申鐵軍

（山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006）

針對(duì)不良地質(zhì)深基坑開挖，如采用正常放坡開挖法（坡度不小于1∶1.25），不僅挖除、運(yùn)輸、回填土方量大，而且施工過程中存在極大的安全隱患。深基坑水泥攪拌樁止水帷幕及灌注樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)垂直開挖施工技術(shù)是對(duì)太原武宿綜合保稅區(qū)慶云街地道箱體結(jié)構(gòu)深基坑（開挖深度為8.9 m＞H≥6 m）先止水支護(hù)后垂直開挖的成功施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)形成的，其施工便捷，不僅容易保證施工質(zhì)量，而且大大縮短了施工工期。

1 技術(shù)特點(diǎn)

a）可用于各種復(fù)雜地形、不良地質(zhì)條件，可在狹窄場地條件下施工，對(duì)鄰近建筑物影響較小。

b）施工工期相對(duì)較短，由于采用連續(xù)作業(yè)的方式，止水帷幕連續(xù)性好，施工效率高，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成施工任務(wù)，為下一步按期完工創(chuàng)造條件。

2 應(yīng)用背景

此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于太原武宿綜合保稅區(qū)慶云街立交工程深基坑開挖支護(hù)工程，該工程起訖樁號(hào)為K0+595—K1+002，全長 407m（61m+167.5m+178..5m），寬21.6 m，分暗埋段和敞開段（共分39個(gè)節(jié)段）。其中K0+762.539—K0+820.539為暗埋段，長61 m，最大開挖深度為8.9 m，為鋼筋混凝土單箱兩室結(jié)構(gòu)，敞開段采用“U”形槽結(jié)構(gòu)，位于暗埋段南北兩側(cè)，敞開段長度分別為167.5 m、178.5 m。該工程地處太原市小店區(qū)，地下水位淺且豐富，土質(zhì)天然含水率及孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、易液化、易擾動(dòng)變形，為淺水位軟基地段。本工程基坑側(cè)壁I-I剖面的安全等級(jí)為二級(jí)，Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ剖面的安全等級(jí)為三級(jí)，基坑按臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)，使用期限為6個(gè)月。

3 工藝原理

針對(duì)不良地質(zhì)條件，深基坑開挖前采用三步支護(hù)加固措施。采用水泥深層攪拌樁止水帷幕作為第一步加固措施，水泥攪拌樁加固原理是利用水泥作為固化劑，攪拌樁機(jī)將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢?基于水泥和土的物理、化學(xué)反應(yīng)過程，水泥水化生成各種水化合物后，與土發(fā)生離子交換和團(tuán)粒化作用以及凝硬反應(yīng)，使軟土硬結(jié)從而提高了土體強(qiáng)度，起到了止水作用。待土體初步穩(wěn)定后，采用水泥鋼筋混凝土灌注樁作為第二步加固措施，由于該段地基土為高靈敏度土，基坑一旦發(fā)生位移，對(duì)外側(cè)土體影響非常大，且土體強(qiáng)度喪失嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致土壓力急劇加大，影響支護(hù)安全。為限制位移，減少對(duì)基坑外側(cè)土體的擾動(dòng)，故采用增加預(yù)應(yīng)力錨索作為第三步加固措施。

4 工藝流程

工藝流程見圖1。

5 施工工藝

5.1 施工依據(jù)

圖1 不良地質(zhì)支護(hù)工藝流程圖

開工后，嚴(yán)格按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》、《建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造—國家建筑標(biāo)準(zhǔn)圖集11SG814》以及太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院提供的《太原綜保區(qū)道路及市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程區(qū)內(nèi)2號(hào)路慶云街立交工程施工圖設(shè)計(jì)》和《太原武宿綜合保稅區(qū)2號(hào)路下穿慶云街通道工程巖土工程勘察報(bào)告》施工。

5.2 操作方法

5.2.1 水泥深層攪拌樁止水帷幕施工

距基坑縱向中心線13.8 m，兩側(cè)各采用雙排水泥土攪拌樁作為止水帷幕。

5.2.1.1 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)

