水平旋噴土錨和灌注樁復(fù)合基坑支護(hù)技術(shù)

陳寶弟 陳月順

(湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430068)

水平旋噴土錨和灌注樁復(fù)合基坑支護(hù)技術(shù)

陳寶弟 陳月順

(湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430068)

沿海軟土地區(qū)深基坑支護(hù)一直是工程施工控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，根據(jù)施工實(shí)踐研究提出了一種適合在軟土地區(qū)應(yīng)用的新型深基坑支護(hù)技術(shù)，并詳細(xì)介紹了技術(shù)的研究背景、特點(diǎn)、適用范圍、工藝原理、施工流程和操作要點(diǎn)等，以期對(duì)類似地區(qū)基坑支護(hù)工程提供借鑒。

水平旋噴土錨和灌注樁，復(fù)合基坑支護(hù)，工藝原理

0 引言

在我國(guó)東南沿海地區(qū)，隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，高層建筑不斷涌現(xiàn)，因結(jié)構(gòu)和功能需要，這類建筑一般均設(shè)1層～3層地下室，其基坑開挖深度在5 m以上。沿海地區(qū)大部分屬軟弱土質(zhì)，其地質(zhì)構(gòu)造一般為：表層1 m左右厚的耕植土或雜填土，表層土以下1 m～2 m厚的粘土，粘土下為幾十米厚的淤泥土或淤泥質(zhì)土。由于土質(zhì)極差，一般深度6 m以上的基坑均要采用鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，這種基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)整體安全性較好，但存在如下缺點(diǎn)：混凝土支撐材料用量大，需加設(shè)立柱樁、格構(gòu)柱等支撐造價(jià)高；由于支撐的影響，機(jī)械開挖土方速度較慢；內(nèi)支撐鑿除工作量較大，且拆撐影響周邊環(huán)境；對(duì)超大面積基坑，內(nèi)支撐實(shí)施有一定難度。因此，近幾年來，我們積極總結(jié)鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)和土錨支護(hù)結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，揚(yáng)兩者結(jié)構(gòu)之長(zhǎng)處，開展水平旋噴土錨和灌注樁—復(fù)合基坑支護(hù)技術(shù)研究，改變傳統(tǒng)支護(hù)做法，研究出一種新型大抗拔力的鋼絞線與水泥土復(fù)合土錨結(jié)構(gòu)即水平旋噴土錨，用其代替內(nèi)支撐，水平旋噴土錨可以通過對(duì)鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力，有效的控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形值，這種支護(hù)結(jié)構(gòu)施工較方便，造價(jià)低，安全性高并有利于后序挖土作業(yè)的開展，適用于軟土地質(zhì)深基坑支護(hù)。

1 技術(shù)特點(diǎn)

水平旋噴土錨和灌注樁復(fù)合基坑支護(hù)施工工法在工期、質(zhì)量、安全、造價(jià)方面與其他支護(hù)方法相比，具有如下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：1)水平旋噴土錨施工工藝簡(jiǎn)單，對(duì)施工作業(yè)面所需空間不大，施工進(jìn)度較快；2)采用高壓旋噴施工工藝形成強(qiáng)度較高的水平斜向水泥土樁體，在樁體中加入鋼絞線和錨錠板(錨盤)，并施加預(yù)應(yīng)力，使鋼絞線和旋噴水泥土體共同作用，減少變形，可有效控制地表的初始變形；3)水平旋噴土錨的張拉力可通過張拉試驗(yàn)確定，在施工時(shí)每根鋼絞線均通過張拉鎖定，張拉鎖定值可有效檢驗(yàn)水平旋噴土錨的錨固力，因此可保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和安全；4)鉆孔灌注樁側(cè)向剛度較大，入土深度可按設(shè)計(jì)計(jì)算，完全能滿足沿海地區(qū)淤泥層厚大的基坑支護(hù)需要；5)多排水平旋噴土錨利用其高壓旋噴形成的水泥土樁體，有效的對(duì)基坑周圍原土進(jìn)行了加固，土體中的粘聚力(C)和內(nèi)摩擦角(φ)值都有不同程度提高。利用水平旋噴土錨代替內(nèi)支撐，降低了圍護(hù)工程的造價(jià)。

2 適用范圍

本技術(shù)適用于開挖深度在6 m～15 m，基礎(chǔ)周邊建筑物距離近，場(chǎng)地狹窄，對(duì)基坑變形要求嚴(yán)格的深基坑支護(hù)工程，特別適用于沿海軟土地區(qū)淤泥層較厚地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)工程。

