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        高水位地下工程深基坑加固方法研究

        2023-10-09 10:57:52安會麗劉炳向榮謝譽非
        工程建設(shè)與設(shè)計 2023年17期
        關(guān)鍵詞:護壁深基坑水位

        安會麗,劉炳,向榮,謝譽非

        (中建二局第二建筑工程有限公司,廣東 深圳 518000)

        1 引言

        在地下空間的開發(fā)以及建設(shè)過程中, 基坑工程的重要性不言而喻。 而對于深基坑工程而言,高水位環(huán)境下的工程設(shè)計以及推進往往會更加復雜[1]。如果在施工過程中沒有對高水位情況加以處理,那么在施工中會導致地下水涌入基坑,輕則導致工程延期,重則導致深基坑崩塌,對施工安全性有不容忽視的影響[2]。因此,為了確保施工安全,需要確保高水位狀態(tài)下的深基坑的穩(wěn)定性,在高水位深基坑工程中,不僅要對深基坑進行降水施工, 還要對深基坑的支護體系進行一定程度上的加固,但是目前的深基坑加固研究中,在高水位環(huán)境中的深基坑加固分析較少[3],因此,本研究對高水位環(huán)境下的地下工程深基坑建設(shè)方案以及施工方法進行分析, 并針對其優(yōu)化設(shè)計方案進行探討,旨在確?;臃€(wěn)定性的同時提高工程效率,從而確保工程項目的安全性。

        2 高水位地下工程深基坑工程地質(zhì)及水文情況

        2.1 工程地質(zhì)條件

        某項目基坑工程施工前, 采用工程地質(zhì)鉆探的方法對工程區(qū)域的地質(zhì)進行分析, 勘探深度內(nèi)的巖土層情況如圖1 所示。 為確保在工程進行途中的穩(wěn)定以及安全,在工程施工過程中,應(yīng)對工程周邊采取有效的監(jiān)測措施,對基坑附近的土體平移、地下水位變化和地面沉降情況進行實時的精確監(jiān)測,對該基坑的邊緣坡體進行穩(wěn)定性檢測,檢測方法為瑞典條分法。 在本基坑工程中初步采用了截水溝以及排水盲溝兩種降水措施,其基坑剖面圖如圖1 所示(橫坐標代表基坑中心至地質(zhì)取樣邊緣距離)。

        圖1 基坑剖面圖示例

        2.2 工程水文條件

        在基坑擬建地區(qū)附近有江流, 其在勘測期間的水位為8.00 m。 通過對該區(qū)域的地質(zhì)勘察可知,地下水種類主要為第四系松散巖孔隙潛水-微承壓水, 黏土-粉砂巖為該水層的隔水層,總體上水量不大;中砂、粗砂以及圓礫石層中存在孔隙水,水量較大。 以上地下水的來源主要是大氣降水以及周邊含水層的滲透。 根據(jù)工程現(xiàn)場的鉆孔取芯檢測,雜填土、中砂、粗砂以及圓礫石層的滲透系數(shù)均較大,屬于10-1~10-3cm/s 級別,其他的巖土層則表現(xiàn)為弱透水性。

        3 高水位地下工程深基坑支護施工方案

        3.1 深基坑支護施工基本準則

        在本工程的施工過程中,應(yīng)滿足的要求為:(1)滿足支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求,支護結(jié)構(gòu)不能發(fā)生傾倒、滑動和塌陷;(2) 在基坑工程最下層不能發(fā)生地層凸起、 管涌等危險現(xiàn)象;(3)在支護整體搭建完成后,支護結(jié)構(gòu)在承受負荷時不能有結(jié)構(gòu)強度上的損失;(4)止水施工設(shè)計要能滿足控制水土流失的作用;(5)工程中土方的挖掘過程應(yīng)做到有組織、區(qū)域性、階段性地有序挖掘;(6)深基坑邊緣2 m 范圍內(nèi)的地面荷載不得超出承重上限,超載上限為20 kPa,并且周邊平臺不可以堆疊過多。

