高壓旋噴樁+錨管組合式支護結構在軟土地區基坑工程中的應用

摘 要:基坑支護形式多樣，但在軟土中由于其土體的特殊性，本文介紹高壓旋噴樁+錨管組合式支護結構在廈門內島外沿海地區軟弱土層中的應用，對設計、施工與監測等方面進行分析與總結，旨在為同行們在軟弱土層中高壓旋噴樁及錨管支護結構的應用積累經驗。

關鍵詞:基坑支護高壓旋噴樁錨管軟弱土層監測

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(b)-0116-04

1引言

20世紀八十年代中期特別是進入九十年以后，高層和超高層建筑項目大增。在城市建設不斷發展的同時，各種地下建筑物也迅速興建，如地鐵、地下商場及高層建筑的地下人防、停車場。地下工程往大深度方向發展給高層建筑基坑支護施工帶來許多困難。土釘墻支護在1979年國標會議中對其經濟性和安全性均予以肯定。我國80年代將其引入國內，主要在治理滑坡、隧道支護等大型土木工程中應用。該項技術用于高層建筑基坑開挖是進入90年代才用于工程實際的;在軟土層中采用高壓旋噴樁及錨管式土釘支護是近十幾年才出現的擋土技術，在浙江、福建、上海、廣東等沿海地區軟土層中得到成功的應用。本文主要介紹此技術在廈門沿海軟土層中的應用，并對設計、施工與監測等方面進行分析與總結，旨在為同行們對高壓旋噴樁及自鉆式錨管在基坑支護結構中的應用積累經驗。

2 工程概況

本工程位于廈門市集美區馬鑾灣北側，為某公司國際營運中心，地上十三層、地下一層，總建筑面積約9500m2，地下室基坑開挖面積約1200m2，基坑開挖深度約4m。

3 場地工程地質條件

擬建場地南側為杏林灣，其余三側均較空曠，50m范圍內無建、構筑物分布。本場地土層自上而下分為:耕植土、粘土、淤泥質土、中砂、殘積砂質粘性土。各土層主要物理力學指標見表1。

耕植土:灰褐色，主要成分為粘土，含較多植物根莖;稍濕，松散，力學強度低。

粘土:灰黃、褐黃、褐灰色，多含鐵錳質氧化物、腐植物根莖;可～軟塑，中～高壓縮性。

淤泥質土:青灰色，有時含少量粉細砂，腐植物碎屑，貝殼殘片，流～軟塑、高壓縮性、高靈敏度。

中砂:淺黃、灰白色，泥質含量約占15-30%，砂、礫成分以石英為主，顆粒級配差，稍密狀。

殘積砂質粘性土:淺黃、褐黃色，成分由長石風化的粘土礦物及石英、云母碎屑等組成，無搖震反應、干強度中等、韌性較差（如表1）。

4 基坑支護方案設計

4.1 本工程基坑支護采用高壓旋噴樁+錨管組合式支護結構，設計驗算內容如下:

1)錨管抗拔強度驗算;

2)基坑抗傾覆穩定驗算;

3)基坑抗滑移穩定驗算;

4)基坑整體穩定驗算;

5)基坑底抗隆起穩定驗算。

4.2 設計參數取值說明

1)地面嚴禁超載，地面堆載取10kN/m2;

2)土體內聚力、內摩擦角考慮雨季、臺風影響折減20%;

3)土壓力計算:采用朗肯土壓力理論進行計算，水土合算。驗算時淤泥質土中的抗拔力控制在6kN/m內(可以根據錨管抗拔試驗進行調整);設計中的錨管的抗拉安全系數應大于1.5;抗隆起、抗滑動、抗傾覆的安全系數應大于規范要求。

4.3 設計方案

1)旋噴樁直徑為1000m，樁與樁搭接長度為150mm，樁長為9000mm。

2)錨管采用φ48mm×3.5mm鋼管制作，在管壁上呈梅花形開設φ8mm出漿孔，孔距300mm，錨固端2000mm范圍內管壁上不得開設小孔;錨管大樣詳見圖1。

3)錨管內注漿用水泥漿水灰比0.4，注漿壓力為0.5MPa，注漿量不小于25kg/m;

