探究多種支護形式在超大型深基坑中的施工技術(shù)

（甘肅第六建設(shè)集團股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

咬合樁是利用套管鉆機施工，進而在混凝土（砼）初凝前使相毗鄰的前施工的樁體和后施工的樁體相嵌并形成良好的防滲作用，最后演變成整體咬合支護體。目前城市建筑在地下設(shè)置1～2 層連通車庫逐漸成為常見建筑形式之一，該類基坑建設(shè)規(guī)模大，不同部位的挖掘深度有很大差異性、周邊環(huán)保要求各不相同等特點，單一支護設(shè)計施工很難較好的滿足工程安穩(wěn)性、合同工期要求等[1、2]。在這樣的工況下，很多施工方提倡采用多種支護結(jié)構(gòu)的組合形式，在使基坑施工安全得到一定保障的基礎(chǔ)上，有助于壓縮工程的建設(shè)成本及滿足工期要求，進而協(xié)助施工方創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟效益。

1 工程概況

蘭州城關(guān)區(qū)深基坑強風(fēng)化砂巖層暴露厚度為4～5m，欠缺均勻性，其強度達到了400kPa，膠結(jié)性偏差，砂巖出現(xiàn)不同程度的軟化。強風(fēng)化砂巖層裂隙水豐富、未檢測到壓力，在挖掘砂巖層以后，快速滲出裂隙水、水量大，分布不確定及無規(guī)律。這在很大程度上了加快了暴露后砂巖崩解速度（＜5min），邊坡軟化潛蝕現(xiàn)象較為顯著。施工中階段擬定使用素混凝土樁+高壓旋噴樁咬合支護技術(shù)去進行止水、止砂，一方面能保護了坡腳，另一方面還發(fā)揮了止水帷幕的作用，基坑開挖施工作業(yè)順利完成[1-2]。

2 素砼樁+高壓旋噴樁咬合樁施工

2.1 施工特征

（1）在超厚不均勻風(fēng)化砂巖層固化、止水施工階段采用該種支護技術(shù)，其能發(fā)揮止水帷幕作用，對砂巖層內(nèi)裂隙水的滲出過程能起到較好的阻斷作用，減少了砂巖層潛蝕及基底坡腳軟化等情況，強化了邊坡結(jié)構(gòu)的安穩(wěn)性。

（2）風(fēng)化砂巖層內(nèi)布置砼樁，而后配合機械設(shè)備進行引孔擾動、高壓旋噴成樁，解除了既往高壓旋噴樁在風(fēng)化砂巖層內(nèi)施工時遇到的難題；通過規(guī)范設(shè)置咬合樁，使止水帷幕的止水效果得到更大保障。

（3）為確保咬合樁施工質(zhì)量及實現(xiàn)低成本，建議于基底之上4m 范圍支護樁內(nèi)側(cè)利用素砼樁、高壓旋噴樁對基底進行加固，使坡腳更加穩(wěn)定、牢固[3]。

（4）高壓旋噴樁旋噴結(jié)束后，由樁頂?shù)綐兜撞暹MDN100 鋼管、在素砼樁及旋噴樁樁頂部布設(shè)鋼筋砼冠梁等方法，強化樁體的剛度，具備止水這一基礎(chǔ)功能的同時，砂巖層挖掘后也對后邊坡起到了支護作用。

（5）基坑支護階段，配合使用樁錨支護，開挖與噴固化同步進行的方法，以規(guī)避因砂巖層裸露在空氣內(nèi)引起的風(fēng)化問題，而后再進行掛網(wǎng)噴射面砼操作。

2.2 適用范圍

本施工方法在裂隙水充足的風(fēng)化砂巖層裸露偏厚，基坑支護樁中表現(xiàn)出了良好的適用性，打造出止水、止砂帷幕工程或?qū)ι皫r層易軟化的基坑坡腳起穩(wěn)定作用，也可用于防控基底發(fā)生軟化情況。

2.3 工藝原理

先施工布設(shè)素砼樁，而后配合引孔鉆機進行預(yù)松動，高壓噴射注漿對砂巖層進行切割，實現(xiàn)加固土體或在空氣—水的沖擊作用下，置換砂巖層內(nèi)漿液，進而去固化砂巖層。當(dāng)高壓噴射注漿固結(jié)體與素砼樁形成帷幕，將地下水體隔離，實現(xiàn)止水、止砂[4]，以防風(fēng)化砂巖層由于遇水而在空氣內(nèi)坡腳風(fēng)化、軟化快速進行，對流砂現(xiàn)象的形成能起到一定阻斷作用，能顯著提高邊坡的抗壓和抗剪強度。

