張躍進(jìn), 曾紀(jì)文

(武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司,湖北 武漢　430070)

0　引言

隨著建筑地下空間的發(fā)展,城市深基坑開挖工程日漸劇增,同時(shí)受城市建設(shè)空間的限制,基坑周邊的環(huán)境趨于復(fù)雜化,基坑緊鄰周邊建筑物和道路,加之地層的復(fù)雜性,從而使得基坑開挖的風(fēng)險(xiǎn)及危害性加劇。雖然設(shè)計(jì)充分考慮了基坑的安全性,但往往會因不可預(yù)見的地層變化而致使基坑在開挖過程中出現(xiàn)變形超出警戒值；通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測的數(shù)據(jù)反映了基坑的不穩(wěn)定性。為確?；幽馨踩樌_挖施工到基坑底標(biāo)高,就必須分析引起基坑變形加劇的實(shí)際原因而采取相應(yīng)的應(yīng)急處理方案,其直接影響到基坑變形穩(wěn)定和周邊建筑物及道路的安全。本文通過工程實(shí)例闡述基坑在超厚淤泥層變形超警戒時(shí)的應(yīng)急加固方案設(shè)計(jì)與實(shí)施。

1　工程概況

擬建的武漢紅星美凱龍家居廣場基坑圍護(hù)工程位于武漢市硚口區(qū)額頭灣立交橋附近,設(shè)地下室兩層,本項(xiàng)目基坑周長1 063 m,面積3.93萬m2,規(guī)劃總用地面積77 546 m2,地面設(shè)計(jì)標(biāo)高為23.50 m,±0標(biāo)高為絕對標(biāo)高24.5 m,地下室埋深約9.8 m(包括底板厚度)。底板墊層底設(shè)計(jì)相對標(biāo)高為-10.15 m,承臺墊層底設(shè)計(jì)相對標(biāo)高為-9.40～-13.00 m。西南角主樓部位筏板墊層底設(shè)計(jì)相對標(biāo)高為-11.40 m。集水井墊層底設(shè)計(jì)相對標(biāo)高為-11.35 m,消防集水井墊層底設(shè)計(jì)相對標(biāo)高為-12.65 m,電梯井墊層底設(shè)計(jì)相對標(biāo)高為-11.20～-12.65 m。本基坑分級放坡結(jié)合掛網(wǎng)噴砼,并采用攪拌樁加固坡底及坑底淤泥軟塑土體的支護(hù)方式,本基坑工程安全等級:基坑北側(cè)1-1、1′-1′、2-2剖面范圍為二級,其余南側(cè)為一級。

在勘探深度范圍內(nèi),本場區(qū)地層共分16大層,而本基坑開挖深度范圍內(nèi),影響基坑的主要土層為:第(1)-1層雜填土;第(1)-2層素填土;第(2)層淤泥以及第9層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。基坑范圍內(nèi)各巖土層層序、層名、巖土特征及空間分布等詳見圖1*中南勘察設(shè)計(jì)院(湖北)有限責(zé)任公司，武漢紅星美凱龍世博家居廣場勘察報(bào)告，2012。。

在實(shí)際施工中位于基坑?xùn)|南角7剖面處基坑深度6 m以下實(shí)際揭露的地層為約15 m深的流塑狀淤泥,且質(zhì)地相當(dāng)軟弱,自穩(wěn)性差,含水量大。

本基坑支護(hù)深度為7.8～9.15 m,分八個剖面進(jìn)行支護(hù),其中1和1′剖面采用放坡加錨桿結(jié)合掛網(wǎng)噴砼支護(hù),2～6剖面采用二級放坡結(jié)合掛網(wǎng)噴砼支護(hù)加坑底攪拌樁加固支護(hù)形式,7剖面采用一級放坡加雙排灌注樁懸臂支護(hù),6、7剖面被動區(qū)采用密排攪拌樁加固坑底土體,電梯井坑中采用攪拌樁支護(hù)和加固?；铀捎妹髋?圖2)。

