巨錦鋒

中鐵廣州工程局集團市政環(huán)保工程有限公司，中國·陜西 咸陽 721000

1 引言

近二十多年來，中國建筑基坑工程技術得到很快發(fā)展，由控制失穩(wěn)到對周邊建筑的影響，再對環(huán)境的影響。很多新型支護結構及施工新技術得到推廣和應用。而深基坑施工具有地質變化復雜、開挖難度大、費用高及對周邊環(huán)境影響大等問題，是城市建設中一個亟待攻克的難題，所以對大深基坑施工技術的研究是社會高速發(fā)展和建筑業(yè)的趨勢。在不同地質情況下選擇不同的工藝，或在周圍環(huán)境發(fā)生變化時選擇相適宜的工藝使其在保證安全質量的前提下提高社會價值。

2 大型深基坑工程特點

2.1 施工周期短

由于深基坑開挖深度一般較大，工程量比淺基坑增加很多。抓緊施工工期，不僅是施工管理上的要求，它對減小基坑變形，減小基坑周圍環(huán)境的變形也具有特別的意義。

2.2 風險性高

深基坑工程是個臨時工程，安全儲備相對較小，因此風險性較大。由于深基坑工程技術復雜，涉及范圍廣，事故頻繁，因此在施工過程中應進行監(jiān)測，并應具備應急措施。深基坑工程造價較高，但有時臨時性工程，一般不愿投入較多資金，一旦出現事故，造成的經濟損失和社會影響往往十分嚴重[1]。

2.3 區(qū)域性較高

巖土工程區(qū)域性強，巖土工程中的深基坑工程，區(qū)域性更強。如黃土地基、砂土地基、軟粘土地基等工程地質和水文地質條件不同的地基中，基坑工程差異性很大。即使是同一城市不同區(qū)域也有差異。

2.4 綜合程度高

深基坑工程涉及土力學中強度(或稱穩(wěn)定)、變形和滲流三個基本課題，三者融溶一起需要綜合處理。深基坑工程的區(qū)域性和個性強也表現在這一方面。同時，深基坑工程是巖土工程、結構工程及施工技術相互交叉的學科，是多種復雜因素相互影響的系統(tǒng)工程，是理論上尚待發(fā)展的綜合技術學科。

3 加固形式

3.1 鉆孔咬合灌注樁

全套鉆孔咬合灌注樁可用于基坑工程的擋墻結構、止水帷幕或主體承重結構?？稍诟鞣N土層、強風化與中等風化巖層中施工；適用于直徑為0.8m、1.0m、1.2m 和1.5m，深度在45m 以下的樁孔施工；合理的基坑開挖深度一般不大于20m。

3.1.1 施工原理

鉆孔咬合樁（如圖1所示）采用搓管機及旋挖機配合鉆孔施工，在樁與樁之間形成相互咬合排列的一種基坑圍護結構。

圖1 咬合樁試樁示意圖

3.1.2 導墻施工

為了提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率，在樁頂上部施作混凝土或鋼筋混凝土導墻，這是鉆孔咬合樁施工的第一步。具體的施工步驟如下：

（1）平整場地：清除地表雜物，填平碾壓地面管線遷移的溝槽。

（2）測放樁位：根據設計圖紙?zhí)峁┑淖鴺耍ㄔO計圖紙坐標已考慮相關因素影響的外放量）計算排樁中心線坐標。

（3）導墻溝槽開挖：在樁位放樣線符合要求后即可進行溝槽的開挖，采用機械開挖，人工配合施工。

（4）模板施工：模板采用自制整體鋼模，導墻預留定位孔模板直徑為管套直徑放大4cm。

（5）混凝土施工：混凝土澆筑時兩邊對稱交替進行，嚴防走模。

（6）導墻預留孔中心與樁位中心的偏差不得大于20mm。

3.2 單樁的施工工藝流程

咬合樁分為A、B 樁兩種型式，具體步驟如下。

（1）鉆機就位

當導墻強度達到100%后，重新定位樁中心位置，將點位反到導墻頂面上，作為鉆機定位控制點。移動套管鉆機至正確位置，使套管鉆機抱管器中心對應定位在導墻孔設計樁位中心。

（2）取土成孔

在樁機就位后，吊裝第一節(jié)管在樁機鉗口中，校正樁管垂直度后，磨樁下壓樁管，壓入深度約為1.5 ～2.5m，然后用抓斗從套管內取土，一邊抓土、一邊繼續(xù)下壓套管，始終保持套管底口超前于開挖面的深度不應小于2.5m。

