白玉坤
聊城某工程深基坑支護的施工實踐
白玉坤1,2
(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東 濟寧 272100; 2.山東省華魯工程總公司,山東 濟寧 272100)
山東省聊城某基坑支護與降水工程采用了鉆孔灌注支護樁,單軸攪拌樁止水帷幕,期間因傳統(tǒng)錨桿的工藝問題以及地層原因無法成孔,后改為自進式錨桿,在基坑內(nèi)發(fā)生了涌水涌土的現(xiàn)象,采取了坑內(nèi)明排水、降水和砸入木樁等方式進行了處理。通過該工程實例,可為今后在基坑支護施工中發(fā)生類似情況提供借鑒和依據(jù)。
深基坑;支護;攪拌樁;錨桿;降水
1.1 基本情況
本工程位于聊城,基坑開挖深度分別約為12.20 m、9.00 m和6.00 m,基坑周長約400 m。擬建場區(qū)原為閑置空地,地形較為平坦?;娱_挖兩倍深度范圍內(nèi)無地下管線及建筑物。
1.2 地層情況
根據(jù)巖土工程勘察報告,各地層描述如下:
第①層:素填土
褐色,稍密,稍濕,含植物根系,土質(zhì)不均,性質(zhì)較差。場區(qū)普遍分布,厚度:0.70~0.90 m,平均0.73 m;層底標(biāo)高:33.02~33.48 m,平均33.36 m;層底埋深:0.70~0.90 m,平均0.73 m。
第②層:粉土
褐黃色,中密,濕,含云母片,干強度及韌性低,土質(zhì)均一,性質(zhì)一般,搖振反應(yīng)迅速。場區(qū)普遍分布,厚度:0.40~4.20 m,平均3.63 m;層底標(biāo)高:28.78~30.05 m,平均29.56 m;層底埋深:0.40~4.90 m,平均4.33 m。
第③層:粉質(zhì)黏土
褐灰色,軟塑-可塑,含氧化鐵及有機質(zhì),局部夾粉砂,刀切面稍光滑,干強度及韌性中等,局部土質(zhì)較軟,性質(zhì)稍差。場區(qū)普遍分布,厚度:6.30~7.70 m,平均6.98 m;層底標(biāo)高:21.76~22.94 m,平均22.57 m;層底埋深:7.00~11.80 m, 平均10.91 m。
第④層:粉土
褐色,中密,濕,含云母片,干強度及韌性低,局部夾砂粒,黏性稍大,搖振反應(yīng)中等。場區(qū)普遍分布,厚度:3.40~4.80 m,平均4.13 m;層底標(biāo)高:17.64~19.30 m,平均18.43 m;層底埋深:11.00~16.10 m,平均15.05 m。
第⑤層:粉質(zhì)黏土
灰褐色-棕褐色,可塑,含氧化鐵及有機質(zhì),刀切面稍光滑,干強度及韌性中等,性質(zhì)穩(wěn)定,局部夾粉土薄層。場區(qū)普遍分布,厚度:2.20~4.20 m,平均3.25 m;層底標(biāo)高:14.50~16.11 m,平均15.19 m;層底埋深:13.50~19.50 m,平均18.29 m。
第⑥層:粉砂
褐黃色,中密-密實,飽和,含長石、石英及云母片。場區(qū)普遍分布,厚度:10.60~23.10 m,平均19.11 m;層底標(biāo)高:-7.74~4.02 m,平均-3.92 m;層底埋深:30.00~41.50 m,平均37.40 m。
第⑦層:粉質(zhì)黏土與粉土互層
粉質(zhì)黏土:棕褐色,可塑偏硬,含氧化鐵,刀切面稍光滑,干強度及韌性中等,夾姜石,性質(zhì)穩(wěn)定;粉土:褐黃色,中密-密實,含云母片等,干強度及韌性低,無光澤反應(yīng),搖振反應(yīng)中等。該層未穿透。