2　基坑施工情況及變形監(jiān)測信息

本基坑除東南角7剖面為一級放坡加垂直開挖支護(hù)外,其它段面均為二級放坡支護(hù)。2012年8月開始施工放坡區(qū)域的攪拌樁,8月底開始施工7剖面鉆孔支護(hù)樁,采用的是直徑900 mm,樁長20.2 m旋挖灌注樁,雙排樁內(nèi)排樁間距1.2 m,外排2.4 m,因該區(qū)域揭露的地層主要為粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土,土質(zhì)較軟,局部為流塑狀淤泥,造成實(shí)際施工中支護(hù)樁局部存在擴(kuò)孔和縮頸現(xiàn)象。雙排樁之間采用攪拌樁加固,內(nèi)排樁10 m范圍內(nèi)密排攪拌樁加固被動土區(qū)域。鉆孔支護(hù)樁和加固攪拌樁工作于10月中旬全部完成。該區(qū)域一級坡的支護(hù)形式為1∶1放坡掛網(wǎng)噴砼加三排注漿鋼管,雙排樁冠梁頂部標(biāo)高為-5.2 m,基坑底標(biāo)高為-10.2 m。

圖1　鉆孔地質(zhì)柱狀圖Fig.1　Geology columnar section of drilling

圖2　基坑平面圖Fig.2　Planar graph of foundation pit

同年11月中旬該區(qū)域土方開始進(jìn)行垂直下行開挖,12月5日土方開挖到基坑底,并進(jìn)行了墊層施工。土方開挖過程中每間隔3天監(jiān)測一次,基坑變形變化幅度很小,累計(jì)位移只有10～15 mm。但隨著時(shí)間的推移,基坑頂部與路牙交界處出現(xiàn)5～20 mm的裂縫,逐漸趨于增大,基坑外10 m處的路面出現(xiàn)明顯沉降和較大的裂縫(照片1、照片2),冠梁頂位移最大達(dá)到了50 mm(見圖3-圖5)。監(jiān)測信息及時(shí)反饋到基坑設(shè)計(jì)單位,設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、建設(shè)方立即對現(xiàn)場進(jìn)行了詳細(xì)察勘和分析、討論?？紤]到該區(qū)域地層的復(fù)雜性擬定采取高壓旋噴錨索對雙排樁進(jìn)行加固處理。

照片1　基坑頂?shù)缆愤吘壛芽p圖Photo 1　Crack graph of foundation pit

照片2　基坑冠梁頂與一級坡地交界處裂縫圖Photo 2　Crack graph of top beam and first slope juncture

3　基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的分析

隨著基坑開挖漸漸開挖到底,基坑范圍被動土逐步卸除完畢,加之深厚淤泥層的不穩(wěn)定性,基坑側(cè)壁壓差增大,造成基坑變形逐漸加劇。 依據(jù)基坑周邊位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,整個基坑只有東南角7剖面冠梁頂設(shè)置的3個位移監(jiān)測點(diǎn)(S3、S4、S5)的位移變化異常,且逐步超過位移警戒值。在12月5日以后,三個位移點(diǎn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)逐步加大,且變形幅度呈上升趨勢,位移平均日變化幅度達(dá)到了5～10 mm,直至2012年12月9日開始S4點(diǎn)的位移就超過了警戒值,經(jīng)向基坑設(shè)計(jì)院反應(yīng)后,立即停止了基坑后續(xù)施工,并增大基坑監(jiān)測頻率和基坑周邊巡查的力度。緊接著由設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、業(yè)主共同對現(xiàn)場踏勘,擬定基坑加固方案,以確?；影踩?。四方共同對該區(qū)段基坑變形異常的因素進(jìn)行了分析。

圖3　監(jiān)測點(diǎn)S3位移曲線圖*武漢建工股份有限公司，武漢紅星美凱龍世博家居廣場基坑監(jiān)測報(bào)告，2013。Fig.3　Displacement curve of S3 monitoring point