3 工藝原理

1)水平旋噴土錨和灌注樁通過型鋼腰梁形成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系，灌注樁側(cè)向剛度較大，能起到很好的擋土作用，水平旋噴土錨具有較大的水平拉力，將支護(hù)灌注樁承受的力傳遞給土層。

2)通過對(duì)水平旋噴土錨施加張拉應(yīng)力，減少基坑變形。

3)水平旋噴土錨是根據(jù)高壓旋噴樁的原理，在土層中用旋噴攪拌法形成水平向水泥土樁體，并在旋噴、攪拌、鉆進(jìn)時(shí)插入鋼絞線形成水平旋噴土錨。

4)數(shù)排水平旋噴土錨對(duì)主動(dòng)區(qū)土體進(jìn)行加固，使主動(dòng)區(qū)形成一個(gè)半剛性的類似重力擋土結(jié)構(gòu)，有效的提高基坑安全性。

5)根據(jù)沿海地區(qū)軟土土質(zhì)特別差的特點(diǎn)，在鉆孔樁外側(cè)設(shè)1排～2排水泥攪拌樁止水帷幕，水泥攪拌樁起擋樁間土(圍護(hù)鉆孔樁間)和止水的作用。坑底被動(dòng)區(qū)設(shè)置數(shù)排攪拌樁，減少深層土體位移和坑底隆起。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1施工工藝流程

總施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→坑內(nèi)、坑外攪拌樁施工→鉆孔灌注樁施工→第一層土錨工作面土方開挖→第一道水平旋噴土錨施工→壓頂圈梁施工→第一道土錨張拉鎖定→第二層土錨工作面開挖土方→第二道水平旋噴土錨施工、張拉鎖定→根據(jù)圍護(hù)設(shè)計(jì)要求施工第三、四道土錨→土錨養(yǎng)護(hù)→中心島土方開挖→底板施工。

水平旋噴土錨施工工藝流程見圖1。

4.2施工操作要點(diǎn)

4.2.1坑內(nèi)、坑外攪拌樁施工操作要點(diǎn)

1)坑外止水帷幕攪拌樁一般搭接150 mm，坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)加固水泥攪拌樁縱向和橫向搭接100 mm。

2)水泥攪拌樁施工采用四攪四噴工藝。施工時(shí)使水泥土攪拌均勻，并保證相鄰攪拌樁互相咬合。

3)為加快攪拌樁固化，可在漿液中加0.05%水泥重量的三乙醇胺和0.2%水泥重量的木質(zhì)硫酸鈣。

4)搭接施工的相鄰樁的施工間歇時(shí)間不應(yīng)超過12 h。

5)一般情況下，宜先施工攪拌樁再施工鉆孔灌注樁，攪拌樁施工完成間隔7 d后方可施工鉆孔樁，特殊情況也可先施工鉆孔樁再施工攪拌樁。如先施工鉆孔樁，則必須準(zhǔn)確定位攪拌樁位置，防止攪拌樁施工時(shí)損壞葉片和鉆桿。

6)攪拌樁其他施工操作同普通攪拌樁施工，本工法不再詳述。

4.2.2鉆孔樁施工操作要點(diǎn)

1)由于鉆孔樁間距一般較密，所以應(yīng)采用間隔跳打施工，一般相鄰樁間隔3 d以上。

2)進(jìn)行試打樁。根據(jù)工程地質(zhì)情況，選擇合適的施工工藝進(jìn)行試打樁，并記錄各項(xiàng)試樁技術(shù)參數(shù)。圍護(hù)工程樁嚴(yán)格按試打樁要求施工。

3)鉆孔樁的水平定位和樁頂標(biāo)高必須準(zhǔn)確，平面定位偏差不宜大于50 mm，以免影響壓頂梁施工。

4)灌注樁成孔后應(yīng)立即進(jìn)行清孔。沉渣厚度不大于150 mm。

5)鉆孔樁其他施工操作要點(diǎn)同普通鉆孔灌注樁施工，本工法不再詳述。

4.2.3第一層土錨工作面土方開挖

1)工作面土方開挖必須在圍護(hù)樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后進(jìn)行。工作面土方開挖、土錨施工宜“分層分段”。第一層土方開挖深度在圍護(hù)圈梁底，分段長(zhǎng)度一般不大于20 m。

2)為滿足土錨施工，工作面開挖寬度宜在8 m以上。

4.2.4第一道水平旋噴土錨施工要點(diǎn)

1)放線定位。

開工前必須進(jìn)行復(fù)核水平旋噴土錨位置和標(biāo)高，依據(jù)基樁軸線及高程引測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)放，土錨的水平位置應(yīng)避開鉆孔樁。