4)基坑斜坡面噴射混凝土強度等級為C20，水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥，噴射厚度100mm，內配φ6.5@200雙向鋼筋網片，橫向連接筋為φ18;

5)錨管長度為8m，錨管水平、豎向間距為1.5m;

6)放坡坡度為1.5∶1;

7)挖土至第一道錨管標高深度，沿基坑各邊，每完成15m長度的土方開挖立即進行相應范圍內的土釘及坡面施工;

8)待已施工完的土釘達到70%設計強度后，即土釘施工完6～7天后，可挖土至下一道土釘標高深度，進行下一道錨管的施工;

9)基坑地表設置明溝排除地面水，坑內采用集水井方式排水;

10)基坑監測內容:土釘墻沿深度方向深層土體水平位移(利用測斜管監測);

11)基坑支護沿深度的水平位移監測:最大側向水平位移控制值為連續三天不大于5mm/天，當天不大于15mm，累計最大值不超過50mm。

5 旋噴樁及錨管施工工藝

5.1 旋噴樁施工工藝

①鉆孔

旋噴引孔鉆機安設在所布孔孔位上。開鉆前通過附近的人工探坑確認了孔位處地下預埋管線及其他障礙物的位置，進行了合理避讓。為了保證鉆孔達到要求的垂直度，鉆機安裝時墊牢基座，鉆機就位后，做了必要的水平校正。鉆進過程中，根據鉆進情況隨時進行了檢查和校正。鉆孔深度按試驗要求進行。

②地面試噴

旋噴鉆機就位后，下噴射管前在地面進行了試噴，檢查各項工藝參數是否達到試驗選取要求，在漿壓、氣壓及所有設備運行正常后，封堵噴頭下到孔底。

③下噴射管

下噴射管是將噴嘴插到預定的位置，在下管過程中，應將漿、氣嘴用膠布或皮塞堵塞起來，以防泥沙進入管路，下管深度達到試驗要求后，嚴格按試樁要求進行高壓注漿施工。

④噴射提升

當噴射管下至預定深度后，啟動有關旋噴設備，在樁底部邊旋轉邊噴射，待孔口回漿正常后，再按試驗要求參數旋轉提升。噴射過程中，各種工藝參數嚴格按照試驗選取要求控制。再次噴射時應將噴射管下至原停噴深度以下0.5m，以使樁體能夠很好地連接。旋噴施工過程中做好了冒漿的管理，避免了周邊環境受污染。

⑤回灌

當噴射提至離地面50cm后停止噴射，然后沖洗機具管路，噴射即告結束。

由于水泥漿液在析水固結過程中，將產生一定的凹陷，雖然噴射結束，但靜壓灌漿工作應繼續進行。回灌工作的好壞，直接影響樁體質量。為此，現場設置了專人進行回灌工作，使泥漿液面始終保持在孔口。

5.2 旋噴樁施工參數

⑴噴嘴個數及直徑:1—φ2.2;

⑵注漿壓力P≥30MPa;

⑶壓縮氣壓力P≥0.7MPa;

⑷水泥漿液比重γ≥1.50;

⑸旋轉速度:20轉/ min;

⑹提升速度:15～20cm/min。

5.3 旋噴樁施工設備及人員配備

如表2。

5.4 旋噴樁施工用注漿材料、數量及制漿

旋噴樁試樁采用P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，每米樁計劃用水泥250kg，一根Φ800的長20m的樁，計劃用水泥5噸，但實際施工時由1根試驗樁增加為3根試驗樁，總樁長3×18.5m，共用水泥14噸。

水泥漿攪拌用水為天然地表水。由自制攪拌機攪拌1∶1的水泥漿，漿液密度1.4～1.5g/cm3，制漿時嚴格檢測其漿液密度。水泥漿液自制備至用完的時間:不超過3h。

5.5 旋噴樁施工質量控制

嚴格按照《旋噴樁施工技術交底書》要求進行試驗樁施工，根據選定的施工參數，定期進行檢查測定，如發現不符合規定要求時，及時采取措施糾正，施工人員按試驗規定做好試驗施工記錄，并接受甲方及監理人員的檢查。

