建筑工程中深基坑支护施工技术的应用研究

2022-08-13马艳军

中国新技术新产品 2022年9期

关键词：土钉锚索深基坑

马艳军

（中核华辰建筑工程有限公司，甘肃嘉峪关 735100）

0 前言

新型城镇用地的局限性日益凸显，对高大建筑的刚性需求持续提升，建筑深基坑施工工程频繁出现。深基坑施工工程周边地质环境高度复杂，传统基坑支护技术无法满足深基坑支护要求。因此，研究建筑工程中深基坑支护施工技术的应用具有非常突出的现实意义。

1 工程概况

一深基坑支护工程位于矿区，基坑呈矩形，开挖长度为115.5m，宽度为61.0m，1∶7的坡道长度为105.0m，宽度为9.0m，基坑占地面积在7064.0m左右。现场自然地面平均标高为-0.3m，基坑±0.00对应绝对标高为1464.9m，开挖最大深度为23.36m。西南侧、东南侧均具有建筑物，西北侧、东北侧则分别为行车道、出土通道。

因基坑深度较大，为一级基坑，地下水位以下部分拟选用桩锚支护桩+降水井降水形式支护，地下水水位以上部分（-0.3m～-5.3m）则选用放坡+土钉墙+高压旋喷帷幕支护。

2 深基坑支护施工特点分析

2.1 地质条件复杂

深基坑位于既有基坑内部，基坑支护顶面标高在-15.35m～17.50m，场地地层较为复杂，涉及第三系上新统勒河组、前震旦系敦煌群变质岩几个地层，地质内涵细砂、黏土、强风化花岗片麻岩、中风化花岗片麻岩等多种成分，地质条件较为复杂。

2.2 地下水位高

深基坑支护工程地下水为孔隙潜水和少量基岩裂隙水，埋深达6.0m。基坑土方开挖期间水位下降到操作面以下0.5m～1.0m，综合渗透系数在8.5m/d左右，地下水位处于较高水平，且渗透风险较高，对支护作业提出了较高的要求。

2.3 周边环境多样

深基坑支护工程为典型的坑中坑形式，东南侧、西南侧与现有基坑支护结构相邻，水平距离在2.1m左右；而基坑东北侧已进行在建筏板基础施工，场地较为狭小；基坑西北侧场地开阔，开挖深度较大。总体环境较为复杂，需要根据周边环境拟定适宜的施工方案。

3 建筑工程中深基坑支护施工技术要点

3.1 桩锚支护桩+降水井降水支护

桩锚支护桩+降水井降水支护是建筑工程中深基坑地下水位以下主要支护技术，包括围护桩施工、冠梁施工、预应力锚索施工以及降水井降水几个环节。

围护桩是由支护桩、帷幕桩搭接而成的桩基，案述建筑工程深基坑支护桩桩径为800mm，相邻桩之间距离为1400mm，桩端入中风化基岩深度大于等于2.0m，混凝土强度为C30，坍落度为180mm～220mm；案述建筑工程深基坑支护用帷幕桩的桩径、相邻桩之间距离与支护桩一致，但桩端进入中风化基岩深度较小，≥0.5m，混凝土强度等级为C15，坍落度为180mm～220mm。根据施工设计文件，利用1台280型旋挖钻机、1台400型打拔机，先旋挖钻孔，完成帷幕桩施工，再进行支护桩施工，相邻桩之间间隔时间应超过12h（施工流程如图1所示）。

图1 围护桩施工流程

在围护桩施工作业过程中，施工者应全面平整施工场地，排出多余垃圾以及积水。进而根据前期桩位布置资料，构建测量控制网，完成各个桩位点测放。在各个桩位点侧放后，施工者可以将旋挖钻机布置在桩位点，并利用钻机自带电脑控制系统调整钻机桅杆水平度、机身垂直度，控制钻头中心、桩位中心误差小于等于10mm。确认无误后，以钻尖与桩位中心相对的形式，开启钻机，旋挖一段距离（1m～2m）后取出土体，下放护筒，护筒顶部超出地面30.0cm，埋设倾斜度小于1%，埋设偏差低于0.5cm，埋设后回填黏土并夯实。同时进行桩位中心偏差复测校正，确认无误后，借助连续性筒式取土法，大扭矩、高转速钻进，成孔前对钻头直径、钻头保护装置、钻头磨损情况进行检查，并将钻头上渣土清除，孔底沉渣厚度小于200mm，排出渣土、桩孔口距离超出600cm，并对钻杆垂直度进行检查，达到设计深度后停止钻孔并清除孔内虚松土体。

