史红福 李 涛

1 工程概况

增城市增江河东岸鹤洲泵站工程位于增江河畔荔城污水处理厂对岸,厂址为现有田地,西南侧为增江河堤岸,东南侧为排涝泵站。根据增城市远期规划,本工程纳污总面积为1 558 hm2,远期:旱季平均流量Q=826 L/s;旱季最大流量 Q=1 157 L/s;雨季流量 Q=1 053 L/s。本泵站为钢筋混凝土矩形结构,几何尺寸为18.0 m×16.3 m,设计埋深12.93 m,现有地面埋深10.33 m,上部为钢筋混凝土框架结构。

2 工程地质和水文地质概况

根据《岩土工程勘察报告》,该场地的地质条件及地层情况自上而下分述如下:①耕土:深灰色,湿,可塑,主要成分为粉粒和粘粒;含植物根系,层厚0.50 m～0.80 m,承载力特征值为100 kPa。②黏土:黄色,浅灰色,湿,可塑,主要成分为粘粒,质纯,干强度高,层厚1.90 m～2.20 m,承载力特征值为 120 kPa。③淤泥质土:灰黑色,饱和,软塑,主要成分为粉粒和粘粒,含腐殖质和中粗砂,层厚2.00 m～7.40 m,承载力特征值为 80 kPa。④中砂:灰色,浅灰色,饱和,稍密,主要成分为石英质中砂,层厚2.90 m～8.70 m,承载力特征值为 130 kPa。⑤中风化花岗岩:深灰色,岩芯坚硬且较完整,多呈断柱状、柱状,坚硬程度属于较硬岩,岩体基本质量等级为Ⅲ级,层厚7.00 m～8.10 m,承载力特征值为1 500 kPa。

场地地下水丰富,并具有承压性,开挖难度大,分别为:承压含水层和赋存于花岗岩的裂隙水。增江河水通过中砂层补充给本场地,水头高度大致与河水持平。

3 基坑支护设计方案

本基坑现有地面埋深10.33 m,基坑周边环境较为复杂,基坑西南侧为增江河堤岸,堤脚距离基坑边约20 m,堤岸与增江河之间为池塘,且增江河现有水位高于场地现有地面,需要重点保护;东南侧为排涝泵站。场地地下水丰富,并具有承压性,增江河水通过中砂层补充给本场地,水头高度大致与河水持平。

根据基坑开挖深度,周边环境条件和岩土工程勘察报告提供的地层物理力学性质及其分部规律,进行支护选型对比,并充分发挥广东地区同类工程经验,最终采用护坡灌注排桩支护形式和三管高压旋喷桩止水帷幕。

4 护坡灌注排桩支护的设计

4.1 支护桩截面的选择

根据本工程基坑深度、工程地质情况和周边环境情况,从安全、经济、合理、可行的角度综合考虑,基坑支护采用φ 800钻(冲)孔灌注桩加三道内支撑作为支护结构,桩距900,第一道采用500×800钢筋混凝土支撑,第二、三道采用φ 500×12钢管支撑。

4.2 整体稳定性验算

用瑞典条分法,取单元土条宽度,结合《理正深基坑》软件进行计算,结果显示整体稳定系数Ks=2.45＞1.2,即可认为整体稳定性安全;抗倾覆安全系数Kt=4.48＞1.2,满足抗倾覆安全需要。

4.3 护坡灌注排桩受力及变形计算

用弹性法土压力模型进行计算,结果显示墙身最大弯矩为601.7 kN·m,最大剪力为 385.91 kN,墙体最大位移为18.76 mm,具体分布形式见图1。

4.4 支撑结构承载力及稳定性计算

钢管支撑为压弯构件,主要承受来自土压力及自重引起的压力及弯矩,结果显示所有工况中最大土压力1 380.2 kN,自重引起的弯矩为75.4 kN·m,由压弯构件公式得出最大压弯应力170 N/mm2＜215 N/mm2;由压弯构件整体稳定性计算公式得出最大应力为130 N/mm2＜215 N/mm2;满足承载力及稳定性要求。

5 主要施工工艺

5.1 护坡灌注排桩

本基坑底接近中风化层,护坡灌注排桩进入中风化层3 m～5 m,护坡灌注排桩施工采用冲击钻成孔,吊放钢筋笼,水下灌注混凝土成桩的方式进行施工,桩长平均为15 m,桩径0.8 m,桩间距0.9 m,钢筋笼纵向钢筋均匀配置20φ 25,加强箍φ 16@2 000,绕筋φ 12@150,桩身混凝土标号C30。