1.3 地下水情況
勘察期間測得各勘探點孔口高程為29.14~34.18 m。該場地地下水為第四系孔隙潛水,勘察期間實測地下水靜止水位埋深為自然地坪下4.1 m左右,地下水年變化幅度為2 m左右。
2.1 基坑支護設(shè)計
依據(jù)甲方提供的施工圖紙,本工程基坑支護設(shè)計主要有以下支護單元:
(1)支護單元一:基坑開挖深度約為12.2 m,設(shè)計采用排樁支護,樁徑800 mm,有效樁長21 m,樁間距1.2 m,樁頂標(biāo)高為-1 m,布設(shè)四道錨桿,水平間距為1.2 m,豎向間距均為2.5 m,錨桿長度分別為20 m、19 m、19 m、18 m,桿體材料選用HRB400 ?25 mm鋼筋,鉆孔孔徑均為150 mm,樁間土掛鋼板網(wǎng)噴砼,面層厚度60 mm,見圖1,表1。
圖1 支護單元一剖面圖
錨索類型桿體材料/mm總長/m自由段長度/m錨固段長度/m水平間距/m鉆孔傾角/°鉆孔直徑/mm所定值/kN錨桿內(nèi)力設(shè)計值/kN第一道預(yù)應(yīng)力2E2520 06 014 01 2015 0(20 0)150120156第二道預(yù)應(yīng)力2E2519 05 014 01 2015 0(20 0)150150330第三道預(yù)應(yīng)力2E2519 05 014 01 2015 0(20 0)150150425第四道預(yù)應(yīng)力2E2519 05 013 01 2015 0(20 0)150100348
(2)支護單元二:基坑開挖深度約為9 m,設(shè)計采用排樁支護,樁徑800 mm,有效樁長17 m,樁間距1.2 m,樁頂標(biāo)高為-1 m,布設(shè)三道錨桿,水平間距為1.2 m,豎向間距分別為2 m、2.5 m、2.5 m,錨桿長度分別為15 m、20 m、15 m,桿體材料選用HRB400 ?25 mm鋼筋,鉆孔孔徑均為150 mm,樁間土掛鋼板網(wǎng)噴砼,面層厚度60 mm。
(3)支護單元三:基坑開挖深度為9 m,設(shè)計采用土釘墻支護結(jié)構(gòu)體系,放坡系數(shù)為1:0.6,布設(shè)5排土釘,土釘水平、豎向間距均為1.5 m,土釘自上而下長度分別為12 m、12 m、9 m、7 m、6 m,孔徑110 mm,桿體材料為HRB400 ?20 mm鋼筋,面層采用鋼筋網(wǎng)HPB300 ?8 mm@200 mm,噴射面層厚度為100 mm。
(4)支護單元四:基坑開挖深度為6 m,設(shè)計采用土釘墻支護結(jié)構(gòu)體系,放坡系數(shù)為1:0.6,布設(shè)三排土釘,土釘水平、豎向間距均為1.5 m,土釘自上而下長度分別為9 m、7 m、6 m,孔徑110 mm,桿體材料為HRB400 ?20 mm鋼筋,面層采用鋼筋網(wǎng)HPB300 ?6.5 mm@200 mm,噴射面層厚度為100 mm。
2.2 基坑支護施工方案
本工程基坑支護開挖嚴(yán)格遵循“由上而下,先撐后挖,分層開挖”的原則,分層分塊開挖,每層開挖深度不超過5 m,開挖一層支護一層直至設(shè)計標(biāo)高。在基坑開挖支護至回填完畢期間,基坑周圍地面應(yīng)采取防水、排水措施,避免地表水流入基坑或滲入基坑邊坡。
