勁性鋼管樁在合肥某深基坑工程中的應用

王 李 曼

(安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001)

勁性鋼管樁在合肥某深基坑工程中的應用

王 李 曼

(安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001)

以合肥豐樂世紀公寓深基坑支護工程為例，介紹了勁性鋼管樁加預應力錨桿復合支護結(jié)構(gòu)體系在易鉆散的強風化泥質(zhì)粉砂巖地層中的應用，重點闡述了勁性樁加預應力錨桿復合支護體系的施工流程、工藝和方法，監(jiān)測結(jié)果反映，該方法具有較好的支護效果，適用于類似工程地質(zhì)條件的基坑支護。

深基坑，勁性鋼管樁，預應力錨桿，強風化泥質(zhì)粉砂巖

1 工程概況

擬建場地位于合肥市長江路和潛山路交叉口西南側(cè)，自然地面高程約在35.86 m～36.93 m，最大相對高差1.07 m，地形較平整。本場地地貌單元為波狀平原，微地貌為崗地。本基坑支護工程基坑深度為12.4 m，支護面積約6 700 m2。標高體系同主體結(jié)構(gòu)，±0.000相當于35.900。基坑側(cè)壁安全等級為二級。

根據(jù)安徽工程勘察院提供的巖土工程勘察報告反映：③層為強風化(部分全風化)泥質(zhì)砂巖，位于層頂埋深4.2 m～8.8 m處，原巖結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭破壞，層厚4.1 m～5.8 m，該層在場地內(nèi)分布普遍。在該地層施工會引起基坑劇烈的變形且開挖困難。針對這一情況，決定局部采用勁性鋼管樁和預應力錨桿復合支護體系。

2 基坑開挖范圍內(nèi)地質(zhì)分布

2.1 土質(zhì)條件

根據(jù)安徽工程勘察院提供的《合肥豐樂房地產(chǎn)開發(fā)有限公司豐樂—西海花園巖土工程勘察報告》反映，支護工程構(gòu)造深度范圍內(nèi)的地層層序從上到下見表1。

表1 土層條件及分布

2.2 地下水情況

地下水不豐富，主要為雜填土中存在的上層滯水和強風化泥質(zhì)粉砂巖裂隙水，混合靜態(tài)地下水位埋深1.0～3.0(相當吳淞高程32.02～34.20)。地下水補給主要為大氣降水，排放方式主要是蒸發(fā)、徑流。地下水水量變化很大程度上受天氣的影響，水位埋深變化幅度在1.0 m～3.0 m，無腐蝕性。

3 勁性鋼管樁加預應力錨桿支護設計方案

3.1 工程難點

近日，由中國機電一體化技術應用協(xié)會和安特威集團聯(lián)合主辦的“第三屆石油和化工儀控技術大會暨安特威智能智造發(fā)布會”在蘇州成功召開，來自各大工程公司、行業(yè)協(xié)會、設備制造商約500人共襄盛舉，共同探討如何建設安全、環(huán)保、智能工廠，共同見證了安特威近年來所取得的智能智造成果。

1)地質(zhì)條件差。基坑北側(cè)、西側(cè)及南側(cè)，開挖范圍內(nèi)土層分布有較厚的強風化泥質(zhì)粉砂巖層，部分為全風化泥質(zhì)砂巖。泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖主要因其易風化，而風化后尤其是全風化物具有崩解、軟化、弱膨脹性等特性，而導致其工程力學性質(zhì)較差[2]。因此，該巖層強度較低，基坑開挖后極易崩塌，易引起基坑較大變形。2)場地環(huán)境復雜。基坑南側(cè)坡頂上有供水管、化糞池等，平臺上有新設的三道管線，基坑西側(cè)坡頂有污水管線，周邊管線滲漏水易進入全風化層，由于該層含膨脹性礦物較多，進水后會使巖層大量軟化，從而引起已施工邊坡整體滑移。3)工期要求高。該工程從開工到支護工程結(jié)束，設計日歷天數(shù)為45 d，包括土方開挖、基坑支護、樁頭處理、地梁和地板施工，工期較緊。

