熊 焰
(深圳市深水水務(wù)咨詢有限公司,廣東 深圳 518000)
近年來(lái),隨著許多城市的生態(tài)環(huán)境治理和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷時(shí)間,調(diào)蓄池等一些水環(huán)境處理項(xiàng)目逐漸增多。調(diào)蓄池工程往往對(duì)于發(fā)揮著雨污處理、河水改造、 水系轉(zhuǎn)輸?shù)戎匾墓δ躘1]。建設(shè)過(guò)程中往往需要涉及復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)和基坑的開(kāi)挖和支護(hù)等重要環(huán)節(jié)[2]。與調(diào)蓄池基坑同普通的建筑基坑相比,往往具有以下的特點(diǎn):①地下廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜,基坑的換撐條件復(fù)雜。②施工的單項(xiàng)投入費(fèi)用占工程總費(fèi)用比重較大。③圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防滲控制變形能力要求高。文章通過(guò)對(duì)鐵崗水庫(kù)調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸工程調(diào)蓄池的基坑工程的施工過(guò)程進(jìn)行深入研究分析,針對(duì)關(guān)鍵施工領(lǐng)域的步驟進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制和優(yōu)化,以期提升調(diào)蓄池基坑的工程質(zhì)量,為后續(xù)地下水工結(jié)構(gòu)的順利施工做基礎(chǔ)。以期待為類似的水利調(diào)蓄工程基坑質(zhì)量控制有一定的參考意義。
鐵崗水庫(kù)是保障深圳西部片區(qū)用水需求最主要的供水水庫(kù),其原水主要通過(guò)東部供水工程從東江引入,由于寶安區(qū)水源保護(hù)區(qū)劃定時(shí)間較早,加上飲用水源保護(hù)區(qū)劃定和調(diào)整工作中限于當(dāng)時(shí)基礎(chǔ)資料精度和技術(shù)手段限制,本片區(qū)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分為建成區(qū),入庫(kù)水質(zhì)達(dá)不到國(guó)家、廣東省及深圳市相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求,為此開(kāi)展轄區(qū)內(nèi)鐵崗水庫(kù)牛成村徑流調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸工程。
本工程主要內(nèi)容包括局部河道改造、雨水收集系統(tǒng)、調(diào)蓄系統(tǒng)、雨水轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)以及生態(tài)綠化和服務(wù)設(shè)施建設(shè)等。
擬建牛成村調(diào)蓄池位于南光高速與寶石路交叉口東側(cè),調(diào)蓄池基坑呈矩形,長(zhǎng)×寬=108m×78m?,F(xiàn)狀地面高程整體較平坦,高程約36.0~37.0m之間,西北側(cè)局部地形較高,地面高程約42.5m;東南側(cè)局部地形較低,地面高程約34.0m;基坑開(kāi)挖深度整體約14.6m,局部深度達(dá)20.6m?;颖泵鏋樯钲谑邪裁瘜?shí)業(yè)有限公司,距現(xiàn)狀擋墻及廠區(qū)廠房約23.85m;西側(cè)為現(xiàn)狀南光高速公路匝道和寶石公路,距南光高速公路匝道排水溝最近約34.66m;東面有現(xiàn)狀8層高建筑物及4層高建筑物,距建筑物最近約為23.13m。調(diào)蓄池平面圖,如圖1所示。
圖1 調(diào)蓄池平面圖
考慮到基坑周邊場(chǎng)地較寬闊,距離周邊建構(gòu)筑物較遠(yuǎn),為方便施工,基坑采用灌注樁+錨索的支護(hù)型式,其中灌注樁樁徑1.2m,間距1.5m,樁身設(shè)置3~4道預(yù)應(yīng)力錨索;樁間采用旋噴樁+注漿帷幕相結(jié)合的止水方式,旋噴樁樁徑0.7m,間距1.5m,與灌注樁兩兩咬合。同時(shí)對(duì)西北側(cè)地形較高區(qū)域,樁頂以上采用土釘墻防護(hù),土釘采用鋼花管土釘,坡面采用掛網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行防護(hù)。調(diào)蓄池基坑斷面圖,如圖2所示。
圖2 調(diào)蓄池基坑斷面圖
