畢大博

建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100000

引言

近些年，我國(guó)的建筑工程的規(guī)模和種類不斷增加，目前，由于地鐵工程所處環(huán)境的特殊性，在施工中容易發(fā)生安全事故。為此，在地下環(huán)境施工中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)做好深基坑的加固及防護(hù)作業(yè)。深基坑支護(hù)施工主要是支護(hù)深基坑的土層和巖層，通過支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，使土層和支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相互制約的作用力，進(jìn)而維護(hù)基坑土體的穩(wěn)定性[1]。通過深基坑支護(hù)技術(shù)的有效應(yīng)用，可提高地下空間施工的穩(wěn)定性，提升地鐵施工的安全系數(shù)。

1 常見深基坑支護(hù)施工技術(shù)

1.1 地下連續(xù)墻支護(hù)

地下連續(xù)墻沿著工程基礎(chǔ)周邊開挖深槽，將鋼筋籠放置于槽內(nèi)，灌注混凝土從而形成具備擋水、防水以及承重的鋼筋混凝土墻。這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于不對(duì)周圍建筑物及基礎(chǔ)帶來較大的影響，城市核心區(qū)域可以使用這一技術(shù)，地下連續(xù)墻的側(cè)壓承受能力以及剛度均比較大，開挖之后較少出現(xiàn)地面沉降以及地基變形的情況。這一技術(shù)在超過10m的深基坑工程中應(yīng)用廣泛。其缺陷在于需要專業(yè)設(shè)備的支持，工程造價(jià)較高。

1.2 土釘墻支護(hù)

土釘墻為混凝土面板、土釘以及加固土體構(gòu)成，屬于土體與土釘形成的復(fù)合體。土釘墻可以用來平衡墻的后方傳遞的土壓力以及其他外力，從而保護(hù)基坑開挖面。這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可應(yīng)用于狹窄場(chǎng)地，費(fèi)用不高，對(duì)設(shè)備要求低，具有良好的承受坡頂超載的能力，邊坡穩(wěn)定性良好。其缺陷則在于當(dāng)基坑深度較大時(shí)不適合應(yīng)用。

1.3 鋼板樁支護(hù)

鋼板樁支護(hù)采用冷軋薄板型材拼接，容易安裝、施工，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可采用內(nèi)支撐型鋼、外拉錨墊板形成支護(hù)鋼結(jié)構(gòu)。這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于工期短、結(jié)構(gòu)耐久性良好，鋼板樁修復(fù)之后可以再次使用。缺陷在于阻隔微小土力、擋水能力差，對(duì)資金投入要求高，做好隔水措施之后才能應(yīng)用于地下水水位較高的地區(qū)，除此之外鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度不高，可能出現(xiàn)開挖后出現(xiàn)較大變形的情況。

1.4 深層攪拌水泥樁支護(hù)

這一技術(shù)將土、水泥作為原料，使用深層攪拌機(jī)均勻攪拌軟土劑、水泥、泥漿，干燥后在基坑邊坡形成擋墻狀或柱狀水泥土。該支護(hù)結(jié)構(gòu)可以擋水、擋土，鋼材使用不多，環(huán)境污染、噪音、振動(dòng)都比較小，造價(jià)低。其缺陷在于需要反復(fù)試驗(yàn)確定水泥與泥漿混合比，支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不高，對(duì)橫向荷載的抵抗能力不強(qiáng)。

1.5 噴錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)

該支護(hù)結(jié)構(gòu)在開挖基坑時(shí)使用短臺(tái)階下行下挖的方法，下挖的同時(shí)將錨桿群打入邊坡，將鋼筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)固定在錨桿自由端，噴射速凝混凝土砂漿從而形成噴錨支護(hù)擋土體系。該支護(hù)結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯，邊坡穩(wěn)定性好，可以實(shí)現(xiàn)基坑開挖與支護(hù)工程同步進(jìn)行，對(duì)施工場(chǎng)地要求不高[2]。缺陷在于支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不高，不宜應(yīng)用于深度超過6m的基坑工程。

