深基坑支護中護坡排樁及旋噴樁聯合體的應用

史紅福 李 濤

1 工程概況

增城市增江河東岸鶴洲泵站工程位于增江河畔荔城污水處理廠對岸,廠址為現有田地,西南側為增江河堤岸,東南側為排澇泵站。根據增城市遠期規劃,本工程納污總面積為1 558 hm2,遠期: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。本泵站為鋼筋混凝土矩形結構,幾何尺寸為18.0 m×16.3 m,設計埋深12.93 m,現有地面埋深10.33 m,上部為鋼筋混凝土框架結構。

2 工程地質和水文地質概況

根據《巖土工程勘察報告》,該場地的地質條件及地層情況自上而下分述如下:①耕土:深灰色,濕,可塑,主要成分為粉粒和粘粒;含植物根系,層厚0.50 m～0.80 m,承載力特征值為100 kPa。②黏土:黃色,淺灰色,濕,可塑,主要成分為粘粒,質純,干強度高,層厚1.90 m～2.20 m,承載力特征值為 120 kPa。③淤泥質土:灰黑色,飽和,軟塑,主要成分為粉粒和粘粒,含腐殖質和中粗砂,層厚2.00 m～7.40 m,承載力特征值為 80 kPa。④中砂:灰色,淺灰色,飽和,稍密,主要成分為石英質中砂,層厚2.90 m～8.70 m,承載力特征值為 130 kPa。⑤中風化花崗巖:深灰色,巖芯堅硬且較完整,多呈斷柱狀、柱狀,堅硬程度屬于較硬巖,巖體基本質量等級為Ⅲ級,層厚7.00 m～8.10 m,承載力特征值為1 500 kPa。

場地地下水豐富,并具有承壓性,開挖難度大,分別為:承壓含水層和賦存于花崗巖的裂隙水。增江河水通過中砂層補充給本場地,水頭高度大致與河水持平。

3 基坑支護設計方案

本基坑現有地面埋深10.33 m,基坑周邊環境較為復雜,基坑西南側為增江河堤岸,堤腳距離基坑邊約20 m,堤岸與增江河之間為池塘,且增江河現有水位高于場地現有地面,需要重點保護;東南側為排澇泵站。場地地下水豐富,并具有承壓性,增江河水通過中砂層補充給本場地,水頭高度大致與河水持平。

根據基坑開挖深度,周邊環境條件和巖土工程勘察報告提供的地層物理力學性質及其分部規律,進行支護選型對比,并充分發揮廣東地區同類工程經驗,最終采用護坡灌注排樁支護形式和三管高壓旋噴樁止水帷幕。

4 護坡灌注排樁支護的設計

4.1 支護樁截面的選擇

根據本工程基坑深度、工程地質情況和周邊環境情況,從安全、經濟、合理、可行的角度綜合考慮,基坑支護采用φ 800鉆(沖)孔灌注樁加三道內支撐作為支護結構,樁距900,第一道采用500×800鋼筋混凝土支撐,第二、三道采用φ 500×12鋼管支撐。

4.2 整體穩定性驗算

用瑞典條分法,取單元土條寬度,結合《理正深基坑》軟件進行計算,結果顯示整體穩定系數Ks=2.45＞1.2,即可認為整體穩定性安全;抗傾覆安全系數Kt=4.48＞1.2,滿足抗傾覆安全需要。

4.3 護坡灌注排樁受力及變形計算

用彈性法土壓力模型進行計算,結果顯示墻身最大彎矩為601.7 kN·m,最大剪力為 385.91 kN,墻體最大位移為18.76 mm,具體分布形式見圖1。

4.4 支撐結構承載力及穩定性計算

鋼管支撐為壓彎構件,主要承受來自土壓力及自重引起的壓力及彎矩,結果顯示所有工況中最大土壓力1 380.2 kN,自重引起的彎矩為75.4 kN·m,由壓彎構件公式得出最大壓彎應力170 N/mm2＜215 N/mm2;由壓彎構件整體穩定性計算公式得出最大應力為130 N/mm2＜215 N/mm2;滿足承載力及穩定性要求。