圖4　監(jiān)測點(diǎn)S4位移曲線圖Fig.4　Displacement curve of S4 monitoring point

圖5　監(jiān)測點(diǎn)S5位移曲線圖Fig.5　Displacement curve of S5 monitoring point

3.1　地層的因素

該區(qū)域在很早以前為河塘,淤泥淤積較深,后經(jīng)回填而形成現(xiàn)有地勢地貌,當(dāng)基坑開挖后內(nèi)外土壓力會發(fā)生變化從而導(dǎo)致坑外淤泥逐漸發(fā)生蠕變;通過旋挖成樁在施工中揭露的地層為坑底約4～5 m的淤泥,且基本為流塑狀，穩(wěn)定性極差。

3.2　基坑周邊環(huán)境的影響

該區(qū)域基坑一級坡頂部為工地臨時(shí)主要道路,基坑開挖后仍然有很多進(jìn)出工地的重型車輛通過,對基坑頂部產(chǎn)生一種動載,對主動區(qū)的深厚淤泥層產(chǎn)生一種擠壓作用,對基坑變形造成影響。

4　加固方案的實(shí)施及效果驗(yàn)證

4.1　該區(qū)域加固前后設(shè)計(jì)方案的對比

4.1.1基坑?xùn)|南角原設(shè)計(jì)剖面圖(圖6)*武漢華太巖土工程有限公司，G修07(7-7剖面土錨)設(shè)計(jì)變更圖紙，2012。

7剖面原設(shè)計(jì)方案上部采取一級放坡加錨管注漿結(jié)合掛網(wǎng)噴砼支護(hù),下部采取雙排樁懸臂垂直開挖支護(hù);懸臂高度為5 m,基坑土方開挖后該區(qū)域樁頂位移加劇并逐步超過警戒值,基坑趨于不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6　基坑7剖面原設(shè)計(jì)圖Fig.6　Original design drawing of profile of No.7 foundation pit

4.1.2基坑?xùn)|南角7剖面加固剖面圖(圖7、圖8)

圖7　基坑位移超警戒值后的加固剖面圖Fig.7　Strengthening profile after ultra warning value of pit displacement

7剖面雙排樁原設(shè)計(jì)計(jì)算是根據(jù)原勘察報(bào)告中所提供的c(13 kPa)、φ(8°)值進(jìn)行計(jì)算的,基坑施工過程中發(fā)現(xiàn)該區(qū)域淤泥土質(zhì)較差,經(jīng)現(xiàn)場取樣送相關(guān)實(shí)驗(yàn)室檢測,發(fā)現(xiàn)其c(5 kPa)、φ(1.5°)值比勘察報(bào)告中提供的值要小很多。加固設(shè)計(jì)是通過后取土樣檢測的c、φ值重新計(jì)算并考慮變形擾動后確定增補(bǔ)錨索的拉力和長度。加固旋噴錨索大樣圖如圖8。

圖8　旋噴錨索設(shè)計(jì)大樣圖Fig.8　Detail drawing of anchor cable design

4.2　旋噴錨索加固的原理

基坑支護(hù)遇軟土層時(shí)使用常規(guī)錨索施工,往往存在錨索抗拔力達(dá)不到設(shè)計(jì)所需值,特別是在遇淤泥等松軟土質(zhì)的基坑支護(hù)中抗拔力更是一個很難解決的問題。旋噴錨索是進(jìn)行預(yù)成孔并將錨索送入設(shè)計(jì)要求的孔深,然后從孔底逐漸往孔口進(jìn)行高壓噴漿,以將錨固體直徑擴(kuò)大,增大錨索抗拔的摩擦接觸面積,從而提高錨索的抗拔力,確保能達(dá)到設(shè)計(jì)值。

4.3　錨索施工設(shè)備選擇及工藝

4.3.1設(shè)備選型

因采用搭設(shè)工作平臺施工,不能承載重型設(shè)備,履帶式錨桿機(jī)不能采用,為確保操作安全,成孔選擇輕型設(shè)備,型號為XY-2型鉆機(jī);要進(jìn)行高壓旋噴注漿作業(yè),故要配備一臺90 kW的高壓泵。