該地塊場(chǎng)坪范圍為建材廠,場(chǎng)地地面高程范圍為 33.40~37.00m,調(diào)蓄池占地面積 0.88ha,調(diào)蓄池尺寸為 80m ×110m,設(shè)計(jì)開(kāi)挖底高程為21.5m,設(shè)計(jì)場(chǎng)坪標(biāo)高 40.0m。調(diào)節(jié)池總體呈矩形形箱體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。結(jié)合現(xiàn)在地面高程,設(shè)計(jì)開(kāi)挖最大深度15m。支護(hù)方式為灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索,采用高壓旋噴樁攔土截水。調(diào)蓄池場(chǎng)地地層巖性自上而下有①-1素填土、①-2雜填土、①-3填石、②-2礫質(zhì)黏土、②-4礫砂,③殘坡積土、④-1全風(fēng)化花崗巖、④-2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、④-3弱風(fēng)化花崗巖、④-4微風(fēng)化花崗巖。基坑開(kāi)挖主要涉及以下工程地質(zhì)問(wèn)題。
調(diào)蓄池底板高程為21.5m,坑底地層為③殘積土、④-1 全風(fēng)化、④-4 微風(fēng)化花崗巖,其中基坑西側(cè)、南側(cè)多為土質(zhì)基礎(chǔ),南側(cè)、東北側(cè)多為巖質(zhì)地基,承載力均滿足設(shè)計(jì)要求,可選做調(diào)蓄池基礎(chǔ)持力層。④-3 弱風(fēng)化花崗巖,④-4 微風(fēng)化花崗巖開(kāi)挖涉及鑿巖,開(kāi)挖厚度 0.0~5.0m,巖質(zhì)基底占整個(gè)基底的約 10%,由于周圍臨近道路,已有構(gòu)建筑較多,應(yīng)確定合理的基巖開(kāi)挖方式。另由于花崗巖風(fēng)化土層與弱、微風(fēng)化花崗巖巖層工性質(zhì)相差較大,產(chǎn)生不均勻沉降,應(yīng)選取合理的基礎(chǔ)型式[3]。
基坑開(kāi)挖后,坑壁地層為素填土、雜填土、填石、礫質(zhì)黏土、礫砂、殘坡積土和全~微風(fēng)化花崗巖。在地下水的作用下,礫砂、殘坡積土和全~強(qiáng)風(fēng)化巖,易造成坑壁坍塌等穩(wěn)定破壞。設(shè)計(jì)方案為樁錨支護(hù),樁長(zhǎng) 22.6m,樁底高程為13.9m。根據(jù)鉆探情況,灌注樁底位于殘積土、全~微風(fēng)化花崗巖層中,承載力可滿足設(shè)計(jì)要求。場(chǎng)地雜填土、填石和風(fēng)化巖土層中揭露的花崗巖孤石(揭露縱向塊徑0.2~5.8m),影響 鉆孔灌注樁成孔,建議改為沖孔灌注樁。 錨索多在礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中,適宜錨索施工。雜填土、 填石和孤石影響錨索成孔,建議采取相應(yīng)的工程措施。
場(chǎng)地現(xiàn)為建材堆放區(qū),周邊無(wú)地表水源,場(chǎng)地老地貌多為花崗巖殘丘,僅西南角 ZK04 鉆孔附近為沖洪積地貌,揭露有透鏡體狀礫砂,場(chǎng)地表層存在透水性較強(qiáng)的素填土、雜填土和填石層,根據(jù)設(shè)計(jì)方案基坑底板高程21.5m,勘察期間地下水高程約 33.4~34.5m,最大水頭約13m,在地下水的作用下,易產(chǎn)生滲透破壞問(wèn)題。場(chǎng)地東北角基坑開(kāi)挖至微風(fēng)化巖,強(qiáng) 風(fēng)化和弱風(fēng)化巖裂隙發(fā)育,透水性較大,可造成基坑涌水問(wèn)題[4]。 由于場(chǎng)地地下水位較高,基坑開(kāi)挖將會(huì)形成高約13m 的水頭差,設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁攔土截水,樁長(zhǎng)15.5m,樁底高程為20m。樁底位于殘積土、全~微風(fēng)化花崗巖層中,可有效阻止基坑內(nèi)外水利聯(lián)系,但風(fēng)化巖土層中存在弱風(fēng)化巖石,影響高壓旋噴樁施工,建議設(shè)計(jì)采取相應(yīng)措施應(yīng)對(duì)。
針對(duì)地基層薄弱的問(wèn)題,使用了結(jié)合基坑的采用灌注樁+錨索的支護(hù)類型,樁身設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索;針對(duì)滲透破壞和涌水風(fēng)險(xiǎn),樁間采用旋噴樁+注漿帷幕相結(jié)合的止水方式;針對(duì)基坑邊坡穩(wěn)定問(wèn)題,西北側(cè)地形較高區(qū)域,樁頂以上采用土釘墻防護(hù),土釘采用鋼花管土釘,坡面采用掛網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行防護(hù)[5]。
需要對(duì)此次解決重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的施工進(jìn)行質(zhì)量?jī)?yōu)化控制[6]。
灌注樁采用旋挖成孔工藝,灌注樁直徑為1200mm,冠梁尺寸b×h=1200mm×1000mm,灌注樁主筋采用HRB400,灌注樁混凝土采用水下C30混凝土。