本基坑開挖及基坑支護工程量較大,場地范圍狹小,工期短,投入施工設(shè)備、人員較多,因此,應(yīng)針對本工程難點問題及關(guān)鍵工序,選擇最合理的施工方法,做好施工組織設(shè)計,另外,在現(xiàn)場管理及人員、設(shè)備的調(diào)配程序上應(yīng)該重點加強,確保工程質(zhì)量和工期。
在施工準(zhǔn)備階段,在積極做好生產(chǎn)施工準(zhǔn)備的同時,詳細(xì)理解場地工程地質(zhì)條件及設(shè)計意圖,使每個現(xiàn)場管理人員均理解施工順序、工序、注意事項等,以便在工程開工后保證工程順利、有序進行。
在施工階段,制定可行、完善的施工組織設(shè)計,對關(guān)鍵過程、特殊過程、難點、重點環(huán)節(jié)召集公司專業(yè)技術(shù)人員制定專門作業(yè)指導(dǎo)書和對策方案。根據(jù)現(xiàn)場施工狀況,及時調(diào)整流水施工順序、流水節(jié)拍、流水步距,加強施工調(diào)度,按總體進度編制月計劃、旬計劃和周計劃,發(fā)現(xiàn)和解決影響施工進度所涉及的問題,使施工正常合理,有序地進行,并抓好工程質(zhì)量,做好安全文明施工。
本支護工程主要包括降水施工、錨桿噴面支護施工、土釘墻噴面施工, 施工流程為:施工準(zhǔn)備→支護樁、降水井施工→基坑降水→土方開挖→錨桿及土釘墻施工→坑底排水溝、集水井施工。
3.1 降水井施工主要施工方法
建筑場地勘察期間靜止地下水位在自然地坪下4.1 m左右,基坑開挖若需要提前降水,根據(jù)基坑深度及地層滲透試驗數(shù)據(jù)等實際情況,采用砂管井法降水,各層土滲透系數(shù)見表2。
表2 各層土滲透系數(shù)
3.1.1 工藝流程
鉆機定位→鉆機鉆孔→清孔→井管安裝→填料→洗井→抽水。
3.1.2 施工方法
(1)施工準(zhǔn)備:現(xiàn)場做好“三通一平”,滿足設(shè)備進、出場,配齊濾料、管材、抽水設(shè)備及排水系統(tǒng)。
(2)鉆機就位:鉆機就位前將場地平整,防止鉆機不均勻下沉,開鉆前人工開井口,采用反循環(huán)鉆機,鉆機就位時要平穩(wěn)牢固,就位完成后報監(jiān)理工程師驗收合格后方可鉆孔。
(3)鉆孔:鉆進時垂直度偏差控制在1%內(nèi),孔身圓正,鉆進過程中對水位等情況進行觀察、記錄,鉆至設(shè)計深度后,報監(jiān)理工程師驗收合格后方可進行下步工序,并填寫相關(guān)原始記錄。
(4)清孔:當(dāng)鉆孔完成并驗收合格后,應(yīng)進行調(diào)漿清孔,完成后應(yīng)使孔底沉渣厚度不大于200 mm。
(5)井管安裝:根據(jù)設(shè)計要求進行安裝,應(yīng)保證井管垂直與居中,井管應(yīng)高出地面300 mm,嚴(yán)禁強行將管井壓入孔內(nèi)。
(6)回填濾料:按設(shè)計要求進行濾料填充,井口1 m用黏土封閉。
(7)洗井:填料完成后進行洗井,井內(nèi)的沉渣厚度不應(yīng)超過200 mm。
(8)置泵抽水:每口管井單獨使用一臺潛水泵,將潛水泵放至距管底1.0 m高的位置,管口封閉,抽水后7 d通過觀察井內(nèi)水位是否符合施工降水的要求,再決定是否進行土方開挖。土方開挖后應(yīng)持續(xù)降水,使水位始終在基坑底標(biāo)高以下不少于0.5 m,降水周期直到基坑回填完成。
3.2 冠梁施工主要施工方法
(1)土方開挖:根據(jù)設(shè)計圖紙將支護樁頂土方挖除,為冠梁施工提供工作面。