5.6 試驗樁質量檢測結果

旋噴樁的質量檢測采用開挖檢查樁徑及用鉆孔取樣方法進行:

1)開挖檢查

2008年3月15—16日對試1號、試2號、試3號樁分別進行了樁體的人工開挖工作，開挖深度1.5m，于2008年3月17日上午9時，有現場駐地監理、項目部技術人員及施工隊負責人在場的情況下進行了樁體的觀察和量測工作，重點對試2號樁進行了檢查。試2號樁樁體形狀呈圓柱狀，上下均勻，隨著不同深度土層的變化，樁體外部顏色也略有不同，在選取幾個不同深度處的截面周長用鋼卷尺進行丈量后，反算試2號樁樁徑平均可達Φ850mm。試1號、試3號樁也進行了檢測，但樁徑略小于試驗要求的Φ800mm，分別是Φ700mm、Φ750mm，這是因為在施工各試驗樁時選去不同工藝參數的不同結果。

2)取樣檢查

開挖檢查結束后對開挖留下的土坑進行了回填，2008年3月17日下午2時組織人員安放鉆機進行鉆孔取芯工作，經過一天半的鉆孔取芯，于2008年3月18日下午5時結束了鉆孔取芯工作。鉆孔取芯工作采用鉆灌合一的MGJ—50型旋噴鉆機進行，取芯鉆頭采用Φ89mm的金剛石鉆頭，取芯深度12m，進入中砂層內樁體6m。由于旋噴樁體屬于水泥土范疇，樁體強度低，Φ89mm的鉆頭用于取芯略為偏小，所以芯樣的完整性不甚理想，尤其在上部粘土層中芯樣還略顯破碎，呈黃褐色，但位于中砂層中的芯樣就比較完整，淺灰色的芯樣呈長節圓柱樁，最長的有35cm，取芯率較高。2008年3月19日上午9時，現場駐地監理、項目部技術人員、試驗人員及施工隊在試驗樁鉆孔取芯現場共同提取了樁體芯樣送試驗室進行物理力學性能試驗(主要是無側限抗壓強度試驗)，物理力學性能試驗工作正在進行中，樁體無側限抗壓強度試驗結果為fccu≥ 5.0MPa。

5.7 錨管施工工藝流程

錨管施工與挖土交錯進行，相互影響，其工序為:先開挖第一層土體，再進行第一道錨管施工，待支護強度達到要求后再進行第二層土方開挖，依此類推。

5.8 錨管支護

錨管在施工過程中的定位偏差應小于50mm，錨管頭采用專用錨具與通長橫向22#槽鋼錨固。支護結構剖面圖如圖3:

5.9 錨管抗拉試驗

錨管拉力試驗采用液壓式ZY-30型錨桿拉力計，張拉試驗數據如表2:

試驗表明，錨管式土釘在軟土地區抗拔力能達到設計要求。

5.10 施工注意事項:

1)嚴格按設計相關要求施工;

2)嚴禁基坑邊出現大的震動荷載，砼攪拌機等機械放在基坑影響范圍之外;

3)軟土基坑必須分層開挖，到淤泥質土層后，必須跳挖，挖土長度不超過10m。挖好后及時頂管，嚴禁暴露。已施工完的土釘墻達到70%設計強度后，即土釘墻完成6～7天后，方可挖土至下一道土釘標高深度，進行下一道錨管的施工，嚴禁盲目超挖;

4)基坑開挖過程中，采取措施防止碰撞支護結構，避免擾動基底原狀土;挖土深度控制在設計錨管下30cm內;

5)開挖至坑底標高后，坑底及時進行基礎工程施工;

6)錨管打入角度嚴格控制在15°內，防止打入角度過大，降低錨管設計有效長度，特別是最下面二排錨管[1];

