灌注樁組合止水帷幕基坑支護施工技術研究

程海濤 柳學花

咬合樁是利用超緩凝混凝土的特殊性能,采用高精度的全套管鉆機通過專門工藝成孔、成樁的一種特殊樁型,通過灌注樁間的相互咬合搭接,可形成擋土截水的連續排樁支護結構[1-3]。灌注樁咬合水泥土攪拌樁與咬合樁類似,通過灌注樁與水泥土攪拌樁間的相互咬合搭接,形成擋土截水的排樁支護結構,在南京、上海等地已有應用實例[4,5]。但灌注樁與水泥土攪拌樁的咬合施工難度較大,容易出現質量事故,本文結合濟南某基坑灌注樁組合水泥土攪拌樁止水帷幕支護結構設計與施工,分析其設計、施工中存在的問題,并提出相應處理對策及建議。

1 工程概述

該基坑工程位于濟南市北園高架附近,建筑場地屬第四系沖洪積成因的地貌單元,場地地層自上而下主要為：①雜填土,雜色,稍密、稍濕,以磚塊、碎石、灰渣為主,局部地段夾薄層素填土,層厚2.90 m～3.70 m;②粉質黏土,褐黃色,可塑,濕,含鐵錳氧化物,無搖振反應,干強度和韌性較高,層厚 0.20 m～1.10 m;③黏土,黃褐色,可塑,濕,含鐵錳氧化物,局部粘粒含量較少,下部一般夾灰黃色粉土透鏡體,層厚1.10 m～2.80 m;④黏土,灰褐色,軟～軟可塑,含有機質,場地局部缺失該層,層厚0.60 m～1.70 m;⑤粉質黏土,灰褐色,可塑,含有機質,局部粘粒含量較高為黏土,干強度和韌性較高,層厚0.20 m～2.30 m;⑥粉質黏土,褐黃色,硬可塑,含少量姜石,干強度和韌性較高,層厚 2.20 m～3.50 m;⑦碎石,母巖成分為石灰巖,次棱角形,中密,含量60%左右,混褐黃色粉質黏土,局部呈泥鈣質膠結為膠結礫巖,層厚0.70 m～3.10 m。場地地下水為第四系孔隙潛水和風化基巖裂隙水,埋深1.1 m左右,基坑開挖深度內地層綜合滲透系數 2.5 m/d～3.5 m/d。

2 支護結構設計

基坑開挖深度5.5 m,基坑水位降深4.9 m,采用單排灌注樁加錨桿支護,雙排水泥土攪拌樁截水。灌注樁直徑600 mm,間距1 500 mm,嵌固深度4.5 m,錨桿采用一根直徑25 mm的HRB335鋼筋,水平間距 1.5 m,豎向間距2.5 m,入射角15.0°,錨桿長度13.0 m,錨固段長8.0 m,施加預應力80.0 kN。水泥土攪拌樁直徑500 mm,間距300 mm,樁間咬合 200 mm,根據第⑥層粉質黏土層起伏情況,樁長9.0 m～10.0 m,平均9.5 m。

原設計采用灌注樁與水泥土攪拌樁止水帷幕相互咬合的方案,見圖1a),但灌注樁與水泥土攪拌樁相互咬合在施工時間、施工順序、樁位及垂直度控制等方面要求嚴格,實際施工中難度較大,主要表現為：1)在灌注樁與水泥土攪拌樁止水帷幕咬合施工中必須先施工水泥土攪拌樁,在攪拌樁水泥土強度達到一定強度后,方可施工與其咬合的灌注樁,灌注樁施工時間過早則攪拌樁尚未成型,過遲則咬合困難,一般控制在7 d左右[4],即灌注樁施工需要延后7 d左右,相應延長了工期,且施工順序只能是先施工攪拌樁后施工灌注樁,需攪拌樁與灌注樁施工設備相互配合施工。2)為了保證灌注樁與攪拌樁相互咬合,必須保證兩種樁定位的準確性。3)灌注樁施工時,一部分切割水泥土攪拌樁,一部分切割土體,容易出現鉆頭向土側偏斜,導致灌注樁不垂直,灌注樁施工過程中必須經常檢查垂直度并采取調整措施。4)由于泥皮效應,灌注樁與水泥土咬合面存在止水薄弱點。