完成钻孔后，施工者可以采用场外处理钢筋原料、场内分段组装焊接的方式，按要求完成钢筋主筋与箍筋焊接，在同一个水平面上对照中心线摆放支撑架，相邻支撑架之间距离为2.0m，在支撑架上平直摆放钢筋主筋，箍筋则垂直套入主筋。同时按要求缠绕细铁丝，最终形成焊接头数量小于1/2钢筋数量的钢筋笼，钢筋笼主筋、直径偏差均应小于±10mm，箍筋间距偏差应小于±20mm。在钢筋笼焊接完毕后，按要求设置保护层支架，通过汽车吊采用扁担起吊法对称起吊钢筋笼，吊点位于上部箍筋与主筋连接位置，数量为4～6个。进而对准孔位垂直、缓慢下放。在钢筋笼下放到固定位置后，经2道插杠固定，并沿轴线顺直安装φ250mm～φ280mm的4m长导管（无弯曲、坑凹、变形、破损、裂缝、混凝土黏附），导管埋深在2m～6m，底端与孔底之间距离在0.5m左右，连接位置设置密封圈，连接工具为丝扣，确保混凝土经导管顺利进入孔底。

在导管设置完毕后，根据间隔成桩思维，经混凝土罐车直接水下浇筑，浇筑量为前期测算的初灌量，与桩孔深度相关。在浇筑混凝土接近桩顶标准高度时，进行护筒起拔并清洗浇筑设备机具。已完成浇筑混凝土桩、临近桩施工时间超出12h。进而利用前期开挖土体回填上部未灌注混凝土部分场地。

整个施工过程中，施工人员应严格控制围护桩施工质量。即在核查混凝土拌和环节原材料质量、混凝土配合比、混凝土强度等级、坍落度的基础上，检验钢筋笼规格、品种、焊缝外观与焊条规格、接头质量。在确定材料无误后，着重控制已成孔深度，确保孔深大于等于设计值，且孔底沉渣厚度小于200mm。同时控制桩身轴线方向偏差小于50mm，垂直轴线方向偏差小于50mm。

案述建筑工程深基坑支护冠梁位于围护桩顶部，可以将排桩相互连接为一个整体。桩顶冠梁长为1000mm，宽为600mm，混凝土强度等级为C30；而腰梁位于围护桩体腰间，需经斜拉锚索固定，腰梁型号为工字钢25a，固定主筋为HRB400，箍筋为HPB300。

在施工前期，施工者应借助80型挖掘机挖出桩头两侧宽1.5m工作面。在工作面上，沿着外侧钻孔桩测放一条高程线，经风镐+人工剔凿方式凿出顶面平整、局部高差小于20mm桩顶面，清除桩顶浮渣并调直钻孔桩。根据施工图纸资料，借助全站仪、钢卷尺测放梁板位置并标注。同时清除梁板、下部桩体接触表面杂质并凿平。

在桩顶平整处理完毕后，清除桩顶、梁板浮渣以及桩顶预留钢筋表面锈迹，调直桩顶钢筋。结合配筋图绑扎冠梁纵向受力筋，纵向受力筋搭接长度与冠梁厚度一致。并穿入直径7.5cm、长150cm的PVC（聚氯乙烯）管，确保钢绞线顺直度。