在冠梁施工前,將樁頂浮漿鑿除干凈。灌注樁成孔應(yīng)采用跳挖方式,即每隔一根樁開(kāi)挖一根樁,待樁芯混凝土澆灌并終凝后,相鄰的樁才可以開(kāi)挖。鋼筋加工應(yīng)進(jìn)行調(diào)直處理,嚴(yán)重銹蝕應(yīng)除銹。當(dāng)鋼筋籠主筋需要搭接時(shí),采用雙面焊接,縱向受力鋼筋的焊接接頭應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi),同一連接區(qū)段內(nèi)縱向受力鋼筋搭間隔布置。施工樁頂冠梁前,樁頂應(yīng)鑿至新鮮混凝土面,出露鋼筋應(yīng)平直,澆筑樁頂冠梁前,必須清理干凈殘?jiān)⒏⊥梁头e水,應(yīng)保證排樁與冠梁連接牢固,不得造成連接處產(chǎn)生薄弱面。冠梁施工應(yīng)注意預(yù)埋欄桿等預(yù)埋件。拔樁時(shí),起拔鋼護(hù)筒時(shí),導(dǎo)管要用鋼絲繩另外固定,避免受到附加震動(dòng)造成導(dǎo)管內(nèi)混凝土離析堵塞。
采用3-4束1×7φs(f/ptk=1860MPa)高強(qiáng)低松弛鋼絞線制作錨筋,專用錨桿鉆機(jī)套管護(hù)壁成孔。
錨索注漿采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥拌制水泥凈漿,水泥漿中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)和硬化的有害物質(zhì),必要時(shí)可以摻入外加劑。錨索采用二次注漿工藝,灌漿水灰比0.40∶1~0.45∶1,第一次常壓注漿,注漿壓力約0.8MPa,二次注漿應(yīng)在第一次注漿形成的水泥結(jié)石強(qiáng)度達(dá)到初凝后進(jìn)行,注漿壓力≥2.5MPa,漿體抗壓強(qiáng)度>30MPa。待注漿體強(qiáng)度達(dá)到75%以上且強(qiáng)度>20MPa方可進(jìn)行張拉,鎖定錨索于腰梁和錨定鋼板之上,每根錨索均應(yīng)按抗拔力標(biāo)準(zhǔn)值的0.1~0.2倍進(jìn)行預(yù)張拉,鎖定值取標(biāo)準(zhǔn)值的70%~90%。錨頭封堵可采用水泥砂漿材料,封堵前必須對(duì)錨頭用防銹漆涂刷防銹處理,并將錨頭雜物處理干凈[7]。孔位孔深應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度0.5m,終孔后應(yīng)清孔直至孔口流出清水為。預(yù)應(yīng)力錨索安裝前應(yīng)清除錨索表面的油污和鐵銹。在施工前應(yīng)對(duì)錨索進(jìn)行基本試驗(yàn),基本試驗(yàn)錨索應(yīng)加大錨筋面積,以保證最大試驗(yàn)荷載不小于設(shè)計(jì)錨索的承載力極限值。
采用雙重管法,旋噴樁直徑≥0.7m。根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件,選用以下表參數(shù)進(jìn)行高壓旋噴灌漿試驗(yàn),并根據(jù)試驗(yàn)情況調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù),如表1所示。
表1 灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)表
高壓旋噴樁的滲透系數(shù)應(yīng)<1×10-6/cm/s。應(yīng)嚴(yán)格控制注漿管的提升速度; 成孔時(shí)應(yīng)注意記錄地層情況,鉆桿位置偏差<50mm,垂直度偏差應(yīng)<1.0%。在噴漿過(guò)程中,注漿管分段提升的搭接長(zhǎng)度不得100mm。在深厚的填土與原狀土交界面附近以及中強(qiáng)透水層中應(yīng)采用復(fù)噴工藝。
在正式施工前必須做灌漿試驗(yàn),以最終確定灌漿材料、摻合料、外加劑、灌漿工藝、灌漿壓力和孔序控制等施工參數(shù)。
灌漿材料采用不低于P.O.42.5的普通硅酸鹽水泥,水泥灌漿原則上使用水泥漿,根據(jù)需要,可改為使用細(xì)水泥漿液、穩(wěn)定漿液、混合漿液或膏狀漿液。
帷幕灌漿孔采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)造孔,鉆孔遇有洞穴、塌孔或掉塊難以鉆進(jìn)時(shí),可先進(jìn)行灌漿處理,而后繼續(xù)鉆進(jìn)。灌漿采用孔口封閉循環(huán)式自上而下分段灌漿。先在孔口第一段2m埋孔口管,第二段為3.0m,第三段以下每段5m。灌漿時(shí),當(dāng)灌漿壓力保持不變,吸漿量均勻減少時(shí);或吸漿量不變,壓力均勻上升時(shí),灌漿應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,不得改變水灰比。灌漿孔封孔應(yīng)采用“分段壓力灌漿縫孔法”。灌漿過(guò)程中特殊情況處理,發(fā)現(xiàn)冒漿 漏漿,應(yīng)根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等方法進(jìn)行處理。