(2)破樁頭:混凝土強度達到設(shè)計強度的70%以上時,根據(jù)設(shè)計要求,將樁頂以上0.45 m樁頭用風(fēng)鎬破除,破除時注意不能損壞樁頂部鋼筋。破除完成后,應(yīng)由人工將樁頭清理干凈。
(3)冠梁骨架制作:鋼筋制作時,應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙和相關(guān)規(guī)范下料,保證鋼筋的規(guī)格、錨固長度、箍筋尺寸、間距等符合要求;鋼筋綁扎時,應(yīng)先劃好鋼筋位置線,以確保鋼筋位置準(zhǔn)確,鋼筋綁扎連接長度符合規(guī)范及圖紙要求。
(4)模板安裝及拆除:安裝模板時,應(yīng)先將挖好的梁槽內(nèi)清理干凈、整平,側(cè)模加工高度550 mm,高出梁截面50 mm,以便于混凝土澆筑,澆筑完成后,待混凝土強度達到設(shè)計的75%后,方可進行模板拆除,拆除時應(yīng)避免破壞梁表面混凝土。
(5)混凝土澆筑:待鋼筋、模板驗收合格后,方可進行混凝土澆筑工作,澆筑時,應(yīng)振搗密實。
3.3 預(yù)應(yīng)力錨桿施工主要施工方法
3.3.1 工藝流程
錨桿定位→錨桿成孔→錨桿體制作→桿體入孔、灌注→腰梁安裝→預(yù)應(yīng)力鎖定。
3.3.2 主要施工方法
(1)定位成孔
錨桿施工緊接基坑土方開挖進行,基坑土方開挖采取分層開挖,待每層土方開挖至錨桿孔位下0.3~0.5 m時,平整開挖面后開始進行錨桿施工。鉆孔前,根據(jù)設(shè)計要求定位,做出標(biāo)記,成孔直徑按設(shè)計要求,水平方向孔距誤差不大于100 mm,垂直方向孔距誤差不大于50 mm??咨畈恍∮谠O(shè)計要求,并按設(shè)計要求入射角度鉆孔,直至達到設(shè)計深度。
(2)桿體制作
錨桿體采用E25鋼筋,錨桿下料長度為自由段、錨固段及外露長度之和,桿體每隔2 m用制作居中架保證桿體放入口內(nèi)時居中,桿體自由段用塑料布包裹嚴(yán)實,完成后平順放好待用。
(3)錨桿安裝、注漿
錨桿安裝時應(yīng)與注漿管綁在一起一同放入孔內(nèi),注漿管底口距孔底0.5 m左右。注漿材料嚴(yán)格按照設(shè)計要求配置水泥漿,注漿直至口內(nèi)溢出純水泥漿后停止,并立即用黏土封口。注漿結(jié)束后,經(jīng)常檢查后內(nèi)漿體是否充足,不足時應(yīng)及時補漿。
(4)腰梁安裝
測量錨桿位置,在墊板和鐵靴上標(biāo)注記號,氣割孔眼,將腰梁固定在錨桿體上。腰梁連接采用焊接方式,應(yīng)焊接牢固。安裝完成后,置上錨具上緊。
(5)預(yù)應(yīng)力張拉與鎖定
張拉前,張拉設(shè)備必須配套標(biāo)定,每只千斤頂應(yīng)配用的壓力表數(shù)量不小于兩塊,表的精度不低于1.5級,其常用讀數(shù)不宜超過表盤刻度的75%。當(dāng)錨固體強度達到15 MPa并達到設(shè)計強度的75%后,方可進行張拉。正式張拉前,用輕型千斤頂對錨桿進行初次張拉,初次張拉噸位為錨桿設(shè)計錨固荷載的20%,使其各部分接觸緊密。張拉分級進行,共分4級,分別為設(shè)計噸位的25%、50%、75%、110%,各級張拉均需持荷穩(wěn)定10 min以上,使預(yù)應(yīng)力在土體壓縮變形穩(wěn)定后能較好的均勻傳遞并得到調(diào)整。 待最后一級張拉完成后按照設(shè)計要求鎖定。預(yù)應(yīng)力錨桿鎖定后48 h內(nèi),若發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失大于錨桿張拉力設(shè)計值的10%時,應(yīng)進行補償張拉。完成后,應(yīng)經(jīng)常檢查桿體是否松動,如發(fā)現(xiàn)有松動應(yīng)重新張拉、鎖定。