在钢筋绑扎完毕后，经木模板连接成支模板。支模板设置完毕后，面向同一个梁板一次性浇筑C30商品混凝土，浇筑层厚度为50mm。浇筑后，利用振动棒密实振捣至梁板表面顺直。浇筑后覆盖养护3天，按顺序拆模并在桩外回填土体。同时根据设计图纸，人工剔凿桩表面至混凝土新鲜面出露，出露后填筑M30水泥砂浆至表面平整。在平整的施工表面，直接安装25a工字钢焊接而成的钢腰梁（焊缝宽度大于等于8mm），相邻钢腰梁之间经缀板焊接，焊缝宽度不小于8mm。

案述建筑工程深基坑支护用预应力锚索为强度等级1860MPa的钢绞线。在正式施工前，施工人员应借助MGL150型普通钻机，依据带护壁套管钻进工艺，在0.5MPa以上、0.8MPa以下压力下，边钻进边搅拌注浆，直到浆液溢出孔口。若在钻孔过程中遇异常障碍，应及时停止钻进，解决阻碍后连续钻进至设计深度后空钻出土。钻进过程中注入浆液为P.O42.5水泥与水根据0.5～0.55的水灰比均匀搅拌而成的浆液，浆液拌和用水泥应为保质期限内无杂质水泥，且拌和后水泥浆体28d抗压强度应≥20MPa。注浆位置为锚索末端1a/4～1a/3，每个注浆截面设置2个注浆孔，相邻注浆孔之间的距离为500mm～800mm。在首次注浆后，停留30min进行浆液补注。

在钻孔完毕后，由孔底出发进行二次压力注浆，注浆压力为1.5MPa以上，边注浆边缓慢拔出注浆管，注浆30min后进行1次或3次浆液补注，避免孔口渗漏。

在注浆工作开展的同时，现场制作安装预应力锚索，锚索成孔直径为（150±50）mm，倾斜度≤3°。当锚索杆体强度达到15MPa（设计强度的75%）时，根据GB50086-2015的相关要求，进行张拉锁定。整个张拉过程中，需要在控制张拉力的同时，进行伸长值的校核。一般需要先选择0.09～0.18倍锁定值进行1次～2次预张拉，维持10min～15min后进行锁定。预张拉即以单根预应力钢绞线为对象，进行预先紧张操作，确定锚索各股预应力钢绞线应力均衡后进行整索张拉。在整索张拉到锁定值并锁定后，留设5cm长以上、10cm以内的钢绞线，经机械切割截除多余部分。

在降水井降水施工期间，施工者可以根据现场红线点，经全站仪测放降水井位置。确定降水井位置后，借助带一字钻头的冲击型钻机冲击成孔，孔径为600mm，孔径偏差应小于±20mm。成孔后，利用明排方式，在降水井一侧地面以上500mm位置布置排水管线。而主排水管则选择暗排方式，在地表以下1500mm位置穿钢管埋设。进而经钻孔中心，采用钢丝捆绑竹板的方式完成井管（2根φ219mm铁管主管+若干集水支管）安装，控制井管安装深度误差小于10cm，环状间隙宽度相对均衡。安装井管后，沿着井管周边均匀填入砾石滤料（图2）。进而在4h内经隔离塞分段、多次洗井。或者在0.3MPa～0.7MPa压力下从上层至下层洗井，每次洗井时间需要≥30min，确保最终出砂量小于1/20000～1/50000。

图2 井管结构图

在排水管网布置的基础上，将长2000mm、宽1200mm、深1200mm的沉淀池设置在排水出口位置。沉淀池为砖砌模式（内壁防水处理）。在沉淀池设置完毕后，根据连续降水需求，经二级配电箱引入电源，并借助8个三级均衡分配给水泵。同时在二级配电箱、泵接空气开关上设置漏电保护器与TN-S保护系统（将工作零线N、专用保护线PE分隔），配合YC型铜芯橡胶护套绝缘电缆，确保降水井降水过程顺利进行。

在降水井降水过程中，根据深基坑支护施工区域内地下水动态控制需求，需要沿着降水影响范围布置11个观测孔，其中8个观测孔分别位于深基坑左侧、右侧、上方、下方、左上、左下、右上、右下，另外3个观测孔则位于深基坑内侧。在降水井降水期间，采用电测水位计每天观测2次水位值。根据观测值，及时采取回灌操作（回灌井、降水井距离大于6.0m），确保深基坑周边环境水位变化速率小于500mm/d，管线与刚性管道位移小于3mm/d，临近构筑物差异沉降小于0.1/1000（为构筑物承重结构高度）。