掛網(wǎng)噴混凝土面,掛φ6.5鋼筋網(wǎng)@200×200mm,樁身植筋后在鋼筋頭部設(shè)置2根φ16水平加強(qiáng)筋,并通過(guò)錨頭角鐵加強(qiáng)件與植筋錨固連接。按P.O.42.5普硅水泥∶中砂∶5-20細(xì)石=1∶2∶2.5、水灰比=0.45:1的重量配合比配制面層混凝土料,面層混凝土強(qiáng)度C20,厚100mm,采用噴射機(jī)高壓噴射。鋼筋網(wǎng)施工完畢后立即噴混凝土,噴混凝土施工24小時(shí)后方可進(jìn)行下一層土方開(kāi)挖。
土釘采用擊入式鋼管土釘,鋼管土釘直徑為50mm,壁厚6mm。土釘設(shè)計(jì)抗拔力為10kN/m,鋼管打入地層后,應(yīng)在鋼管內(nèi)進(jìn)行壓力注漿,注漿材料為P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥凈漿,水灰比0.5~0.6,注漿體的28d抗壓強(qiáng)度>20MPa,注漿壓力>0.6MPa。水泥漿應(yīng)隨伴隨用,注漿必須密實(shí)飽滿。按分段分層開(kāi)挖,分層一次開(kāi)挖高度不應(yīng)超過(guò)該層土釘釘頭高程以下0.5m,機(jī)械開(kāi)挖后,應(yīng)輔以人工修整坡面。
在基坑施工過(guò)程中,由于綜合因素的影響,須周期性對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患,確保施工區(qū)鄰近周邊環(huán)境及道路的安全和圍護(hù)體系自身的穩(wěn)定[8]。
調(diào)蓄池基坑呈矩形,長(zhǎng)×寬=108m×78m。基坑開(kāi)挖深度整體約14.6m,局部深度達(dá)20.6m,基坑北距離距廠區(qū)廠房約23.85m;西側(cè)距南光高速公路匝道最近約34.66m;東面距建筑物最近約為23.13m;因此,定義該基坑等級(jí)為二級(jí)基坑。
監(jiān)測(cè)對(duì)象參照《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB50497-2019)相關(guān)規(guī)定,本工程監(jiān)測(cè)對(duì)象見(jiàn)表2。
表2 基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表
續(xù)表2 基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表
監(jiān)測(cè)周期,基坑監(jiān)測(cè)周期從基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工開(kāi)始,至基坑回填至地面標(biāo)高結(jié)束。正常情況下,各項(xiàng)目監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表3。
表3 基坑監(jiān)測(cè)頻率表
根據(jù)圍護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明,本工程監(jiān)測(cè)控制值如下所示:樁頂/坡頂位移、沉降允許值為60mm,預(yù)警值為48mm;灌注樁深層水平位移允許值為70mm,預(yù)警值為56mm;錨索拉力當(dāng)測(cè)量值達(dá)到抗拔力標(biāo)準(zhǔn)值的70%時(shí)應(yīng)立即警示;基坑周邊房屋位移、沉降允許值0.004H/g,當(dāng)房屋整體傾斜度累計(jì)值達(dá)到2/1000或傾斜速度連續(xù)3d大于0.0001H/g時(shí)應(yīng)報(bào)警;基坑周邊地下水水位最大下降深度超過(guò)初測(cè)水位2m時(shí)應(yīng)預(yù)警,地下水位降深達(dá)到4m應(yīng)立即采取回灌措施以恢復(fù)地下水位;變形速率≤5mm/d,如連續(xù)兩天出現(xiàn)變形速率>5mm/d,應(yīng)作異常情況處理。
文章以深圳鐵崗水庫(kù)傳輸調(diào)蓄池基坑為研究背景,主要對(duì)場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了分析,對(duì)基坑施工的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估分析,以此為基礎(chǔ)確定了合理的支護(hù)形式。并且對(duì)支護(hù)體系的關(guān)鍵施工步驟進(jìn)行了施工技術(shù)的優(yōu)化和質(zhì)量控制。并且對(duì)基坑監(jiān)測(cè)方案和預(yù)警進(jìn)行了詳細(xì)的布控及預(yù)警。對(duì)調(diào)蓄池基坑的順利施工取得了保證。
調(diào)蓄池基坑的施工中往往涉及基坑降水要求較多,文章對(duì)基坑降水方向的施工技術(shù)研究較少,這也是目前水利工程涉深基坑處理的重要研究領(lǐng)域。