3.4 土釘噴護主要施工方法
3.4.1 工藝流程
工藝流程見圖2。
圖2 土釘噴護工藝流程圖
3.4.2 技術(shù)要點
(1)土釘施工
a.每層土釘都嚴(yán)格按設(shè)計要求的上下層間距和水平向間距進行定位和施工。
b.鉆孔傾角:剖面均為15°,工作面要求較平整以保證土釘傾角。
c.土釘成孔及桿體下入:土釘孔徑110 mm,長度滿足設(shè)計要求。
d.土釘用鋼材根據(jù)設(shè)計要求,桿體材料采用1根HRB400 ?20 mm鋼筋。
e.嚴(yán)禁挖掘機等碰撞土釘桿體。
(2)面層施工
a.坡面修整、清理
在坡面掛網(wǎng)、噴砼施工前,應(yīng)先將坡面修正平整,并將浮土清理干凈。
b.掛網(wǎng)
待每層坡面修整后再進行,支護單元三采用?8 mm鋼筋按200 mm×200 mm的縱橫間距形成鋼筋網(wǎng)格,鋼筋網(wǎng)搭接采用長度為300 mm。支護單元四采用?6.5 mm鋼筋按200 mm×200 mm的縱橫間距形成鋼筋網(wǎng)格,鋼筋網(wǎng)搭接采用長度為300 mm。鋼筋網(wǎng)每隔1 m與坡面用40 mm×40 mm 砂漿墊塊(或鋼筋)墊起。鋼筋網(wǎng)要求在坡頂上翻1.0 m,上翻外側(cè)每隔1.5 m擊入錨固鋼筋,用以掛網(wǎng),與網(wǎng)片接觸位置。
c.噴射砼
掛網(wǎng)和肋梁(加強筋)綁扎安裝完畢,經(jīng)監(jiān)理驗收完畢后即可噴射面層砼。噴射砼配比C20;噴射厚度不小于設(shè)計厚度。按規(guī)范要求制作試塊,試塊為100 mm×100 mm×100 mm,每噴射500 m2做一組試塊,養(yǎng)護28 d后送檢。
4.1 施工中出現(xiàn)的問題
在基坑支護鉆孔灌注樁、單軸攪拌止水帷幕樁及支護冠梁施工疏干井成井并抽水7 d后進行土方開挖,當(dāng)挖至自然地坪下3.5 m左右后,出現(xiàn)了下列問題:
(1)基坑內(nèi)的土始終處于飽和狀態(tài),由于坑內(nèi)土體處于軟塑狀態(tài),使得錨桿鉆機無法固定。
(2)錨桿無法成孔,因地層處于飽和狀態(tài),錨桿所經(jīng)過的地層為軟塑狀態(tài)的黏土或稍密、中密狀態(tài)的飽和粉細(xì)砂,錨桿鉆機拔出后,鉆孔出現(xiàn)嚴(yán)重的縮徑或塌孔,使得鋼絞線無法下入。
(3)止水帷幕為單軸攪拌樁,由于單軸攪拌樁本身或施工不精細(xì)的原因,導(dǎo)致坑外土體在開挖后大量涌入坑內(nèi),坑外也出現(xiàn)了輕微的地面沉降。
(4)坑內(nèi)水位短時間無法降低,導(dǎo)致坑內(nèi)土體處于飽和及超飽和狀態(tài),挖掘機及其他大型設(shè)備無法進入。
施工現(xiàn)場見圖3。
圖3 施工現(xiàn)場圖
4.2 采取的處理措施
4.2.1 錨桿鉆機的穩(wěn)定
針對錨桿鉆機因地層太軟無法固定,特別是在鉆機鉆進過程中因地層太軟或液化問題,采用了木板鋪墊于鉆機底部,可有效解決鉆機的穩(wěn)定問題。
4.2.2 錨桿無法成孔的問題