（3）鋼筋籠制作及安裝

鋼筋籠制作要符合《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》要求。鋼筋制作在加工場進行，加工要符合圖紙尺寸要求，籠體完整牢固。

（4）灌注混凝土

混凝土灌注過程中需注意以下幾點：

①水下混凝土灌注采用導管法，導管采用直徑為Φ250的法蘭式鋼管。導管埋入混凝土的深度宜保持在2m ～6m 之間，最小埋入深度不得小于1m。嚴禁將導管提出混凝土面或埋入過深，一次拔出高度不得超過4m。

②混凝土出廠前和到工地澆筑，分別對于A、B 樁每車混凝土均取一組試件，監(jiān)測其緩凝時間及坍落度情況，如發(fā)現問題及時反饋信息，以便采取應急措施。

（5）拔管成樁

一邊澆注混凝土一邊拔管，應注意始終保持套管底低于混凝土面不小于2m。

3.3 排樁的施工工藝流程

總的施工原則是先施工A 樁，后施工B 樁，其施工工藝流程是：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……（如圖2所示）。

圖2 排樁施工工藝流程圖

分段施工接頭的處理方法。往往一臺鉆機施工無法滿足工程進度，需要多臺鉆機分段施工，這就存在與先施工段的接頭問題。處理方法為在施工段與段的端頭設置一個砂樁（成孔后用砂灌滿），待后施工段到此接頭時挖出砂子，灌上混凝土即可。如圖3所示：

圖3 端頭砂樁處理示意圖

3.4 關鍵技術的質量控制辦法

3.4.1 孔口定位誤差的控制

為了保證鉆孔咬合樁底部有足夠的咬合量，應對其孔口的定位誤差進行嚴格的控制。在鉆孔咬合樁樁頂以上設置鋼筋混凝土導墻，導墻上設置定位孔，其直徑宜比樁徑大20 ～40mm。鉆機就位后，將第一節(jié)套管插入定位孔并檢查調整，使套管周圍與定位孔之間的空隙保持均勻。

3.4.2 樁的垂直度的控制

控制了樁身垂直度，也就能保證了鉆孔咬合樁底部有足夠厚度的咬合量。除對其孔口定位誤差嚴格控制外，還應對其垂直度進行嚴格的控制，根據中國《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》和設計要求，樁身垂直度偏差不大于5‰。

3.4.3 克服“管涌”的施工控制

“管涌”是指在B 樁成孔過程中，由于A 樁混凝土未凝固，還處于流動狀態(tài)，A 樁混凝土有可能從A、B 樁相交處涌入B 樁孔內?？朔肮苡俊狈椒ㄈ缦拢?/p>

（1）B 樁混凝土的坍落度應相對小一些，不宜超過20cm，以便于降低混凝土的流動性。

（2）套管底口應始終保持超前于開挖面一定距離，以便于造成一段“瓶頸”，阻止混凝土的流動，如果鉆機能力許可，這個距離越大越好，但至少不應小于2.5m。

（3）必要時（如遇地下障礙物套管底無法超前時）可向套管內注入一定量的水，通過水壓力來平衡B 樁混凝土的壓力，阻止“管涌”的發(fā)生。

A 樁成孔過程中應注意觀察相鄰兩側A 樁混凝土頂面，如發(fā)現A 樁混凝土下陷應立即停止B 樁開挖，并一邊將套管盡量下壓。一邊向B 樁內填土或注水，直到完全制止住“管涌”為止。

3.4.4 克服鋼筋籠上浮的方法

由于套管內壁與鋼筋籠外緣之間的空隙較小，因此在上拔套管的時候，鋼筋籠將有可能被套管帶著一起上浮。其預防措施主要有：

（1）B 樁混凝土的骨料粒徑應小一些，不宜大于20mm；

（2）在鋼筋籠底部焊上一塊比鋼筋籠直徑略小的薄鋼板以增加其抗浮能力；

（3）鋼筋籠導正器必須制作；

混凝土灌注必須按操作規(guī)程進行。

3.5 超緩凝混凝土的施工質量控制

A 樁混凝土緩凝時間應根據單樁成樁時間來確定，單樁成樁時間與施工現場地質條件、樁長、樁徑和鉆機能力等因素相關。根據咬合樁施工工藝，A 樁初凝時間應為：

t—單樁成樁時間，一般取12h。

K—預留時間，取24h。

因此，一般工程初步控制A 樁初凝時間為T=60h，可以在施工中根據現場情況進行調整。

3.6 事故樁的處理方法

在鉆孔咬合樁施工過程中，因A 樁超緩凝混凝土的質量不穩(wěn)定出現早凝現象或機械設備故障等原因，造成鉆孔咬合樁的施工未能按正常要求進行而形成事故樁，事故樁的處理主要分以下幾種情況。