在降水井降水结束后，施工者可以切断电力能源供应系统，起拔井下水泵、泵管、电缆，并分层回填原土，每层厚度为50cm。根据0.93的压实系数回填夯实后，配合垫层包裹钢管浇筑C30混凝土。

3.2 放坡+土钉墙+高压旋喷帷幕支护

放坡+土钉墙支护是地下水位以上支护主要用技术，包括放坡、土钉墙施工、高压旋喷帷幕几个环节。

在挖掘机入场后，施工者应分层分段开挖土体至土钉墙施工标高，开挖顺序为从上层到下层、从东侧到西侧，每层由原地面下挖250cm，构建土钉墙施工面。待全部土体开挖完毕后，经载重汽车水平运出土方，部分土方可以吊装外运，吊装用汽车吊、基坑外侧支腿之间距离须超出200cm。进而根据基坑支护施工所需深度，利用2台挖掘机同时修正坡面，配合人工将松散土体清除，坡面平整度偏差为±20mm。

首先，采用定向钻机钻设直径80mm、倾角15°土钉孔。水平方向相邻土钉孔之间相距1.5m，竖直方向相邻土钉孔之间相距1.4m～1.5m。清除土钉孔内杂质、松散土屑，安装IC18钢筋制作的土钉（含长30mm、20°～30°夹角倒刺）。

其次，均匀拌制M20水泥浆（28d抗压强度大于20MPa，水灰比0.5～0.55），在0.2MPa压力下将未初凝的一次拌和浆液灌入土钉安装孔隙，直至M20水泥浆从土钉孔底部冒出且土钉孔口泛出净浆。同时拔出注浆管，每拔出1.0m补注同等长度的M20水泥浆。

再次，将φ5@160mm×160mm钢筋网片牢固绑扎在基坑边壁。

最后，从下层向上层，沿坡面垂直喷射由粒径12.0mm以内粗骨料配置的C20细石砼，喷头与坡面之间相距0.6m以上、1.2m以内。面层C20细石砼厚度为100mm，分两次喷射，每次喷射厚度在30mm以上。喷射砼终凝后120min内根据气候条件洒水养护，连续养护3天～5天。

在高压旋喷帷幕施工前，施工者应平整场地，经水平尺校正调整钻机立轴、天车、孔位中心位于一条直线，偏差小于等于±5cm。进而根据建设方提供测量基准点，结合设计图纸，进行桩轴线、孔口高程、孔位放样，并将轴线基准点投射到可观测位置，经木桩标注孔位。在孔位测量放样后，借助含合金钻头的地质钻进，经泥浆护壁旋转钻进，钻孔倾斜度小于等于1%。前期钻孔速度应尽量调小，便于根据钻孔倾斜度及时校正。

在钻孔完毕后，将浓泥浆投入套管内，直接进入钻孔底部。进而借助履带式旋喷台车，在钻孔位置垂直通入喷杆，使旋喷台车转盘中央、钻孔孔口对齐。为避免喷杆下孔过程中泥砂进入喷嘴污染灌浆液，可以利用透明胶、现场废弃水泥袋分别包裹泥浆气嘴与水嘴、喷头。灌浆液为42.5普通硅酸盐水泥与水根据1.0的比例二级高速搅拌而成的材料，搅拌时间在50s以上，配制后使用有效期小于4h。

灌浆液准备完毕后，先启动浆液管路（注浆泵），再启动气管路（空气压缩机），最后启动水管路（高压泵）。进而沿着帷幕壁持续旋转喷射浆液，直到喷头达到设计桩顶高程上50cm～100cm位置。在高压旋喷灌浆进入尾声后，持续向孔内回填与灌浆液坍落度相同的水泥浆液，控制高压旋喷帷幕有效高度一定。最终停止填补孔底浆液并修复旋喷帷幕表层空洞。