        3.2 高水位地下工程深基坑降水措施

        在基坑支護體系施工前,需要采取有效的水位控制措施,才能安全開工。 通過降排水措施,可以使土體以及基保持干燥狀況,從而確保工程的穩(wěn)定性以及安全性。 例如,在基坑工程周邊設(shè)置止水帷幕,對水位進行有效控制,必須保證基坑底部的水位深度在0.5~1.0 m,本項目基坑止水帷幕為3 排φ500 mm間距為35 mm 的雙管高壓旋噴樁;在基坑附近進行降水井的設(shè)置,數(shù)量約為50 口;在深基坑底部設(shè)置數(shù)個積水坑,進行重力流排水。

        施工前,首先進行雙管高壓旋噴樁的試驗樁施工,以進一步確認各項施工參數(shù)。 通過試做2 根試驗樁,確認各參數(shù)為:(1)高壓泥漿射流的壓力必須大于20 MPa;(2)水泥漿液水灰比為0.8~1.0,應(yīng)盡可能保持為1.0;(3)水泥漿液需在施工前1 h 進行攪拌,攪拌后的靜置時間應(yīng)小于3.5 h;(4)使用42.5R早強硅酸鹽水泥, 水泥摻入量必須大于土體總量的35%;(5)施工過程中,應(yīng)首先進行試噴,施工順序為噴漿、旋轉(zhuǎn)、提升;(6)需對設(shè)備以及管路進行檢查,避免注漿管以及噴嘴內(nèi)有雜物,噴嘴與高壓泵的距離必須大于45 m;(7)如果施工過程中發(fā)生故障, 為防止樁體中斷, 應(yīng)在第一時間停止噴涂;(8)旋噴過程中的鉆孔冒漿量必須符合工程要求,即為成樁工程量的10%~30%,如果冒漿量大于成樁工程量的30%或者發(fā)生不冒漿,則應(yīng)檢查設(shè)備并進行排查;(9)旋噴過程中如果發(fā)現(xiàn)地下有障礙物,應(yīng)采取相應(yīng)措施進行處理;(10)采用隔孔施工法;(11)注漿后應(yīng)清洗泵體以及管路。 最終的旋噴成樁質(zhì)量要求如表1 所示。

        表1 旋噴成樁工程質(zhì)量要求

        3.3 高水位地下工程深基坑支護施工

        采用倒掛井的施工工藝進行支護結(jié)構(gòu)施工, 支護結(jié)構(gòu)包括護壁以及圍護樁。 護壁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);圍護樁直徑為1.2 m,樁體嵌固深度為2.6 m,采用C30 混凝土。 在施工前,止水帷幕旋噴樁的無側(cè)限抗壓強度必須達到設(shè)計要求, 其值必須大于1.0 MPa,必須在其達到強度后再進行后續(xù)施工。

        3.4 高水位地下工程深基坑護壁施工

        根據(jù)現(xiàn)場實際情況檢查止水帷幕樁體強度是否達標,測量放線后,根據(jù)確定好的基坑邊線,采用機械開挖,在到達深基坑底部標高后,對其進行人工修整。 通過常規(guī)工程流程綁扎鋼筋、立模,然后進行混凝土灌注、安裝鋼結(jié)構(gòu)支撐。 由于基坑護壁采用倒掛井施工工藝,所以,在分層施工時,應(yīng)以每道護壁的高度作為一層,在施工過程中充分利用時空效應(yīng)。 護壁鋼筋采用常規(guī)的綁扎法進行施工, 每道護壁之間的鋼筋通過焊接連接,護壁與底板通過錨固連接,護壁模板采用鋼模板。 混凝土澆灌完成后,要及時進行養(yǎng)護,必須在強度達標后才能拆除側(cè)模板。