3 具體施工方法及控制關(guān)鍵點

3.1 素砼樁施工

素砼樁施工之前要依照場外已知坐標(biāo)基準(zhǔn)點，測量并設(shè)置樁心坐標(biāo)，各根樁均需要進行定位放線處理，利用鉆機實現(xiàn)素砼樁的順利成孔，確認(rèn)成功后壓灌適量C30 砼，素砼樁利用分段施工辦法，旋噴樁緊隨其后進行，要確保其之間維持適宜的施工距離。施工關(guān)鍵點主要有：

3.1.1 試成孔及確定工藝參數(shù)

本工程項目采用長螺旋成孔壓灌樁，試樁的目的是使施工質(zhì)量得到更大保障，借此方式去校驗施工工藝參數(shù)的合理性，素砼樁開工前，需進行單次整體議備試連轉(zhuǎn)，同種成孔設(shè)備、設(shè)計方案、地質(zhì)條件試成孔數(shù)目≥3 根。參照不同地層應(yīng)用的鉆頭內(nèi)徑、形式等工藝參數(shù)施工階段選擇相配套的依據(jù)。

3.1.2 鉆機就位：

就位之前要核對圖紙與樁位，樁頂標(biāo)高，其均要和工程設(shè)計要求相吻合，鉆機一定要鋪墊平穩(wěn)，鉆架垂直穩(wěn)固，在鉆頭對準(zhǔn)柱位以后方可進行開鉆操作。實時觀察鉆機支架的垂直度并及時整頓。

3.1.3 樁垂直度

具體是在鉆機就位時，整頓樁身垂直度，要求其垂直度偏差在±1%之內(nèi)，如果察覺到出現(xiàn)鉆機傾斜等狀況，隱瞞暫停鉆孔操作，待糾正后再成孔。

3.1.4 標(biāo)高管控

依照勘測院提供水準(zhǔn)點，并結(jié)合施工場區(qū)標(biāo)高驗孔報告，測算出控制點引到施工現(xiàn)場并實施相應(yīng)的維護措施，而后精確測算出其進入地下的實際深度。嚴(yán)格依照設(shè)計樁長度施工至設(shè)計數(shù)值。

3.1.5 開鉆

該項工序執(zhí)行前一定要認(rèn)真檢測鉆頭內(nèi)徑，禁止出現(xiàn)開口鉆進的情況，當(dāng)鉆尖觸及到地面時，要減緩下鉆速度，并依照試樁情況合理設(shè)定有關(guān)工藝參數(shù)。

進入到軟硬層交界時，要確保鉆機的垂直度達到設(shè)計要求，緩緩進入，鉆進階段要實時檢查樁孔垂直度指標(biāo)，并認(rèn)真記錄相關(guān)信息。

3.1.6 終孔

鉆至設(shè)計標(biāo)高以后，由工程參加方協(xié)同進行終孔驗收，驗收達標(biāo)并記錄好相關(guān)信息后，可以進入到壓灌砼施作工序[5]。

3.1.7 灌注砼施工

要確保該項工序持續(xù)推進，施工方要提前預(yù)定好砼，確保其符合要求，直到設(shè)計樁頂標(biāo)高，形成素砼樁。

3.2 高壓旋噴樁施工

3.2.1 引孔松動

鑒于本工程風(fēng)化砂巖層硬度偏大的情況，建議旋噴樁施工前先用外徑?450mm 螺旋鉆機通過鉆孔操作引松砂巖層，孔深進而旋噴樁設(shè)計深度等同，孔位和設(shè)計要求之間形成的偏差≤50mm。砂巖層內(nèi)各樁設(shè)置的孔位鉆引孔數(shù)≥3 個。

3.2.2 旋噴樁施工

①試樁以及確定工藝參數(shù)

本工程高壓旋噴樁應(yīng)用單管法進行噴射，為使施工質(zhì)量有所保障一定要進行試樁。選用水泥凈漿作為注漿材料，P.OR42.5 級普通硅酸鹽水泥，設(shè)計水灰比1：1。通過數(shù)次對土體干擾引松處理后，總結(jié)旋挖鉆機施工及注漿試驗數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注漿壓力達22MPa 左右時，漿液能整體進到土層預(yù)設(shè)旋噴樁樁徑范疇中，開挖檢測確認(rèn)成樁成效優(yōu)良，和土體固結(jié)穩(wěn)定。據(jù)此確定注漿壓力22MPa，噴頭提升速度10-15cm/min，特殊工況下進行反插，加強拔桿速度的控制。