1.6 樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)

該支護(hù)結(jié)構(gòu)將預(yù)應(yīng)力錨桿分層打入基坑周圍土層以提供錨拉力，取代基坑內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)。支護(hù)樁開挖方式主要有預(yù)制樁、鉆孔灌注樁以及人工挖孔灌注樁等。土層錨桿錨固體系可以為支護(hù)結(jié)構(gòu)提供水平約束力，控制支護(hù)樁受到的水平土壓力以及彎矩。為了降低成本、提高效率，需要對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力，通過施加預(yù)應(yīng)力來利用周圍土體的承載力與強(qiáng)度，減少錨桿數(shù)量，減輕結(jié)構(gòu)自重，降低造價(jià)。

2 案例分析

2.1 工程概況

某地鐵工程車站為島式站臺(tái)，地下2層，明挖段寬度19.1～21.50m，長(zhǎng)度265.34m，線間距13.3m，站臺(tái)寬度10m，為明挖法施工。深基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)涉及較多管線，施工場(chǎng)地狹小，地表軟層厚度大，地下巖層變化多，長(zhǎng)距離交通疏解，需要多次倒邊施工。

2.2 基坑支護(hù)施工

具體施工時(shí)按照以下步驟實(shí)施：做好施工準(zhǔn)備→鉆孔灌注樁及旋噴樁→降水開挖→架設(shè)鋼支撐、施加預(yù)應(yīng)力→接地網(wǎng)→底板墊層混凝土→地板及部分邊墻結(jié)構(gòu)→防水層施工→拆除支撐→第二層側(cè)墻側(cè)墻及中板結(jié)構(gòu)→第一層施工施工→主體結(jié)構(gòu)施工。

2.2.1 鉆孔灌注樁及旋噴樁施工。按照圍護(hù)樁的平面布置圖來進(jìn)行放樣，考慮排樁最大水平位移不超過20mm，樁位的垂直度偏差不超過1/300（不能侵入車站主體結(jié)構(gòu)），樁位的允許偏差不超過50mm。完成鉆孔后，監(jiān)理工程師進(jìn)行檢驗(yàn)，通過檢驗(yàn)后安裝鋼筋籠，進(jìn)行樁身混凝土的灌注。平整場(chǎng)地、開挖排漿溝、鉆機(jī)定位之后進(jìn)行旋噴樁施工，采用單管旋噴的方式。水平安放鉆機(jī)，鉆桿垂直度不超過1.5%。

2.2.2 開挖支撐溝槽。開挖基坑時(shí)分段、分層、對(duì)稱開挖，基坑四角預(yù)留三角土護(hù)坡，控制每層開挖的厚度，不超過3m，人工開挖支撐溝槽。當(dāng)進(jìn)行溝槽底到支撐下0.5m時(shí)要架設(shè)支撐與腰梁，開挖時(shí)先支撐后開挖，準(zhǔn)確進(jìn)行鋼支撐安裝，偏心不超過20mm。開挖到距離坑底300mm時(shí)，人工開挖并進(jìn)行找平，及時(shí)封閉坑底，基坑底部應(yīng)預(yù)留-20mm的誤差。

基坑開挖施工過程中，不能在基坑周圍2m范圍內(nèi)放置設(shè)備或建材。加強(qiáng)對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)周圍的地面堆載的控制，不能超過20kPa。

支撐要可靠吊拉，預(yù)防由于施工撞擊或者是樁身變形而引起脫落的發(fā)生。支撐時(shí)結(jié)合支撐用鋼管的壁厚來使用相應(yīng)布設(shè)形式，不能出現(xiàn)錯(cuò)誤。支撐系統(tǒng)只具有承擔(dān)軸力的作用，施工過程中不能對(duì)支撐施加其他荷載，否則可能會(huì)引起系統(tǒng)失穩(wěn)[3]。