針對普遍錨桿無法成孔導(dǎo)致桿體無法下入的問題,采用了自進式錨桿,見圖4。自進式錨桿的原理是:用中空螺旋鉆桿(螺旋鉆桿根據(jù)設(shè)計要求的桿體強度提前制作),用M20水泥漿液做為循環(huán)液進行鉆進,前端做尖翼鉆頭兩端開孔。根據(jù)設(shè)計要求,計算好錨固段的螺旋鉆桿的長度,當(dāng)鉆進深度等于錨固段長度后,再接加與設(shè)計強度一致的普通鉆桿,在普通鉆桿外套上與普通鉆桿長度相等的 PPR塑料管,在孔內(nèi)一側(cè)把PPR塑料管用膠體密封,繼續(xù)鉆進,每加一普通鉆桿前都提前外套PPR塑料管并與已下入孔內(nèi)的塑料管用熱合方法連接,如此施工直至達到原設(shè)計錨桿長度為止。最后在注入M20水泥漿,直至水泥漿溢出。
圖4 自進式錨桿
4.2.3 帷幕涌水涌土問題
本工程所用的帷幕類型是單軸攪拌樁,由于單軸攪拌樁的自身缺陷及施工原因,導(dǎo)致帷幕局部涌水涌土涌砂。由于工期緊且基坑第一層已開挖,再采取通常的帷幕補救措施(比如高壓旋噴、三軸攪拌樁等)已不現(xiàn)實,根據(jù)現(xiàn)場開挖實際情況,項目部決定用多臺小型挖掘機先在坑壁側(cè)分布在不同位置 ,由原來的每層直接挖至下層錨桿,每段開挖20m變?yōu)槊繉娱_挖深度0.3~0.5 m,每段開挖長度2~3 m,開挖后利用其短時間段可自穏的巖土特性,立即對其進行砸入木樁,并掛網(wǎng)噴面并用混凝土滲入速凝劑對其進行噴面,在有明水涌出處用塑料管導(dǎo)出,待約8 h后再進行下部地層的開挖,如此反復(fù),直至開挖到坑底。
4.2.4 針對基坑內(nèi)水位過高的問題
因本設(shè)計降水方式為大口徑降水,且降水時間過短,導(dǎo)致短時間坑內(nèi)水位無法降低,且由于帷幕失敗導(dǎo)致坑內(nèi)有明水存在,項目部采取了如下補救措施:
(1)在開挖過程中坑內(nèi)靠近坑壁側(cè)設(shè)置排水溝及降水井,用水泵把明水隨時排出坑外。
(2)大口井降水水泵盡量放至井底位置,并做到井內(nèi)存水即抽出。
(3)在坑內(nèi)每隔1.5 m施打?108 mm的小鉆孔,孔內(nèi)用中粗砂填實并在其中下入直徑56 mmPPR塑料管,外接小型真空泵,用真空泵把小型砂井的水隨時排出。
4.3 施工效果
經(jīng)過以上施工方法能在較短時間內(nèi)基坑施工并土方開挖完畢,經(jīng)過檢測,在采取如此方法后,基坑周邊土體及圍護結(jié)構(gòu)始終處于安全狀態(tài),基坑施工完畢,建筑單位在地下施工時未發(fā)現(xiàn)隆起、坑壁涌土的情況,支護系統(tǒng)未出現(xiàn)位移過大的現(xiàn)象,見圖5。
圖5 施工完成后的深基坑
在地下水位較高、顆粒較細(xì)的砂或土體中進行基坑開挖時,不能用單軸攪拌樁進行止水帷幕。因地層土體顆粒較細(xì),采用大口井降水短時間內(nèi)很難達到要求,可采用大口井及砂井相結(jié)合方式進行降水。因傳統(tǒng)錨桿的工藝問題,在軟塑狀態(tài)、飽和砂土中無法成孔,可采用自進式錨桿進行錨桿施工。自進式錨桿具有鉆、注、錨一體化的功能,是一種先進的錨固體系,能夠解決施工時的塌孔問題,保證在復(fù)雜地質(zhì)條件下的注漿效果,所需的機具設(shè)備、材料沒有特殊要求,工藝簡單,具有很大的應(yīng)用價值。
2016-10-26
白玉坤,(1980-),男,山東金鄉(xiāng)人,山東省華魯工程總公司副總經(jīng)理,探礦工程師,國家注冊一級建造師,國家注冊安全工程師,主要從事樁基礎(chǔ)施工與管理工作,Tel:0537-3424915。
TU473
A
1009-282X(2017)01-0038-05