3.6.1 平移樁位單側咬合

B 樁成孔施工時，其一側A1 樁的混凝土已經凝固，使套管鉆機不能按正常要求切割咬合A1、A2 樁[2]。處理方法為向A2 樁方向平移B 樁樁位，使套管鉆機單側切割A2 樁施工B 樁（鑿除原樁位導墻，并嚴格控制樁位），并在A1 樁和B 樁外側增加一根旋噴樁作為防水處理，具體情況如下圖4所示：

圖4 平移樁位單側咬合示意圖

3.6.2 背樁補強

B1 樁成孔施工時，其兩側A1 樁、A2 樁的混凝土均已凝固，處理方法為放棄B1 樁的施工，調整樁序繼續(xù)后面咬合樁的施工，以后在B1 樁外側增加三根咬合樁及兩根旋噴樁作為補強、防水處理。如圖5所示，在基坑開挖過程中將A1和A2 樁之間的夾土清除噴上混凝土即可。

圖5 咬合樁背樁補強示意圖

3.6.3 預留咬合企口

如圖6所示，在B1 樁成孔施工中發(fā)現A1 樁混凝土已有早凝傾向但還未完全凝固時，此時為避免繼續(xù)按正常順序施工造成事故樁可及時在A1 樁右側施工一砂樁以預留出咬合企口，待調整完成后再繼續(xù)后面樁的施工。

圖6 咬合樁預留砂樁示意圖

3.7 銑削式成槽機地下連續(xù)墻

3.7.1 工作原理

地下連續(xù)墻是在深層地下澆注一道鋼筋混凝土墻，既可起擋土護壁，又可起隔滲作用，還可以成為工程主體結構的一部分，也可以代替地下室墻的外模板。地下連續(xù)墻也可簡稱地連墻，地連墻施工是利用特制的成槽機械，在泥漿護壁的情況下，開挖一定深度的溝槽，然后吊放鋼筋籠，澆筑混凝土，施工時，可以分成若干單元（5～8 米一段），然后將各段進行接頭連接，形成一通地下連續(xù)墻。

3.7.2 特點

地下連續(xù)墻結構剛度大，整體性好，防滲性能好，結構安全可靠，同時具有施工速度快，對臨近建筑物、地下管線影響小，適用于各種復雜的地質條件和較深的基坑[3]。缺點為要用專用設備施工，施工機械化程度要求較高，單體施工造價高；其優(yōu)點為各種地質條件及復雜的施工環(huán)境適應能力較強，施工不必放坡，不用支撐。

3.7.3 工藝流程

測量放線→導墻施工→地下墻成槽→清基→鋼筋籠吊放→混凝土澆注→墻后注漿。

（1）測量放線

由正確的基點、導線和水準點，基點不少于3 個，導線不少于2 條，水準點不少于2 個。

（2）導墻施工

導墻施工要精心施工，其質量的好壞直接影響地下墻的施工質量。

（3）循環(huán)泥漿

為防止泥漿滲漏及土體失穩(wěn)，破壞槽壁穩(wěn)定，在成槽施工前，試配幾種性能指標不同的泥漿，根據施工成槽中實際泥漿護壁效果取樣測試后予以調整選用，從而改善和保證泥漿的護壁性能。

（4）成槽施工

在導墻面及槽內做好槽段及每一幅的記號，按槽段施工順序進行施工。 成槽機導桿垂直于槽段，抓斗張開，照準油漆標志徐徐入槽抓土，嚴禁快速下斗，快速提升，終槽時應輕放慢提，以防破壞槽壁引發(fā)坍塌。

（5）鋼筋籠的制作及安裝

鋼筋籠采用一部100t 吊車和一部50t 吊車聯合起吊，起吊時主鉤起吊鋼筋籠頂部，副鉤起吊鋼筋籠中部，采用多組葫蘆平衡起吊，使鋼筋籠逐漸起高轉而垂直，慢慢地入槽，鋼筋不允許發(fā)生不可恢復的變形，吊放時應垂直，并按設計要求將槽鋼焊接于導墻面上，控制其標高，入槽過程中，應禁止強行放置鋼筋籠以及任何割斷構鋼筋的現象。

（6）導管布置和水下混凝土澆注

澆注水下混凝土采用導管法施工，鋼筋籠入槽后，放置兩根或一根（根據槽段長度設置）導管于鋼筋籠中，混凝土導管選用F250 的圓形螺旋快速接頭型，長度每節(jié)2～2.5m，用吊車依次將接長的導管吊入槽段的規(guī)定位置，直至槽底50cm 左右的標高，然后設置混凝土機架，導管頂端安上方形漏斗，準備澆注混凝土。