2.2.3 基坑降排水。采用管井井點(diǎn)來降水，待地下水位在開挖面下1m時(shí)才能開挖基坑。當(dāng)開挖到基地時(shí)也要確保地下水位在底面1m以下。主體結(jié)構(gòu)施工全程都要進(jìn)行降水，當(dāng)完成頂板覆土之后才能將管井井點(diǎn)管封閉，灌注混凝土并焊鋼板封閉?；娱_挖全程都要進(jìn)行基坑排水，當(dāng)雨季施工時(shí)需要保證抽水設(shè)備數(shù)量足夠。

2.2.4 圍護(hù)樁施工。根據(jù)樁底高程所處地質(zhì)類型的不同選擇相應(yīng)的施工方法：當(dāng)位于中、微風(fēng)化花崗巖時(shí)采用沖擊鉆施工；當(dāng)位于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、黏土層及粉質(zhì)黏土?xí)r，使用旋挖樁。采用φ600mm單管旋噴法進(jìn)行高壓旋噴樁的使用；采用PH-5型攪拌樁機(jī)進(jìn)行止水?dāng)嚢铇兜氖┕?。噴漿機(jī)采用C20混凝土將樁間凹陷面噴射至平。

2.2.5 施工過程中遇到的問題、處理方法及結(jié)果。第一，受到施工場(chǎng)地的限制，不得不對(duì)車站維護(hù)結(jié)構(gòu)場(chǎng)地進(jìn)行分割，根據(jù)設(shè)備工藝的需要在場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行倒邊施工，每次完成上道工序的施工之后都要將施工設(shè)備完全退出，將其停放在場(chǎng)外，待下道工序需要的設(shè)備入場(chǎng)之后才能施工，如此來回反復(fù)，盡管施工順序正確，工程質(zhì)量也得到了保證，但是在一定程度上延誤了工期，也造成設(shè)備資源及人力的浪費(fèi)。第二，受到地層原因的影響，灌注樁出現(xiàn)不規(guī)則的擴(kuò)孔，施工時(shí)灌注樁與高壓旋噴樁的距離控制難度大。當(dāng)距離過近時(shí)需要咬合，下鉆旋噴難度大；當(dāng)距離過遠(yuǎn)時(shí)不能咬合，當(dāng)旋噴鉆頭與礫石碰撞時(shí)會(huì)出現(xiàn)便宜，底部就不能形成封閉止水帷幕。對(duì)此經(jīng)過反復(fù)研究，總結(jié)出合適的參數(shù)，使用地質(zhì)鉆機(jī)預(yù)引孔、泥漿護(hù)理，之后采用旋噴機(jī)與高壓注射泵旋噴，咬合尺寸與止水效果均理想。

2.2.6 基坑監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境與支護(hù)結(jié)構(gòu)，主要項(xiàng)目包括變形監(jiān)測(cè)與應(yīng)力監(jiān)測(cè)，主要內(nèi)容有地面沉降、水位觀測(cè)、樁身傾斜、鋼支撐軸力以及樁頂位移等。實(shí)施動(dòng)態(tài)信息管理，及時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行反饋，從而對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)。其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括鋼支撐軸力共計(jì)50個(gè)，位移、沉降100個(gè)，樁體變形12個(gè)，水位監(jiān)測(cè)孔13個(gè)，樁頂位移25個(gè)，測(cè)土壓力98個(gè)。見圖1。

圖1 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

3 結(jié)束語(yǔ)

近些年，我國(guó)的建筑工程的規(guī)模和種類不斷增加，目前，由于地鐵工程所處環(huán)境的特殊性，在施工中容易發(fā)生安全事故?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)時(shí)考慮基坑特點(diǎn)及工程特點(diǎn)，支護(hù)選型結(jié)構(gòu)合理，結(jié)合實(shí)際情況布置支撐，通過結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，圍護(hù)樁的沉降最大值4.7mm，樁頂最大位移6.1mm，均處于規(guī)定范圍，說明施工過程中該基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。