7)開挖之前編制監測方案，開挖時及時觀測，特別是大面積退土時增加監測頻率;遇到監測數據超過警戒值或不收斂必須及時報告設計單位，并采取應急措施控制支護變形;

8)編制應急處理方案，準備應急回填沙袋、挖土機、運輸車輛，準備應急搶險人員、物資;

6 旋噴樁及錨管質量控制要點

1)施工前，項目技術負責人將設計要求及技術要求向全體作業人員進行技術交底;對施工現場地下的埋設物做好定位標識，按照施工平面圖的要求布設樁位和標高;檢查進場設備完好情況。

2)在插入旋噴管前應先檢查高壓水和空氣噴射情況，各部位密封圈是否密封，插入后先作高壓射水試驗，各項參數合格后方可噴射漿液;如因塌孔插管困難時可用低壓(0.1～0.2MPa)水沖孔噴射，但須將高壓水噴嘴用塑料布包裹，防止土石混入堵塞。

3)如果土層分布不均，存在層位差異時采用非勻速提升，即較硬的土層提升慢些，較軟的土層提升快些，以彌補樁徑不等的缺陷。

4)發現漿液噴射不足而影響成樁直徑時，必須進行補噴。

5)施工作業時出現故障時，應停止噴射和提升，以防樁體中斷;如果故障不能在短時間內排除(漿液初凝前)，應提起噴漿管，待故障排除后重新成孔和噴射，但成孔深度應超過停噴深度至少1m，以防搭接不良造成質量缺陷。

6)噴射到設計標高后應迅速拔出噴漿管，并用清水沖洗管路，以防漿液凝固堵孔。

7)調制水泥漿及噴射用水應為可飲用水，不得使用污染嚴重的工業廢水和酸性水。

8)漿量Q可按下式確定:

Q=H/V.q.(1+A)

式中H—設計樁長(m)

V—噴嘴提升速度(m/min)

q—漿液泵排量(L/min)

A—漿液損失系數(可取A=0.1～0.2)

9)高壓噴射過程中，冒漿量應控制在10%～25%之間，高壓泵吸水口應經過孔徑1mm篩網過濾。

10)樁位偏差應小于5cm，樁身垂直度偏差≤1/100;旋噴加固土體試件28d的無側限抗壓強度應不小于4.0MPa;樁身漿液與土體攪拌均勻，無缺漿段;樁頂、樁底標高達到設計要求;所使用的材料必須具有質量保證書及檢驗合格試驗報告

11)檢測點應布置在下列部位:有代表性的樁位、施工中出現異常的部位及地基情況復雜可能對高壓噴射注漿質量產生影響的部位;檢測點的數量為總樁數的1%，并不小于3個點;檢測工作宜在噴射注漿結束28d后進行

7 質量保證措施

1)管理措施（如圖4）

①按施工工藝要求健全崗位分工責任制;

②把質量責任目標的考核放入其他責任考核的首位，只有質量滿足要求才能實現其他考核;

③按項目的檢驗和試驗計劃，做好進場材料檢驗與復驗，保證材料的質量;

④認真做好施工過程控制，對施工準備、圖紙會審、進場設備驗收、隱蔽工程驗收及工程竣工資料管理等過程;

⑤對工程質量較重要的、容易發生差錯的工序和環節設置管理點，全過程實行三級驗收制度，對不合格品及時進行評審與處理、返工，并針對性查找不合格品產生的原因，予以糾正;

⑥施工和質量發生矛盾時，質檢員有質量一票否定權，上一道工序不符合規范要求時，不得進入下一道工序;

⑦確保各道工序連續施工，并使各道工序都處在受控狀態，做好成樁全過程的原始施工記錄，并做好歸檔;

⑧噴射注漿前臺與攪拌后臺等主要崗位，施工時應實行掛牌制，牌上注明管理人員、操作人員、施工日期;