4.3.2成孔鉆頭的選型

如何將制作好的錨索順利并完好地送至孔底,達(dá)到旋噴錨索有效地施工,就必須有一個切實(shí)有效的施工方法。通常的做法就是先進(jìn)行鉆孔預(yù)成孔,用普通鉆孔將孔深鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深,然后提鉆將制作好的錨索體用帶高噴頭的鉆桿送入孔底,再實(shí)施高噴作業(yè),或采取其他施工方法,但這些方法在施工過程中存在很多問題,譬如預(yù)鉆孔發(fā)生了塌孔,錨索不能送達(dá)到設(shè)計(jì)部位,或錨索在送入途中發(fā)生纏攪,不能發(fā)揮其抗拔作用等等。如何解決這些問題,以讓旋噴錨索施工能更快更完善地完成施工,就必須制作一個專用的旋噴錨索施工鉆頭,讓鉆孔與錨索體同步進(jìn)行,順利將錨索體送達(dá)設(shè)計(jì)部位。本加固工程是選用一種專用的旋噴錨索施工鉆頭[1],其包括鉆頭體,錨索端頭固定體,鉆頭與錨索固定板單動裝置,鉆頭與鉆桿連接裝置,逐個連接組裝成一個完整的旋噴錨索施工鉆頭體。如圖9，照片3-照片4。其特征是:鉆頭在旋轉(zhuǎn)的過程中錨索端頭固定板不旋轉(zhuǎn),并借助鉆頭推進(jìn)力將錨索體順利跟進(jìn)帶入。

圖9　旋噴錨索鉆頭體示意圖Fig.9　Schematic diagram of bit body of chemical churning about anchor cable1.鋼板翼片；2.噴漿眼；3.推力軸承；4.鋼絞線；5.中心桿；6.鋼絞線擠壓套；7.鋼索端頭固定板；8.鉆桿專用接頭。

照片3　旋噴錨索鉆頭體實(shí)物一Photo 3　Real graph of bit body of chemical churning about anchor cable

4.3.3成孔工藝

(1) 工作平臺鋪設(shè):按增補(bǔ)錨索的標(biāo)高,用鋼管腳手架搭設(shè)6 m寬的工作平臺,為確保安全,平臺上滿鋪模板,作業(yè)平臺邊緣增設(shè)防護(hù)欄桿,腳手架底部增設(shè)掃地桿,側(cè)壁安裝剪刀撐。

(2) 鉆孔預(yù)成孔:成孔鉆機(jī)就位,調(diào)整好入射傾角,采用直徑150 mm的三頭鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度,目的是減少錨索送入的阻力。

照片4　旋噴錨索鉆頭體實(shí)物二及與錨索連接實(shí)物Photo 4　Real graph of bit body of chemical churning about anchor cable and anchor connection

(3) 錨索制作及安放:錨索端部采用擠壓套固定在錨拉鋼板上,錨拉鋼板焊接固定在一次性鉆頭上,然后將特制的鉆桿接頭插入鉆頭中部,同時(shí)將鉆頭錨索連體送入預(yù)成孔的鉆孔內(nèi),通過鉆機(jī)油壓將錨索逐步送入至設(shè)計(jì)孔深,若遇阻力時(shí)可邊旋轉(zhuǎn)鉆桿，邊向孔內(nèi)送入小壓力的清水,直至錨索端部到達(dá)設(shè)計(jì)孔深(照片5)。

照片5　旋噴錨索制作Photo 5　Anchor cable making of chemical churning

(4) 清洗鉆孔:采用20 MPa左右的壓力向孔內(nèi)高壓噴射清水,將孔底的淤泥徹底沖洗干凈,并再次對鉆孔周邊土體實(shí)施滲透環(huán)繞切割,以便漿液能充分滲透到土體中。