5 主要施工工藝

5.1 護坡灌注排樁

本基坑底接近中風化層,護坡灌注排樁進入中風化層3 m～5 m,護坡灌注排樁施工采用沖擊鉆成孔,吊放鋼筋籠,水下灌注混凝土成樁的方式進行施工,樁長平均為15 m,樁徑0.8 m,樁間距0.9 m,鋼筋籠縱向鋼筋均勻配置20φ 25,加強箍φ 16@2 000,繞筋φ 12@150,樁身混凝土標號C30。

5.2 高壓旋噴樁

施工場地地下水豐富,并具有承壓性,開挖難度大,增江河水通過中砂層補充給本場地,水頭高度大致與河水持平,本工程采用護坡排樁和φ 600三管高壓旋噴樁相結合的方法,旋噴樁與支護排樁中心距為300 mm,與排樁咬合形成封閉的止水帷幕,既滿足基坑支護的要求,又解決了基坑開挖的問題。

旋噴樁水泥采用42.5R普硅水泥,水灰比為1∶1,每米水泥用量約為250 kg,摻入2%～4%速效早強劑,樁間距為900 mm,樁底深入不透水層(中風化花崗巖)不小于1.0 m。高壓旋噴樁施工工藝主要采用射流技術,使水、漿通過噴射、切割、擾動土體,然后形成漿、土混合物固結體。

6 施工質量控制

6.1 護坡灌注排樁

泥漿的制備由自身設備配合造漿機完成,造漿材料選取水化性能較好、造漿率高、成漿快、含砂量少的膨潤土或黏土。混凝土灌注時導管埋深不得大于6 m,也不得小于2 m,灌注將近結束時由于導管內混凝土柱高度減小,超壓力降低,如混凝土頂升困難可適當減小導管埋深使灌注工作順利進行。

6.2 高壓旋噴樁

設備安裝平穩對正,開孔前需嚴格檢查樁位和開孔角度;引孔鉆具巖芯管長度不小于3 m,同心度好,確保引孔深度達到設計要求;用取芯鉆具取芯驗證入巖深度確保樁底進入中風化巖層不小于1.0 m;保持引孔泥漿性能,孔壁完整,不塌孔,確保高噴管下至孔底;高噴管下井前需在井口試驗檢查,防止噴嘴堵塞;漿液配制必須嚴格按照配比均勻上料,經常檢查測定漿液比重,并做好記錄;高噴作業中,必須注意觀察水、漿壓力和流量達到設計要求,發現異常,立即停止提升,查明原因及時處理;因故停機時,需將高噴管下放至超過原高噴深度0.1 m～0.5 m處,重新開機作業,避免出現斷樁;及時回灌,保持孔內漿滿,連續施工時可采用冒漿回灌。

7 支護結構監測

7.1 監測內容

1)圍護墻頂部的水平和豎向位移、深層水平位移和地下水位變化;2)基坑周邊地表豎向位移、地表裂縫寬度和鄰近堤岸位移。

7.2 監測頻率及報警值

應由專業監測單位進行監測方案設計,在圍護結構施工前,需測得初讀數。在基坑降水開挖期間,需做到一日一測。在基坑施工期間,可視測得的位移及內力變化情況加密或減少。監測資料應記錄施工情況、挖土情況、天氣情況,并及時提供,及時分析;如遇報警,應減慢施工深度或停止挖土,分析原因采取措施后方可繼續施工。

報警值:圍護墻頂部的水平和豎向位移、深層水平位移和地下水位變化累計絕對值分別為25 mm,15 mm,37.5 mm和500 mm,基坑周邊地表豎向位移、地表裂縫寬度和鄰近堤岸位移累計絕對值分別為30 mm,7.5 mm和25 mm,各方協調,保證施工過程中監測點不被破壞。

8 結語

1)根據基坑開挖深度,周邊環境條件和巖土工程勘察報告提供的地層物理力學性質及其分部規律,進行支護選型對比,并充分發揮廣東地區同類工程經驗,初步選定為護坡灌注排樁支護形式和三管高壓旋噴樁止水帷幕。2)分別對護坡灌注排樁進行整體穩定性驗算、護坡灌注排樁受力及變形計算、支撐結構承載力及穩定性計算,結果表明所有值均滿足安全要求,選型合理。3)提出了護坡灌注排樁和高壓旋噴樁止水帷幕的主要施工工藝和施工質量控制,并提出了支護結構監測方面的要求,對以后的深基坑支護設計具有一定的參考價值。

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