的距離逐漸增加，從數(shù)據(jù)可知，4個測點(diǎn)的累計(jì)沉降量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，靠近基坑內(nèi)側(cè)的測點(diǎn)沉降量最大。地表沉降變形的預(yù)警值為50mm，該測線上4個測點(diǎn)的累計(jì)沉降量均未超過預(yù)警值。因此，基坑地表沉降控制符合要求。

錨索軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：錨桿軸力的預(yù)警值為（60%～70%）f2，f2為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)極限載荷。以5-5剖面為例，第一道錨索的軸力設(shè)計(jì)極限載荷為508.92kN，第二道錨索的軸力設(shè)計(jì)極限載荷為389.25kN。

圖4為5-5剖面典型錨索軸力在90天內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，第一道錨索的最大軸力約為226kN，第二道錨索的最大軸力約為155kN。兩道錨索軸力監(jiān)測值與設(shè)計(jì)極限載荷的比值分別為44.4%、53.59%，均未超過預(yù)警值下限（60%）。因此，錨索的軸力安全性滿足要求。

3 結(jié)論

該項(xiàng)目為人防工程，基坑開挖深度達(dá)到14.0m，屬于深基坑。研究過程根據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)和基坑周邊環(huán)境設(shè)計(jì)支護(hù)體系，并且對施工要點(diǎn)和變形監(jiān)測方法進(jìn)行了分析。根據(jù)研究內(nèi)容可得出以下結(jié)論。1）該項(xiàng)目巖土地質(zhì)以粉質(zhì)黏土為主，其抗壓強(qiáng)度、抗剪性能較差，容易導(dǎo)致基坑變形。另外，在開挖場地附近存在較多建筑物，包括學(xué)校、高層住宅、停車場等。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)支護(hù)體系時，既要保證基坑的穩(wěn)定性，又要減少對周邊建筑物的擾動。綜合以上情況，施工過程采用旋挖鉆孔灌注樁+錨噴的聯(lián)合支護(hù)體系。2）支護(hù)體系的施工質(zhì)量對其支護(hù)效果具有突出的影響，旋挖鉆孔樁的關(guān)鍵工序包括埋設(shè)鋼護(hù)筒、泥漿護(hù)壁、鉆孔、灌注水下混凝土，錨噴作業(yè)的關(guān)鍵工序?yàn)樵炜?、清孔、錨索安裝、灌注水泥漿液等。3）為了保證工程質(zhì)量，針對地表沉降、圍護(hù)樁樁頂水平位移、錨索軸力設(shè)置系統(tǒng)性的監(jiān)測點(diǎn)，繪制測點(diǎn)變形量隨時間的變化規(guī)律。結(jié)果顯示，以上監(jiān)測指標(biāo)的累計(jì)變形量均未超過預(yù)警值，說明此次設(shè)計(jì)的支護(hù)方案滿足安全要求。

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