3.2 支護設計方案

針對上述地質(zhì)條件差、場地環(huán)境復雜、工期要求高等工程特性，該支護工程設計和施工中應該重點解決在全風化泥質(zhì)砂巖土層設置支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。通過分析和比較得出，勁性鋼管樁加預應力錨桿復合支護體系，安全性高且施工簡便、施工成本低、工期短[3]。通過優(yōu)化設計，本工程決定選擇該支護體系，該支護體系的特性也在本工程得到了充分體現(xiàn)。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本工程先大開挖3 m，坡度1∶0.3，L=900的土釘N1護坡。為了減輕坡頂荷載，將已建圍墻換為輕質(zhì)彩鋼板圍墻。北、西、南三面大開挖下支護設計采用勁性鋼管樁加預應力錨桿，樁長為14.0 m，樁頂設置冠梁鎖口，尺寸為500 mm×300 mm，勁性鋼管樁所用混凝土強度為C20，冠梁所用混凝土強度為C25。設三道預應力錨桿N2，N3，N4，長度分別為15 m，15 m，12 m，其中自由段長度分別為5.0 m，3.5 m，2.0 m；均施加預應力60 kN；間距均為1.5 m。支護設計如圖1～圖3所示。

4 施工技術要求

4.1 施工排水

采用直徑為5 cm的PVC管作為泄水管，伸入填土層的長度不得小于1.0 m，其余土層應不小于0.5 m。在填土層中的橫向間距不大于1.50 m，其余土層中的橫向間距不大于3.0 m，布置方法為每層土釘下分布一排，填土層底部分布一排。

4.2 勁性鋼管樁施工

1)定位放線、成孔。根據(jù)業(yè)主提供的建筑物定位軸線，由專職測量人員按基坑支護平面布置圖，準確無誤地將鉆孔注漿勁性樁樁位放樣到現(xiàn)場。樁位驗收后，汽車鉆機就位，根據(jù)設計樁長，確定鉆孔深度并根據(jù)每節(jié)鉆桿的長度控制作為施工時控制樁長的依據(jù)，至設計深度后及時清孔。2)吊放鋼管，埋設注漿管及灌石子。鋼管焊接采用對焊和綁焊接，在鋼管制作完成后，利用鉆機將鋼管吊放入孔內(nèi)，并將注漿管放入孔內(nèi)，隨后灌入石子。3)注漿、拔注漿管、移位。注漿材料采用P.O32.5(或P.S32.5)水泥凈漿，水泥水灰比為0.5～0.6，碎石注漿壓力初次為0.4 MPa～0.6 MPa，二次為1 MPa～2.5 MPa。拔管后填補樁頂混凝土至設計標高，同時注漿機接下一個注漿管重復上述步驟。4)冠梁澆筑。勁性樁及素混凝土樁施工完畢后2 d～3 d，在樁頂按設計圖紙要求設一道500×300的冠梁，冠梁采用人工開挖，土模支護，及時綁扎鋼筋(主筋4Φ18，箍筋φ6.5@200)，澆筑冠梁混凝土。

4.3 預應力錨桿施工

1)施工前準備。本工程先進行鉆孔注漿鋼管樁的施工，冠梁施工結(jié)束后，待強度達到70%后，方可進行土方開挖。基坑開挖前，在基坑周圍埋設多個變形觀測點。當基坑開挖時，由建設單位委托的具備測繪資質(zhì)的單位對基坑的變形及周邊建筑進行嚴密監(jiān)測。若變形量超過設計要求時，立即停止土方開挖，請設計人員到場及時處理。2)土方開挖、鉆孔。為了滿足該工程的支護特點以及邊坡穩(wěn)定性的要求，土方開挖嚴格按照設計圖紙要求。每層土方開挖深度為錨桿下80 cm時，長20 m～30 m，開挖完畢后，即在相應坡腳處開設深寬適當?shù)呐潘疁希岳薪M織排水。當基坑土方開挖至每層錨桿下80 cm時，立即進行成孔。成孔使用干鉆機配置的特制鉆頭，成孔直徑150 mm，鉆孔深度超過錨桿設計長度30 mm～50 cm。3)安放拉桿、注漿。將2φ22預應力錨桿放入孔內(nèi)，并將注漿管插入到孔底。錨桿的注漿材料第一次采用水灰比0.45～0.50的水泥凈漿，低壓注漿；二次高壓注漿采用水灰比為0.45～0.55的水泥凈漿，注漿壓力不得小于1.0 MPa。錨筋的搭接長度不得小于10 cm，采用雙面搭接焊。4)張拉、錨固。錨桿張拉的條件：錨固段強度達到15 MPa，并且達到設計強度等級的75%。正式張拉前應取20%的設計張拉荷載，對其預拉1次～2次。應取設計荷載的1.05倍～1.1倍進行超張拉，穩(wěn)定持荷5 min～10 min后，退至設計荷載進行鎖定[4]。錨桿需按照設計要求留足自由段，自由段可采用抹黃油和套PVC管進行處理。錨頭及腰梁的制作：腰梁采用2Φ14，錨筋與錨栓之間搭接150 mm，滿焊，焊縫高度為8 mm。錨栓及螺母為M32，墊板為200×200×10。