⑨前臺操作與后臺供漿密切配合，聯絡信號要簡單明了。

2)技術措施

為保證本基坑圍護工程質量合格，著重抓住各施工環節的施工質量、技術管理不放松，對本項目各工序質量控制按全優目標的要求把好每一道關，并采取如下措施:

①測量人員按設計要求進行樁基軸線和樁位放樣、定位，保證測量精度誤差不超過20mm，并報監理驗收，以保證樁位準確，并對各控制點加以保護;

②根據試樁施工情況，選擇合理的施工技術參數，并報監理審批;

③注漿管下沉時，要認真檢查漿、氣管路以及噴嘴是否通暢，密封圈是否完好;

④嚴格按照設計配合比投料拌制漿液，做好記錄，復核進庫水泥消耗量與設計施工用量，嚴禁偷工減料，制備好的漿液不可發生離析現象，并在送漿前保持不停的攪拌;

⑤嚴格按照確定的速度施工，保證樁身漿液連續、均勻，當機械因故障或停電暫停施工時，應記錄其送漿深度，待恢復施工時使鉆頭下沉至停漿深度位置以下1.0m處重新噴漿提升;

⑥鉆機定位安裝水平、豎向穩固，由質檢員進行孔位、鉆桿垂直度校正后方可引孔;噴射注漿施工必須隔孔跳打，防止鄰樁串漿而影響成樁質量;

⑦高壓噴射注漿結束后應立即用清水將輸送管路內殘留漿液全部噴射排出，鉆具及其他設備用低壓水沖洗干凈;

⑧嚴格執行設計文件規定的技術規范、標準、法規并自覺接受監理監督;

⑨對施工中發生的有可能危及工程的意外情況時須及時上報處理，方案須經總工和監理簽認同意后方可實施;

⑩采用信息化施工并貫穿整個施工過程，基坑土方開挖全過程中由專業監測單位對周邊道路和建筑物實施位移和沉降觀測;并對監測反饋的信息加以分析、判斷，隨時調整施工工藝和順序。

3)內業資料整理

施工結束后，由施工技術員匯總現場各類記錄及其他技術資料，資料主要內容有:技術交底記錄、施工記錄、隱蔽工程記錄表、檢驗批施工質量驗收記錄表、原材料報審表及材料檢測報告。

8 基坑穩定性監測

為確保施工安全和開挖的順利進行，在整個施工過程中進行全過程監測，實行動態管理和信息化施工，及時獲取基坑開挖過程中支護結構及周圍土體的受力與變形情況，隨時對施工方案進行調整。

深層水平位移監測:深層水平位移監測是觀測支護結構各深度的水平位移量;當測出支護結構在沒有荷載作用下位移急劇增大則表示土體瀕臨破壞。本工程采用CX-3C型伺服加速度測斜儀施測，基坑各側支護結構內共埋設10根測斜管，測點編號為CX1～CX10。支護結構最大累計水平位移出現在CX6點第25次測量(終測)在首排錨管錨固點標高處，位移值為39.56mm。全程監測數據及現場實際工況表明整個支護結構體系是安全可靠的。

9 結語

通過本工程錨管式土釘施工實踐，結合考慮安全性、施工工期及造價，軟土地區采用土釘墻與噴錨網支護相結合的方案，并利用錨管代替傳統的土釘是可行的;同時錨管式土釘錨固能力較鋼筋有所增強，受錨管式土釘墻的作用，土體放坡坡度可以相對較陡，同時抗滑移、抗傾覆和整體穩定性均可達到要求[2]。工程實例表明，錨管式土釘在挖土深度不超過5m的軟土基坑工程中造價較低，經濟優勢明顯，安全系數高;基坑挖土深度超過5m的基坑工程中造價較高，經濟優勢不明顯，安全系數降低;基坑挖土深度超過7m的基坑工程中安全系數很低，風險過大，建議不要采取錨管式土釘支護。

參考文獻

[1]梁磊.深基坑支護設計及施工[J].沈陽建筑工程學院學報，2008，2.

[2]蘇延敏.大直徑錨管土釘在廣州某深基坑支護工程中的應用[J].工程建設，2008，1.