（7）冠梁施工

地下連續(xù)墻頂層冠梁的作用是將各槽段地下墻頂部聯成整體，以改善基坑土方開挖時地下墻的受力狀況。

冠梁施工順序為：拆導墻、挖土放坡→墻頂廢混凝土鑿除→墊層明溝→鋼筋制作安裝→模板安裝→澆筑混凝土→拆模養(yǎng)護

（8）地墻接頭墻后注漿

為改善地下連續(xù)墻各槽段連接處的防滲性能，保證基坑土體的順利開挖，擬在部分地下連續(xù)墻接頭外側施作品字型壓密灌漿，使水泥漿在土層中起到填充、擠塞、滲透等效應，從而切斷接頭處地下水的滲流路線，徹底改善地墻接頭的防滲功能。

根據基坑開挖流程支護后就可以開挖，到一定的深度再支護再開挖。

3.8 復合土釘墻

復合式土釘墻是將土釘墻與一種或幾種單項支護技術或截水技術有機組合成的復合支護體系，它的構成要素主要有土釘、預應力錨桿、截水帷幕、微型樁、掛網噴射混凝土面層、原位土體等。

3.8.1 工作原理

土釘墻由原位土體、設置在土中的土釘和噴射混凝土面層組成。通過土釘、墻面與原狀土體的共同作用，形成以主動制約機制為基礎的復合體，具有明顯提高邊坡土體的結構強度和抗變形能力，減小土體側向變形，增強整體穩(wěn)定性的特點。[4]

3.8.2 工藝流程

工作面開挖→清理邊坡→孔位布點→成孔→安設土釘鋼筋→注漿→鋪設鋼筋網→噴射混凝土面層→下一工序的開挖。

（1）工作面開挖。土釘支護應分層開挖深度按作業(yè)順序施工，在完成上層作業(yè)面的土釘與噴混凝土以前，不得進行下一層深度的開挖。。

（2）邊坡清理?；娱_挖后，基坑的邊壁宜采用小型機具或鏟鍬進行切削清坡，以達到設計規(guī)定的坡度。

（3）布孔及成孔。土釘成孔前，應按設計要求定出孔位并作出標記和編號。根據設計要求的平面位置，孔深，下傾角，孔徑，選擇合理的鉆孔設備，人工成孔一般采用洛陽鏟成孔?？讖健⒖咨?、孔距、傾角必須滿足設計要求。

（4）安設土釘。鋼筋使用前應調直，除銹，涂油。

（5）注漿。土釘鋼筋置入孔中后，可采用重力、低壓(0.4 ～0.6MPa)或高壓(1 ～2MPa)方法注漿填孔。

（6）鋪設鋼筋網。在噴射混凝土前，面層內的鋼筋網片應牢固固定在邊壁上并符合規(guī)定的保護層厚度要求。

（7）噴射混凝土。噴射混凝土時噴射順序應自下而上，噴頭與受噴面距離宜控制在0.8-1.5m 范圍內，射流方向垂直指向噴射面，在鋼筋部位應先噴鋼筋后方，然后再噴填鋼筋前方，防止在鋼筋背面出現空隙。

（8）待混凝土強度達到80%時開挖下一層，循環(huán)施工。

4 在實際項目的引用

4.1 工程概況

本工程位于青島市黃島區(qū)，建建筑物包括12 棟高層，局部多層，住宅2 棟多層商鋪，1 棟地下停車庫等。本基坑開挖深度12.2m，基坑全周長約1110m。地質情況為素填土、粉質粘土、中粗砂、強風化花崗巖、中風化安山巖。

4.2 工藝的引用

綜合考慮工程地質條件、基坑開挖深度和周圍環(huán)境條件，決定采用“放坡+土釘墻”的方案，基坑外采用水泥攪拌樁止水帷幕支護方案。

4.3 工藝推廣

大型基坑技術工程造價小，開挖周轉快，工藝簡單、設備要求低，技術含量低，容易操作且能保證質量。

5 結語

大型深基坑工程施工技術目前還在日新月異的發(fā)展，特別是發(fā)展經濟較快的城市，對基坑開挖技術要求越來越高，開挖支護工藝還有很長一段的探索路程。目前根據不同的地質情況和周圍的環(huán)境選擇不同的工藝，在保證安全質量的前提下降低成本和環(huán)境污染，以提高其社會價值。