水泥攪拌樁樁徑500 mm，（地下水位以上留為空樁），樁長13 m，同排樁樁心距為350 mm，排距為350 mm，縱橫向搭接咬合均為150 mm，采用四攪二噴工藝，水泥為P.S32.5級(jí)水泥,設(shè)計(jì)每延米水泥用量為60 kg。樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求不小于1.4 MPa，漿液水灰比為0.50～0.60，水泥攪拌樁止水帷幕深度不小于降水深度。

圖2 箱型通道溝槽開挖支護(hù)剖面示意圖（單位：cm）

5.2.1.2 水泥攪拌樁施工步驟

平整場地→樁位放樣→鉆機(jī)就位→正循環(huán)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度→打開高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準(zhǔn)面以下0.3 m→重復(fù)攪拌下鉆并噴水泥漿至設(shè)計(jì)深度→反循環(huán)提鉆至地表→成樁結(jié)束→進(jìn)行下一根樁的施工。

5.2.2 鋼筋混凝土灌注樁施工

止水帷幕施工完畢后，距基坑縱向中心線12.7m，進(jìn)一步采用C30鋼筋水泥混凝土鉆孔灌注樁支護(hù)，樁徑 800 mm，樁長14 m，灌注樁頂面標(biāo)高為-2.0 m，間距1.5 m，單側(cè)95根，雙側(cè)共190根。鉆孔灌注樁施工步驟如下：

施工準(zhǔn)備→定出樁位→護(hù)筒埋設(shè)→鉆孔作業(yè)→成孔檢查→安裝鋼筋籠→安裝導(dǎo)管→二次清孔→水下混凝土灌注。

5.2.3 冠梁施工

冠梁沿支護(hù)樁樁頂周圍澆筑，單側(cè)長為141 m（K0+712—K0+853），雙側(cè)共長282 m，高度 500 mm，寬度900 mm，采用C30水泥混凝土，支護(hù)樁縱筋深入冠梁內(nèi)長度不得小于350 mm，鋼筋保護(hù)層厚度不小于35 mm。

5.2.4 預(yù)應(yīng)力錨索施工

錨索采用公稱直徑15.2 mm鋼絞線（1860級(jí)），入射角度為15°。每兩根灌注樁之間，冠梁以下2.5 m位置為錨索施工位置。注漿材料采用P.O42.5級(jí)水泥，錨索承壓梁采用兩根工字鋼（Q235）通長設(shè)置。錨索施工工藝及要求如下：

a）鉆孔 鉆孔直徑采取150 mm，在鉆孔過程中需用鉆孔測斜儀控制鉆孔方向。鉆孔應(yīng)采用帶護(hù)臂套管設(shè)備鉆進(jìn)。

b）錨索的組裝安放 錨索放入鉆孔之前，需確認(rèn)錨索與孔位一致，將注漿管錨索一同放入鉆孔，注漿管頭部孔底宜為500 mm左右，桿體放入角度與鉆孔角度保持一致。錨桿承壓采用兩根工字鋼（Q235），通長設(shè)置。

c）張拉錨固 錨索張拉前，應(yīng)對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，當(dāng)錨固體強(qiáng)度大于15 MPa并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后方可進(jìn)行張拉，錨索預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)要求先張拉到設(shè)計(jì)值，然后回到零，再張拉至軸力設(shè)計(jì)值的75%，然后鎖定值達(dá)到軸向力的70%，本工程錨索自由段長度從樁前開始計(jì)算，每根預(yù)應(yīng)力錨索都需經(jīng)過抗拔檢驗(yàn)，控制支護(hù)變形。錨索張拉應(yīng)按一定程序進(jìn)行，錨索張拉順序應(yīng)考慮鄰近錨索的相互影響，對(duì)于鋼絞線的松弛、地表的徐變等因素造成的預(yù)應(yīng)力損失可進(jìn)行補(bǔ)張拉，然后鎖定。預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)認(rèn)真做好自由段與錨固段的分段。自由段錨索先用黃油滿涂，再用PVC塑料管加套，在每組錨索外再用波紋塑管加套，并與自由段末端捆扎驗(yàn)收，保證自由段鋼筋在預(yù)加應(yīng)力時(shí)自由拉伸，只有錨固段才能發(fā)揮拉錨作用，阻止被支擋土體位移。