5 現(xiàn)場監(jiān)測及應急措施

開挖深度范圍內(nèi)有結(jié)構(gòu)易破壞的強風化(部分全風化)泥質(zhì)粉砂巖層，而且開挖深度大，為了保障工程的安全，施工現(xiàn)場監(jiān)測至關重要。

5.1 開挖過程中的監(jiān)測監(jiān)控要求

1)在工程實施前首先要編制系統(tǒng)的實施方案，并向有關單位提交，經(jīng)批準后方可實施；2)監(jiān)測基準點設置在基坑邊線外30 m,設置3個，要求基準點的設置要牢固、穩(wěn)定、可靠；3)采用精度復合基坑監(jiān)測要求的全站儀或精密水準儀測量基坑的沉降和坡頂位移；4)在基坑開挖前應該測得監(jiān)測項目所需初始值，測量次數(shù)不應小于兩次，基坑開挖后直至基礎工程施工結(jié)束，每天監(jiān)測一次。

5.2 應急措施

如果開挖面引起的地面不均勻沉降導致附近建筑物傾斜，且沉降或傾斜達到警戒值時，應采取下列措施：

1)立即停止開挖，增加錨桿數(shù)量，將錨桿加密；情況嚴重時，可先將基坑回填，再重新商榷新的支護方案。

2)采取地面加強措施：在基坑周邊5.0 m范圍內(nèi)注純水泥漿進行土體加固。

3)準備好備用抽水泵，在突降大雨或暴雨時，立即啟動，并且安排專人持續(xù)觀察基坑穩(wěn)定性的情況。

6 結(jié)語

該工程的施工監(jiān)測從施工開始到支護結(jié)構(gòu)竣工，每天監(jiān)測一次。支護結(jié)構(gòu)竣工后，每兩周監(jiān)測一次。監(jiān)測結(jié)果為：支護結(jié)構(gòu)坡腳處的最大位移約為11 mm，支護體中部的最大位移約為29 mm，壓頂梁的最大沉降量約為31 mm，以上數(shù)據(jù)表明該基坑支護結(jié)構(gòu)的變形值和沉降量在允許范圍內(nèi)，基坑處于穩(wěn)定狀態(tài)。

該基坑最大的工程難點為施工范圍內(nèi)普遍分布強風化泥質(zhì)砂巖層且部分出現(xiàn)全風化。此類呈褐紅色的強風化泥質(zhì)砂礫巖，顆粒間呈弱膠結(jié)狀，主要是呈巖、土混合狀及近土狀，礫石之間為含中、粗砂的粉土填充，填充較緊密，但是從巖石結(jié)構(gòu)看，卵石、礫石、砂等碎屑物由泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度差，鉆進中易鉆散[5]。類似工程地質(zhì)特性的地層，在合肥及其周邊地區(qū)是廣泛存在的，該基坑工程的設計施工經(jīng)驗，為類似的基坑支護工程提供了借鑒。

[1] 陳建平，夏 斌，鐘建華.合肥盆地中新生代構(gòu)造演化與油氣地質(zhì)特征[D].廣州：中國科學院廣州地球化學研究所，2004：12-17.

[2] 嚴紅生，饒洋波.全風化泥質(zhì)粉細砂巖的若干工程地質(zhì)問題淺析[J].大壩與安全(測繪專輯)，2007(2):101-102.

[3] 劉 勇，焦遠俊，賁可本.勁性樁加錨桿在淤泥質(zhì)軟土深基坑中的應用[J].江蘇建筑，2008(4)：43-45.

[4] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規(guī)程[S].

[5] 丘 宏.強風化泥質(zhì)砂礫巖作為高層建筑天然基礎持力層實例分析[J].廣東土木與建筑，2003(9):13-15.

Application of stiffness steel pipe pile in deep foundation pit engineering in Hefei

Wang Liman

(CivilBuildingCollege,AnhuiUniversityofTechnology,Huainan232001,China)

Take Hefei Fengle Residencial Seculo of deep foundation project as an example, intruduces the application of stiffness steel pipe pile and prestressed anchor composite supporting structure in the strongly weathered pelitic siltstone formation in which easy to drill scattered. Mainly introduces the construction process, technology and method to the stiffening pile and prestressed anchor composite supporting system. Monitoring results reflect, this method has a good supporting effect, is suitable for the similar engineering geological conditions of the foundation pit.

deep foundation pit, stiffness pipe pile, prestressed anchor, strongly weathered pelitic silstone

1009-6825(2015)02-0061-03

2014-11-05

王李曼(1989- )，女，在讀碩士

TU463

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