②鉆機就位：

具體是把鉆機安置于設(shè)計孔位上，鉆頭對準(zhǔn)孔位中心，縱、橫向偏差≤20mm。鉆機就位后，一定要進行水平校正，以確保鉆孔的垂直度偏差≤1%。在本工程項目中，控制單節(jié)套管（8m）、整根套管（15m～25m）的順直度偏差分別在5mm、10mm 之內(nèi)。可以采用如下方法進行檢測：在地面上檢測并放出兩條互為平行的直線，把套管安放在兩條直線之間，而后采用線錘與直尺進行檢測。

③插管與試管

插管操作中，為規(guī)避發(fā)生泥砂堵塞噴嘴情況，射水與插管操作可以同步進行，水壓力通?？刂圃?MPa 之內(nèi)。如果壓力過高，很可能導(dǎo)致紅砂巖遇水風(fēng)化、軟化加速，容易造成孔壁射塌。

在確認(rèn)注漿管插進預(yù)設(shè)深度后，需進行清水試壓，直至設(shè)備和管路情況正常后，方可以進行高壓注漿施工。

④旋噴高壓注漿作業(yè)

在旋噴管插進預(yù)定深度后，應(yīng)快速組織工人依照設(shè)計要求配制、拌和漿液，選用水泥漿作為漿液，指揮人員宣布旋噴開始時，基于旋轉(zhuǎn)形式去提高旋噴管，從下至上持續(xù)噴漿。

⑤噴射完成與拔管

在檢測到注漿抵達設(shè)計高度以后，拔出噴漿管，注漿完成時把漿液填進孔內(nèi)，清理到多余的漿液。高壓旋噴樁施工整體結(jié)束后，將DN100 鋼管快速插入其中，借此方式去強化旋噴樁自身的剛度，不僅能發(fā)揮止水的作用，針對挖掘砂巖層以后形成的邊坡還能發(fā)揮一定支護作用。將C20 鋼筋砼冠梁安置在樁頂，冠梁寬和旋噴樁排寬一致，借此方式使各個旋噴樁銜接在一起。

3.2.3 基坑二次排水

①將盲溝設(shè)置于咬合樁內(nèi)側(cè)，在盲溝中鋪設(shè)卵石作為濾水層，利用卵石層、中空錨桿噴錨支護層內(nèi)的泄水孔，把上層存留的多余地下水順利的導(dǎo)排到盲溝，并利用盲溝中的積水順利的導(dǎo)到坡角環(huán)形排水溝，而后由集水坑集中排出，規(guī)避其對下部風(fēng)化砂巖層形成不良影響。

②順著坡腳以封閉形式布設(shè)環(huán)形排水溝，把從基坑內(nèi)側(cè)滲進的地下水導(dǎo)進排水溝，排水溝集中到集水井內(nèi)，將潛水泵安放在集水井內(nèi)適當(dāng)部位，利用水泵把集水井內(nèi)的水從基坑排出至外部。

3.3 施工檢測

本工程遵照信息化的施工原則，基坑支護階段加強咬合樁深部水平位移、基坑坡頂沉降、地下水位等指標(biāo)的監(jiān)測。參照檢測結(jié)果（圖1），發(fā)現(xiàn)在基坑挖掘到-6.0m 時，總計位移值就超出了設(shè)計要求的預(yù)警指標(biāo)。監(jiān)測方發(fā)出預(yù)警信號以后，施工方即可暫停土方挖掘操作，而后監(jiān)測方加大了監(jiān)測力度，發(fā)現(xiàn)位移速率有不斷收斂的趨勢。而后伴隨土方挖掘工序的持續(xù)推進，位移量有不斷增加的趨勢。當(dāng)基坑挖掘到坑底以后，最大位移約60mm，基坑坡頂?shù)某两盗窟_到17mm，和圍護結(jié)構(gòu)的水平位移最大值之間形成較大差距。經(jīng)系統(tǒng)分析后認(rèn)定，產(chǎn)生以上情況的原因主要是素填砼內(nèi)塊石含量相對較多，當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)形成側(cè)向位移情況以后，塊石出現(xiàn)了“骨架”，導(dǎo)致其沉降量和圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向位移兩者的協(xié)調(diào)性明顯降低[9]。

圖1 圍護結(jié)構(gòu)深部水平位移的曲線圖

基坑挖掘工序整體結(jié)束后，因為咬合樁自身具備較好的止水工程，施工監(jiān)測階段沒有出現(xiàn)樁間漏水狀況。綜合分析水位監(jiān)測結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)基坑內(nèi)降水過程基本沒有對其形成影響。

4 結(jié)束語

基于規(guī)范化的咬合樁施工過程，有效應(yīng)對了傳統(tǒng)工程復(fù)雜地質(zhì)條件下的圍護結(jié)構(gòu)施工階段遇到的各種難題，在確保施工進度計劃順利實施的同時，也取得了極為滿意的支護、止水效果，和其他方法相比更具經(jīng)濟性，有較高的推廣價值。