d）注漿 采取二次注漿工藝，錨索安設(shè)后，進(jìn)行一次常壓注漿，注漿材料采用純水泥漿，水灰比0.40～0.45，待一次注漿體強(qiáng)度5 MPa（約24 h）后，進(jìn)行二次高壓注漿，為滿足錨固體設(shè)計(jì)強(qiáng)度25 MPa的要求，一般注漿用水泥量要達(dá)到80～100 kg/m，二次注漿壓力不小于2.5 MPa。預(yù)應(yīng)力錨索要設(shè)置能滿足二次高壓注漿的注漿管，本工程設(shè)計(jì)要求二次注漿管在自由區(qū)段采用焊接鋼管（4-6分管），鋼管端頭套絲扣，通過鋼管絲扣與高壓泵輸漿管用帶絲扣管接頭連結(jié)，這樣才能保證2.5 MPa工作壓力，將水泥漿注入錨孔，達(dá)到劈裂注漿，提高界面摩阻值，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力錨索的目的。

5.2.5 基坑開挖

基坑開挖時(shí)，采用縱向垂直開挖法，分段、分塊開挖，開挖以機(jī)械為主，人工修整為輔。

5.2.5.1 開挖前的準(zhǔn)備工作

在基坑開挖前50 d進(jìn)行管井降水，確保地下水水位控制在開挖面以下1 m；地下水的降水、排水應(yīng)貫穿整個(gè)基坑開挖及結(jié)構(gòu)施作施工全過程。

5.2.5.2 基坑開挖施工

基坑屬于對(duì)稱的長條形基坑，全長407 m，共分39個(gè)節(jié)段，其最大開挖深度為8.9 m，該段落基坑開挖采用“縱向垂直開挖法”。整個(gè)基坑施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求從中心K0+793.039處開始向兩側(cè)分層、分塊、對(duì)稱開挖成型（最深處 8.9 m，分 3 m、3 m、2.9 m，共3層）。按照此方法分層、分塊、對(duì)稱開挖敞開段及深埋段基坑。當(dāng)挖至坑底墊層頂面標(biāo)高時(shí)，復(fù)核中線、標(biāo)高準(zhǔn)確無誤后，人工進(jìn)行修整，嚴(yán)禁超挖回填虛土，至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行100 cm厚碎石墊層及混凝土底板的施工。

6 材料與設(shè)備

表1 主要投入材料統(tǒng)計(jì)表

表2 主要投入設(shè)備統(tǒng)計(jì)表

7 質(zhì)量控制要點(diǎn)

7.1 水泥攪拌樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

a）創(chuàng)造工作面并平整場地。攪拌樁作業(yè)區(qū)要求場地平整，攪拌樁墻位處要清除地下障礙物，以保證樁的垂直度（偏差不超過1%）和樁的順利施工。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在電力調(diào)度信息化系統(tǒng)中，是為提高電力調(diào)度管理部門的工作效率，增強(qiáng)電力調(diào)度的安全性和時(shí)效性。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力調(diào)度相結(jié)合有其既定的的原則：

b）施工前要做好樁機(jī)、鉆頭及配件的檢查維修，確保鉆頭直徑，確保不間斷正常施工。

c）注意水泥漿的配置、攪拌、過濾，控制提鉆桿速度，實(shí)現(xiàn)均勻噴漿攪拌。

d）每根樁都要嚴(yán)格定位，鉆進(jìn)時(shí)保持鉆桿垂直度，盡最大可能保證帷幕樁的搭接咬合尺寸。

e）控制相鄰樁體的施工間隔時(shí)間不超過12 h。f）要做到四攪兩噴，水灰比為0.50～0.60。

7.2 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

a）樁位偏差不應(yīng)大于50 mm，樁身垂直度偏差不宜大于1∶200，樁徑偏差不宜大于50 mm。

b）鋼筋籠直徑偏差不宜大于10 mm，鋼筋籠長度偏差不宜大于50 mm，主筋間距偏差不宜大于10 mm，箍筋間距偏差不宜大于20 mm。

7.3 預(yù)應(yīng)力錨索施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

a）鋼絞線應(yīng)無損傷，并應(yīng)調(diào)直、除銹，同一孔的鋼絞線必須等長，切斷后的鋼絞線兩端應(yīng)用鐵絲捆扎牢靠，鋼絞線的選擇試驗(yàn)，質(zhì)量的要求以及錨索的張拉等，應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范、規(guī)程進(jìn)行，禁止盲目操作，以免發(fā)生危險(xiǎn)。錨孔內(nèi)的水泥漿應(yīng)有足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)不得移動(dòng)錨索，設(shè)計(jì)與現(xiàn)場實(shí)際情況有出入時(shí)，經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意后，可酌情調(diào)整。