鑒于以上難點,根據現場施工設備能力,支護方案改為內側單排灌注樁加錨桿支護,外側雙排水泥土攪拌樁截水,灌注樁與水泥土止水帷幕間距15 cm,見圖1b),避免了灌注樁與水泥土攪拌樁咬合施工。

3 施工工藝及問題

為了保證工期,考慮到水泥土攪拌樁施工速度較快,配置了兩臺正循環旋轉鉆機、一臺深層攪拌樁機,水泥土攪拌樁按逆時針方向順序施工,兩臺正循環旋轉鉆機從第一根水泥土攪拌樁處背向施工,即一臺跟在深層攪拌樁機后面逆時針施工,另一臺反向順時針施工。這樣灌注樁與水泥土攪拌樁同時施工,無需水泥土攪拌樁施工7 d后再施工灌注樁的限制,并且灌注樁與水泥土攪拌樁施工的先后順序可以交叉,既有先施工水泥土攪拌樁后施工灌注樁區域,又有先施工灌注樁后施工水泥土攪拌樁區域。

這種方法相比灌注樁與水泥土攪拌樁咬合施工減小了施工難度,但施工中仍存在一些難點：1)先施工水泥土攪拌樁后施工灌注樁區域,由于上部雜填土坍塌,施工水泥土攪拌樁時開挖的導槽較寬,導致返漿淤積,造成水泥土攪拌樁止水帷幕頂部較厚,灌注樁施工時一部分切割水泥土攪拌樁,一部分切割土體,容易造成鉆桿偏斜及跑位。處理對策為：在施工灌注樁之前把灌注樁樁位處的水泥土挖除。2)由于局部地表雜填土松軟,水泥土攪拌樁垂直度難以控制,出現底部向基坑內側傾斜情況,偏斜量超過了灌注樁與止水帷幕間距15 cm,灌注樁施工至下部時部分切割到水泥土,容易導致灌注樁偏斜,且由于切割水泥土,減小了止水帷幕厚度,造成了防滲隱患。處理對策為：一方面在滿足基坑側壁至建筑物基礎邊界最小距離的情況下,灌注樁位向基坑內側偏移;另一方面,嚴格控制先期水泥土攪拌樁施工的垂直度。3)先施工灌注樁后施工水泥土攪拌樁區域,在施工水泥土攪拌樁時由于樁位偏差及鉆桿傾斜,攪拌葉片刮到先期施工的灌注樁,把一根灌注樁主筋絞在了鉆頭上帶出地面。處理對策為：在該灌注樁兩側設置了兩根與灌注樁等長的鋼管微型樁作為補救措施,后續水泥土攪拌樁施工時嚴格控制樁位及垂直度,并根據深層攪拌樁機運轉情況預估地下障礙物情況。

4 結論與建議

1)灌注樁組合止水帷幕基坑支護結構施工事故主要原因是由于樁位及垂直度偏差,需要嚴格控制。2)對于內側為灌注樁樁、外側為水泥土止水帷幕的支護形式,宜先施工灌注樁后施工水泥土攪拌樁止水帷幕。3)灌注樁與止水帷幕間距應根據樁垂直度偏差限值確定。

[1] 楊志銀,張 俊.深圳地區深基坑支護技術的發展和應用[J].巖石力學與工程學報,2006,25(S2)：3377-3383.

[2] 劉建國.鉆孔咬合樁設計與施工[J].隧道建設,2000(4)：34-36.

[3] 李付湘.深圳地鐵工程會購區間鉆孔咬合樁施工技術[J].西部探礦工程,2001(sup)：182-183.

[4] 林 梅.鉆孔樁咬合深攪樁支護的技術研究[J].都市快軌交通,2005,18(6)：58-60.

[5] 方 征.深基坑維護工程中的鉆孔灌注樁咬合水泥土攪拌樁施工技術[J].建筑施工,2005,27(12)：6-9.