2)水平旋噴土錨鉆機(jī)就位。

鉆機(jī)底部鋪設(shè)好墊板或枕土，就位后使鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心。調(diào)整鉆桿達(dá)到設(shè)計(jì)角度，然后作水平向校正。

3)在攪拌樁止水帷幕上預(yù)鉆孔。

使用專用鉆頭進(jìn)行開孔，鉆進(jìn)角度與設(shè)計(jì)角度相同，穿透攪拌樁止水帷幕。

4)安裝土錨錨索、旋噴鉆進(jìn)、退鉆。

在鉆頭上安裝錨索并將鉆頭插入鉆桿，帶漿旋噴鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)樁錨末端，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，退鉆，鉆頭自動(dòng)留在土內(nèi)。鉆頭制作見圖2。

5)成錨控制。

a.水泥漿液水灰比控制在0.7左右，制備好的水泥漿液應(yīng)在初凝前用完。

b.土錨的角度應(yīng)與設(shè)計(jì)相符，偏差不宜大于1°。

c.帶漿正反旋轉(zhuǎn)噴漿鉆進(jìn)，壓力一般控制在5 MPa～20 MPa，鉆進(jìn)速度一般不大于100 cm/min，鉆進(jìn)過程漿液噴射應(yīng)保證連續(xù)、均勻，土錨長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求。退鉆時(shí)速度不大于70 cm/min，壓力同鉆進(jìn)時(shí)，退鉆提升速度也要保持均勻，整個(gè)過程要保證噴漿總量，從而確保成錨質(zhì)量。

6)成錨后封孔。

高壓旋噴噴漿完成，退出鉆桿，孔口內(nèi)塞編織帶或水泥包裝袋進(jìn)行漿塞，防止水泥漿液外流。

4.2.5壓頂圈梁施工

1)圈梁施工前應(yīng)將鉆孔樁樁頂浮漿鑿除清理干凈。

2)圈梁施工必須嚴(yán)格控制標(biāo)高。

3)圈梁在封模和澆混凝土前應(yīng)在水平旋噴土錨位置埋設(shè)φ100 PVC管，鋼絞線穿入管中，以便張拉，并注意在混凝土澆筑振搗過程中保護(hù)好PVC管，防止水泥漿流入管中。

4)圈梁其他施工要求同普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

4.2.6張拉錨索

1)施工準(zhǔn)備。

a.張拉作業(yè)前，對(duì)所有設(shè)備(千斤頂、壓力表)送與相關(guān)單位進(jìn)行校驗(yàn)標(biāo)定。

b.計(jì)算錨索各級(jí)張拉對(duì)應(yīng)張拉千斤頂油表讀數(shù)；檢查張拉橫梁及錨板與低模的相對(duì)位置。

c.張拉油泵操作人員1人，現(xiàn)場(chǎng)施工人員2人～3人，指揮1人，由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員負(fù)責(zé)。

2)張拉。

a.嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的張拉力進(jìn)行施工，壓頂圈梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后進(jìn)行。

b.采用高壓油泵和80 t以上穿心式千斤頂進(jìn)行張拉鎖定。鎖定力為設(shè)計(jì)抗拔力的0.8倍。正式張拉前先用20%設(shè)計(jì)抗拔力預(yù)張拉二次，再以50%,100%的設(shè)計(jì)抗拔力分級(jí)張拉，然后超張拉至110%設(shè)計(jì)抗拔力，持荷5 min，觀測(cè)錨頭無位移后鎖定。

c.錨索張拉時(shí)應(yīng)加墊斜鐵，保證錨索受力方向符合設(shè)計(jì)要求，即錨索張拉角度須與錨索施工時(shí)角度一致。

d.錨索樁體強(qiáng)度到達(dá)1.5 MPa后可進(jìn)行張拉鎖定，用千斤頂配合OVM15-3錨具鎖定于腰梁上。

e.錨索養(yǎng)生期。錨索鉆進(jìn)入土層完結(jié)后，7 d～14 d后可正式進(jìn)行張拉。

f.張拉過程應(yīng)嚴(yán)格控制千斤頂?shù)挠蛪鹤x數(shù)，及時(shí)做好張拉記錄。

3)張拉注意事項(xiàng)。

a.張端夾片和錨板錐孔應(yīng)清理干凈。

b.錨具多余鋼絞線時(shí)張拉，以防止因銹蝕產(chǎn)生的滑絲和斷絲。

c.切除多余鋼絞線時(shí)必須在距錨具75 mm以外的位置使用切割器，并采取保護(hù)措施。保證錨具附件的溫度不超過150 ℃，防止夾片過熱而產(chǎn)生滑絲。