        3.5 高水位地下工程深基坑圍護樁施工

        圍護樁主要采用鉆孔灌注樁進行施工, 直徑為1.2 m,樁的中心距為3 m,其嵌入土體深度為2.6 m。 其中,設(shè)置了3 道內(nèi)支撐圍護樁。 第一道的材質(zhì)主要為鋼筋混凝土,第二、第三道采用管壁為1.6 cm、管徑為60.9 cm 的鋼管,其豎向間距分別為4 m 和3.5 m,圍護樁頂設(shè)有冠梁,圍護樁之間掛置鋼筋網(wǎng),采用了噴射的方法完成混凝土的澆灌,鋼筋的設(shè)置流程必須遵守相關(guān)官方要求, 并且需要根據(jù)實際要求長度對主筋進行錨固,并將其嵌入冠梁內(nèi)。 最終的深基坑支護施工示意圖如圖2 所示。

        圖2 高水位深基坑支護施工示意圖

        4 高水位地下工程深基坑監(jiān)測

        4.1 高水位地下工程深基坑監(jiān)測預(yù)警值

        根據(jù)本工程中的基坑施工范圍以及深度, 對其本身以及附近環(huán)境進行監(jiān)測預(yù)警。 監(jiān)測內(nèi)容包括支護結(jié)構(gòu)水平位移、水位、地面沉降、樁頂水平位移等內(nèi)容。 本基坑的開挖深度為19 m,應(yīng)按照GB 50497—2019《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準》的相關(guān)要求,按照一級基坑要求進行監(jiān)測,監(jiān)測項目預(yù)警值如表2 所示。

        表2 基坑檢測預(yù)警值

        如果在監(jiān)測中途發(fā)生以下情況, 則應(yīng)第一時間終止工程然后報警,并采取應(yīng)急措施:(1)某項監(jiān)測數(shù)據(jù)到達預(yù)警閾值;(2)基坑支護結(jié)構(gòu)突然發(fā)生明顯位移;(3)周邊土壤發(fā)現(xiàn)顯著的位移;(4)工程底部出現(xiàn)流沙或是較為嚴重的滲水;(5)支護體系出現(xiàn)較大的變形、斷裂、彎曲、松弛現(xiàn)象;(5)周邊建筑開裂或出現(xiàn)較大變形。

        4.2 高水位地下工程深基坑監(jiān)測頻率

        安全監(jiān)測工作從施工開始便進行, 基坑支護體系構(gòu)建完成并回填完畢則監(jiān)測工作結(jié)束,在施工的全過程中需要持續(xù)不中斷地進行安全監(jiān)測工作。 各項參數(shù)的監(jiān)測頻率如表3 所示。

        表3 基坑安全參數(shù)監(jiān)測頻率表

        4.3 高水位地下工程深基坑監(jiān)測點位布置

        對于本基坑工程,為實現(xiàn)監(jiān)測的客觀性以及準確性,最大限度地保證工程的安全進行, 監(jiān)測點位分布于基坑四周以及基坑內(nèi)部。

        5 高水位地下工程深基坑加固方法效益分析

        通常來說,在高水位環(huán)境下,一級深基坑的支護建設(shè)通常采用地下連續(xù)墻施工體系,而對于較為狹小的施工場地,會影響施工空間的局限性, 導致無法進行鋼筋籠加工以及吊裝使用。 而止水帷幕、護壁以及圍護樁的施工在工作空間的需求上則相對靈活,不受工作場地大小的限制。 止水帷幕一方面可以滿足在高水位環(huán)境下的止水需求, 另一方面可以發(fā)揮一定的加固作用, 而護壁和圍護樁的應(yīng)用進一步保證了基坑的穩(wěn)定性,大大提高了基坑施工現(xiàn)場的穩(wěn)定性以及安全性。

        6 結(jié)語

        本研究提出在高水位環(huán)境下的深基坑工程中采用止水帷幕、護壁以及圍護樁相結(jié)合的施工技術(shù),可以有效解決在高水位環(huán)境下施工空間過于狹窄的問題, 滿足在狹小空間內(nèi)深基坑支護的施工要求,并且充分考慮了施工效率以及施工安全。該方法取得了較好的社會以及經(jīng)濟效益,具備較好的應(yīng)用前景。

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