(5) 高壓注漿:按1∶0.8～1∶1的水灰比配制漿液,同時(shí)加入適量的早強(qiáng)劑,采用不少于25 MPa的壓力進(jìn)行送漿,漿液通過鉆桿體通道到達(dá)錨索鉆頭端部的噴嘴,噴出霧狀的漿液滲透到土體中。漿液先稀后濃,邊旋轉(zhuǎn)邊提拔鉆桿,拔桿速度控制在每分鐘25 cm左右;錨固段水泥用量控制在每米150 kg,自由段噴漿拔桿速度可相對加快,噴漿量保證每米100 kg即可(照片6)。

(6) 錨索腰梁施工:按照設(shè)計(jì)圖紙的配筋綁扎腰梁鋼筋,按圖紙尺寸進(jìn)行支模,錨索位于腰梁部位采用Φ75的PVC套管與砼隔離。

照片6　旋噴錨索施工Photo 6　Anchor cable construction of chemical churning

(7) 錨索張拉與鎖定:在錨索注漿體齡期達(dá)到15天以上,強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%后就可進(jìn)行張拉鎖定。張拉前必須將張拉設(shè)備送到有權(quán)威的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定,張拉按設(shè)計(jì)值分級進(jìn)行,并間隔測量錨頭位移量;張拉達(dá)到設(shè)計(jì)值后卸載,同時(shí)安裝錨具夾片進(jìn)行錨索鎖定,鎖定值按設(shè)計(jì)要求,但鎖定時(shí)張拉力應(yīng)增加30%的預(yù)應(yīng)力損耗(照片7)。

照片7　加固錨索預(yù)應(yīng)力張拉及鎖定Photo 7　Prestress tensioning and locking of strenthing anchor

4.4　加固效果

該區(qū)域錨索加固實(shí)施并鎖定后,通過每間隔1、3、7、15天時(shí)間的位移監(jiān)測,冠梁頂部的位移區(qū)域穩(wěn)定,不再繼續(xù)延續(xù)擴(kuò)大,路邊的裂縫經(jīng)水泥封閉后再無新裂縫出現(xiàn)。通過加固確保了基坑安全,保證了整體工期(照片8)。

5　結(jié)語

通過以上工程實(shí)例說明深基坑施工的動態(tài)監(jiān)測信息反饋與分析是基坑降低安全風(fēng)險(xiǎn)的前提,依據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)及周邊情況分析擬定特定的加固方案是基坑安全的有效保證,若選擇的加固方案不適宜,不斷會加大基坑變形,同時(shí)給基坑的安全帶來更大的風(fēng)險(xiǎn)。如何優(yōu)化加固方案和有效實(shí)施,必須做到設(shè)計(jì)、施工密切聯(lián)系,跟蹤及時(shí)反饋。監(jiān)測信息的準(zhǔn)確性和及時(shí)性及施工情況的詳細(xì)記錄是設(shè)計(jì)單位擬定有效加固方案的保障,而加固方案的有效實(shí)施是加固成功與否的關(guān)鍵。施工過程中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件及周邊環(huán)境發(fā)生變化時(shí),應(yīng)及時(shí)把信息反饋給設(shè)計(jì)部門進(jìn)行復(fù)核調(diào)整,當(dāng)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)反映出異?；蚧幼冃渭觿r(shí),應(yīng)及時(shí)把信息反饋給安監(jiān)、設(shè)計(jì)、甲方、監(jiān)理等各部門,基坑應(yīng)立即停止開挖,同時(shí)啟動基坑安全應(yīng)急預(yù)案,組織相關(guān)部門會審得出結(jié)論后方可進(jìn)行下步工作。只有認(rèn)真做好深基坑動態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工管理工作,同時(shí)及時(shí)對癥下藥擬定有效控制變形的加固方案,搞好關(guān)聯(lián)工作才能確?；邮┕さ慕^對安全。

照片8　加固后的基坑Photo 8　Foundation pit after reinforcement

參考文獻(xiàn)：

[1]武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司.《旋噴錨索施工鉆體》實(shí)用新型專利:中國，ZL201320787515.1[P].2014-06-11.