c）支護(hù)樁面至帷幕樁的錨索宜加套管，并與帷幕封嚴(yán)，錨索成孔機(jī)械應(yīng)確保支護(hù)樁與帷幕樁樁間土不流失。

7.4 深基坑開挖施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

a）盡可能增加開挖工作面和運(yùn)輸線，采用高挖高棄、低挖低棄的原則。

b）在基坑開挖平面內(nèi)，開挖時(shí)一定要分層、分塊、對(duì)稱進(jìn)行，不得一次開挖至坑底。

c）開挖前作好降水、排水設(shè)施，保證開挖過程中的排水暢通。

d）基坑開挖施工時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)周圍的地面堆載不得大于設(shè)計(jì)規(guī)定的10 kN/m2。

e）基坑開挖到距離坑底300 mm時(shí)，必須采取人工挖除，避免基坑超挖。

f）土方開挖完成后應(yīng)立即施工墊層，對(duì)基坑進(jìn)行封閉，防止雨水侵入，并應(yīng)及時(shí)進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)的施工。

g）實(shí)際開挖深度應(yīng)根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)底標(biāo)高開挖，不得超挖。

8 安全保證措施

a）設(shè)置圍欄 基坑周圍必須設(shè)置圍欄，一般加高120 cm的圍護(hù)欄，挖出的土方及時(shí)運(yùn)離基坑，機(jī)動(dòng)車的通行不得危及坑壁的安全，防止坍塌。

b）基坑監(jiān)護(hù) 施工過程中，設(shè)一名專職監(jiān)護(hù)人員進(jìn)行全天監(jiān)測，并做好沉降觀測記錄，如發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)、變形、裂縫現(xiàn)象，立刻撤離現(xiàn)場作業(yè)人員，并及時(shí)報(bào)告上級(jí)有關(guān)部門，采取防范措施，確保安全生產(chǎn)[1]。

c）臨邊防護(hù) 挖出的土要隨挖隨時(shí)排走，不得在坑邊存放；坡上部不準(zhǔn)堆放棄土和材料設(shè)備等，堆放重物距土坡安全距離不得小于4 m，臨時(shí)材料不得小于2 m。

d）張拉防護(hù) 張拉作業(yè)過程中，嚴(yán)禁千斤頂正面站人，并且設(shè)有防護(hù)設(shè)施。

9 效益分析

9.1 社會(huì)效益

深基坑水泥攪拌樁止水帷幕及灌注樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)垂直開挖施工技術(shù)是從施工組織、技術(shù)攻關(guān)、工序控制等多方面的一個(gè)施工技術(shù)完整體系，它縮短了施工工期，加快了施工進(jìn)度，極大地提高了安全系數(shù)，具有較高的推廣應(yīng)用前景，同時(shí)也為類似工程提供了很好的借鑒。

9.2 經(jīng)濟(jì)效益

從人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)3方面分析，水泥深層攪拌樁造價(jià)1 515 703.75元，鋼筋混凝土灌注樁造價(jià)1 595 172.53元，鋼筋混凝土冠梁98 471.77元，預(yù)應(yīng)力錨索造價(jià)824 871.87元，合計(jì)4 034 219.92元。

表3 成本分析細(xì)目表 元

9.3 綜合效益

雖然該工程支護(hù)費(fèi)用約400萬元，但施工進(jìn)度提高了近兩倍，而且極大地提高了施工安全系數(shù)，總體分析綜合效益良好。

10 結(jié)語

總之，采用此項(xiàng)技術(shù)施工，不僅大大減少了挖土、運(yùn)土、回填的土方量，而且在保證質(zhì)量的前提下，加快施工速度1.5～2倍，贏得了建設(shè)單位和監(jiān)理單位的好評(píng)，為今后類似工程施工積累了成功的經(jīng)驗(yàn)。