d.成錨后3 d內(nèi)不得切割絞線和碰觸錨具。

e.張拉前應(yīng)全面的檢查張拉系統(tǒng)，確保安全可靠，張拉時(shí)千斤頂后嚴(yán)禁站人。

4.2.7第二層土錨工作面土方開挖

1)第二層土方的開挖方法同第一層，開挖深度為第二道水平旋噴土錨底標(biāo)高下300 mm。

2)第二層土方開挖必須在第一道水平旋噴土錨張拉鎖定后進(jìn)行。

3)土方開挖分層厚度不大于1 000 mm。

4)土方開挖臨時(shí)放坡坡度不宜小于1∶2。

4.2.8第二道水平旋噴土錨施工并張拉鎖定

1)第二道水平旋噴土錨的施工操作要求同第一道水平旋噴土錨。

2)第二道水平旋噴土錨的張拉鎖定與第一道土釘不同之處在于：第一道水平旋噴土錨利用壓頂圈梁錨固鎖定，而第二道水平旋噴土錨則利用腰梁進(jìn)行鎖定。

3)腰梁和錨頭安裝要求如下：

腰梁必須緊貼鉆孔樁，采用2根14號(hào)工字鋼，用鐵板連接焊為一體(見圖3)，錨具與腰梁之間需用20 cm×20 cm×1 cm墊片墊于其中。按照設(shè)計(jì)要求安裝腰梁并張拉土錨，在錨頭外預(yù)留0.7 m～1.0 m鋼絞線。由于支護(hù)樁不能保證在同一平面上，影響到腰梁的安裝和受力。因此，個(gè)別樁凸出的在腰梁部位用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿平，對(duì)于個(gè)別柱凹進(jìn)則根據(jù)腰梁的位置，采用鐵件進(jìn)行支墊處理。腰梁安裝完成后示意圖見圖4。

4.2.9第三道水平旋噴土錨工作面土方開挖

第三道水平旋噴土錨的工作面土方開挖技術(shù)要求同第二道土錨工作面土方開挖，由于第三道土錨工作面土方開挖深度較深，可采用長(zhǎng)臂挖機(jī)進(jìn)行，也可將中心島土方降至一定深度后進(jìn)行。

4.2.10第三道水平旋噴土錨施工并張拉鎖定

1)第三道水平旋噴土錨施工和張拉鎖定操作要求完全同第二道水平旋噴土錨。

2)根據(jù)圍護(hù)設(shè)計(jì)要求如水平旋噴土錨的排數(shù)超過三排，下部幾排的土錨施工工藝同第三排水平旋噴土錨。

4.2.11最后一層土方和中心島土方開挖

最后一層土方和中心島土方開挖應(yīng)根據(jù)土方施工專項(xiàng)方案的要求，分層、分段開挖。

5 結(jié)語

水平旋噴土錨和灌注樁復(fù)合基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)具有基坑變形小穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，是軟土地區(qū)近幾年來在創(chuàng)新的一種基坑支護(hù)技術(shù)，特別適用于對(duì)基坑變形有嚴(yán)格要求的工程，無法采用內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)、放坡條件有限、開挖深度在15 m以內(nèi)的軟土地區(qū)超大面積基坑支護(hù)工程。與傳統(tǒng)的內(nèi)支撐支護(hù)相比具有很大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，且施工進(jìn)度快，同時(shí)變形小安全性高，多項(xiàng)工程實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果深層土體最大位移僅為20 mm，施工期間對(duì)周圍市政道路管線的影響很小，非常適合我國(guó)的國(guó)情，適應(yīng)了城市地下空間開發(fā)利用不斷發(fā)展的趨勢(shì)要求。

[1] 田 俊,沈永龍.多向旋噴攪拌加勁斜樁在深基坑支護(hù)中的作用原理及其應(yīng)用[Z].2015.

Thetechnologyofhorizontaljetgroutinganchorandcast-in-placepileandcompositefoundationpitsupport

ChenBaodiChenYueshun

(HubeiUniversityofTechnology,Wuhan430068,China)

The deep foundation pit support of coastal soft soil was the focus and difficulty of engineering construction control, according to the construction practice research proposed a new deep foundation pit support technology suitable for application in soft soil area, and introduced in detail the technology background, characteristics, application scope, process principle, construction process and operation key points and other aspects, in order to provide reference for similar area foundation pit engineering.

horizontal jet grouting anchor and cast-in-place pile, composite foundation pit support, process principle

TU473.1

A

1009-6825(2017)27-0067-03

2017-07-16

陳寶弟(1976- )，男，教授級(jí)高級(jí)工程師