5.2 高压旋喷桩

施工场地地下水丰富,并具有承压性,开挖难度大,增江河水通过中砂层补充给本场地,水头高度大致与河水持平,本工程采用护坡排桩和φ 600三管高压旋喷桩相结合的方法,旋喷桩与支护排桩中心距为300 mm,与排桩咬合形成封闭的止水帷幕,既满足基坑支护的要求,又解决了基坑开挖的问题。

旋喷桩水泥采用42.5R普硅水泥,水灰比为1∶1,每米水泥用量约为250 kg,掺入2%～4%速效早强剂,桩间距为900 mm,桩底深入不透水层(中风化花岗岩)不小于1.0 m。高压旋喷桩施工工艺主要采用射流技术,使水、浆通过喷射、切割、扰动土体,然后形成浆、土混合物固结体。

6 施工质量控制

6.1 护坡灌注排桩

泥浆的制备由自身设备配合造浆机完成,造浆材料选取水化性能较好、造浆率高、成浆快、含砂量少的膨润土或黏土。混凝土灌注时导管埋深不得大于6 m,也不得小于2 m,灌注将近结束时由于导管内混凝土柱高度减小,超压力降低,如混凝土顶升困难可适当减小导管埋深使灌注工作顺利进行。

6.2 高压旋喷桩

设备安装平稳对正,开孔前需严格检查桩位和开孔角度;引孔钻具岩芯管长度不小于3 m,同心度好,确保引孔深度达到设计要求;用取芯钻具取芯验证入岩深度确保桩底进入中风化岩层不小于1.0 m;保持引孔泥浆性能,孔壁完整,不塌孔,确保高喷管下至孔底;高喷管下井前需在井口试验检查,防止喷嘴堵塞;浆液配制必须严格按照配比均匀上料,经常检查测定浆液比重,并做好记录;高喷作业中,必须注意观察水、浆压力和流量达到设计要求,发现异常,立即停止提升,查明原因及时处理;因故停机时,需将高喷管下放至超过原高喷深度0.1 m～0.5 m处,重新开机作业,避免出现断桩;及时回灌,保持孔内浆满,连续施工时可采用冒浆回灌。

7 支护结构监测

7.1 监测内容

1)围护墙顶部的水平和竖向位移、深层水平位移和地下水位变化;2)基坑周边地表竖向位移、地表裂缝宽度和邻近堤岸位移。

7.2 监测频率及报警值

应由专业监测单位进行监测方案设计,在围护结构施工前,需测得初读数。在基坑降水开挖期间,需做到一日一测。在基坑施工期间,可视测得的位移及内力变化情况加密或减少。监测资料应记录施工情况、挖土情况、天气情况,并及时提供,及时分析;如遇报警,应减慢施工深度或停止挖土,分析原因采取措施后方可继续施工。

报警值:围护墙顶部的水平和竖向位移、深层水平位移和地下水位变化累计绝对值分别为25 mm,15 mm,37.5 mm和500 mm,基坑周边地表竖向位移、地表裂缝宽度和邻近堤岸位移累计绝对值分别为30 mm,7.5 mm和25 mm,各方协调,保证施工过程中监测点不被破坏。

8 结语

1)根据基坑开挖深度,周边环境条件和岩土工程勘察报告提供的地层物理力学性质及其分部规律,进行支护选型对比,并充分发挥广东地区同类工程经验,初步选定为护坡灌注排桩支护形式和三管高压旋喷桩止水帷幕。2)分别对护坡灌注排桩进行整体稳定性验算、护坡灌注排桩受力及变形计算、支撑结构承载力及稳定性计算,结果表明所有值均满足安全要求,选型合理。3)提出了护坡灌注排桩和高压旋喷桩止水帷幕的主要施工工艺和施工质量控制,并提出了支护结构监测方面的要求,对以后的深基坑支护设计具有一定的参考价值。

[1]刘 义.桩锚支护在深基坑工程中的应用[J].赤峰学院学报(自然科学版),2009,25(7):81-82.

[2]胡励耘,侯天顺,黄 雄.水泥土重力式挡墙在基坑支护中的应用[J].岩土工程界,2007,10(5):51-52.

[3]郝丽红.高压旋喷桩在基坑防渗工程中的应用[J].青海大学学报,2006,27(5):4-6.

[4]蒋宿平,隆 威.旋喷桩施工技术参数设计研究[J].勘察科学技术,2009(5):45-47.

[5]吉月明.浅谈钻孔灌注桩施工[J].山西建筑,2009,35(13):123-124.

[6]林 渊,赵 健.钻孔灌注桩施工技术浅析[J].应用能源技术,2009(10):6-8.