咬合樁+預應力錨索在飽和砂巖層深基坑支護中的應用

靳高明 包勝昔 王寶成

摘 要：甘肅省人民醫院7#樓、8#樓在深基坑支護降水過程中采用咬合樁+預應力錨索，通過導板定位、咬合樁硬切割和測斜技術應用，保證了飽和砂巖層深基坑施工安全，提高了經濟效益和社會效益，可為同類項目提供借鑒。

關鍵詞：飽和砂巖層;深基坑;咬合樁;預應力錨索

中圖分類號：TU753文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）16-0047-03

Abstract： The 7# and 8# buildings of the People's Hospital of Gansu Province used occlusal piles + prestressed anchor cables in the process of deep foundation pit support and dewatering， which guaranteed the safety of deep foundation pit construction in saturated sandstone layer through guide plate positioning， hard cutting of occlusal piles and application of inclinometer technology， improved economic and social benefits， and could provide reference for similar projects.

Keywords： saturated sandstone layer;deep foundation pit;occluding pile;prestressed anchor cable

甘肅省人民醫院7#樓、8#樓位于蘭州市城關區，基坑開挖深度15.45～17.15 m，四周臨近原有建筑物。基坑地質構造從上至下依次為雜填土層、粉質黏土層、卵石層、砂巖層，地下水埋深為7.0～9.3 m，砂巖層含水呈飽和狀。在研究飽和砂巖層物理力學特性的基礎上，經多次論證，本項目深基坑支護采用咬合樁+預應力錨索支護降水方案[1]。

1 咬合樁+預應力錨索支護體系概述

1.1 咬合樁+預應力錨索支護體系設計

依據甘肅省人民醫院7#樓、8#樓基坑周邊環境，分析飽和砂巖層物理力學特性、基坑周邊道路與建筑物位置、基礎特點，深基坑采用咬合樁+預應力錨索支護方案。沿深基坑周邊共布置鋼筋混凝土支護樁303根、素混凝土止水樁303根，樁徑均為1 200 mm，相鄰樁咬合250 mm，樁長為16.65～21.80 m，支護樁、止水樁在持力砂巖層中的嵌固長度均為8.0 m。

先施工素混凝土止水樁，待其混凝土凝固、強度達到5 MPa以后，再施工鋼筋混凝土支護樁，利用旋挖鉆機成孔，在相鄰的兩素混凝土樁之間用旋挖鉆頭切削兩側的素混凝土樁，與素混凝土止水樁咬合250 mm。樁基施工完成后，在止水樁上沿高度方向設置2道預應力錨索（局部設3道），預應力錨索采用3根直徑為15.24 mm的鋼絞線，與水平面成12°～15°的夾角。

1.2 施工流程

施工流程如下：施工準備→測量定位與放線→樁位確定→導板施工→咬合樁成孔→咬合樁混凝土澆灌→冠梁施工→基坑開挖→預應力錨索鉆孔→錨索安裝→錨索注漿→腰梁安裝→錨索張拉鎖定。其中，咬合樁施工采用跳樁法，先施工B樁（素混凝土樁），后施工A樁（鋼筋混凝土樁），如圖1所示。

2 咬合樁+預應力錨索施工技術措施

2.1 測量定位與放線

本研究采用全球定位系統（GPS）、DS3型水準儀在施工現場定位測量，完成平面坐標控制點和高程控制點的設置，為咬合樁施工提供定位控制點[2]。

2.2 樁位確定

鉆機就位前，在距樁位四周一定距離設4個控制點，當四周量出的距離差值小于1 cm時可開鉆。采用經緯儀或線墜檢查鉆桿的垂直度，經過2～3次的下壓調整使鉆桿的垂直度控制在10 mm之內，垂直偏差控制在0.3%以內，如圖2所示。

2.3 導板施工

2.3.1 導板施工工藝。導板采用專用模具支設，施工流程如下：土方平整→2∶8灰土回填→專用模具安裝→鋼筋綁扎→混凝土澆筑。

2.3.2 導板構造。導板采用300 mm厚的C20鋼筋混凝土板，內配鋼筋網片HPB300 [Φ]6.5 mm@400 mm×400 mm;導板沿咬合樁中心線向外擴500 mm，向內擴6 000 mm;樁位定位孔直徑比樁徑大100 mm;導板表面平整度控制在20 mm。導板構造如圖3所示。

2.4 咬合樁成孔

鉆機就位后，必須保持水平與穩固，通過調整使鉆機的主動鉆桿保持垂直，垂直度偏差控制在0.3%以內。在飽和砂巖層施工時，為了防止咬合樁相鄰樁體在切割施工時出現混凝土“管涌”，造成已成樁的樁體擾動，相鄰樁體采用硬切割技術，在素混凝土樁強度達到5 MPa后采用旋挖鉆頭切削原樁體進行咬合。在粉土層內，鉆機的進尺控制在80～90 cm/次;在砂巖層內，鉆機的進尺控制在40～50 cm/次。在鉆進過程中，鉆桿的提升速度控制在0.45 m/s，防止孔內坍塌和斜孔。

鉆進期間，應根據實際地質與鉆孔深度及時調整泥漿比重，并控制鉆頭在孔內的升降速度，防止因漿液對孔壁的沖刷及負壓而導致孔壁塌方[3]。成孔樁位除樁機自身進行調平控制外，每鉆進一定深度后用TS-100全自動超聲成孔檢測儀對孔測斜，及時調整樁身垂直度。成孔深度達到要求后，采用測孔器對孔深、孔徑、孔壁垂直度進行檢查。當咬合樁樁體垂直度偏差不大或入土深度不大時，宜采用旋挖鉆機的頂升與推拉油缸調節鉆桿的垂直度;當咬合樁樁體垂直度偏差較大或入土深度較大時，可向孔內填砂或黏土，再采用鉆機油缸進行糾偏。

2.5 咬合樁混凝土澆灌

2.5.1 安裝導管。注混凝土的導管可采用直徑300 mm的無縫鋼管，每節長度宜為2.5～3.0 m，調節導管長度宜為0.5～1.0 m。安放前，應認真檢查導管，確認是否按照要求安裝密封圈，是否涂抹潤滑油。導管安裝過程中，應安排專人對導管規格、接頭、管內壁清理、密封性能等進行檢查，下放導管前，導管的絲扣要對齊，并用扳手擰緊。

2.5.2 咬合樁混凝土澆筑。合樁混凝土澆灌前，應先對導管、漏斗、隔水塞、充氣球膽與測量儀器等進行檢查，確保符合要求。混凝土坍落度宜控制在180～220 mm，第一次灌注混凝土的數量應按照導管埋入混凝土的深度不小于1.0 m進行計算，在每根樁的混凝土澆灌過程中應始終保證導管埋入混凝土內的深度在2～6 m，防止泥漿侵入導管內造成混凝土夾泥或斷樁。在混凝土填滿整個導管后，不得急于拔管，應留振5～10 s，然后通過鉆機的卷揚機小范圍上下移動導管，再進行拔管施工。

拔管速度宜控制在1.1～1.4 m/min，如遇流沙或砂巖層，拔管速度可適當放慢。每根咬合樁的樁頂混凝土標高應控制在設計標高以上500 mm處，成孔與混凝土澆筑應連續進行，成孔與澆筑混凝土的總時間應控制在3 h以內，嚴防因停置時間過長而造成塌孔[4]。

2.5.3 混凝土澆筑注意事項。在存在淤泥等復雜地質的情況下，宜將震動器安裝在導管上端，通過擊振的方法使混凝土流進樁孔內，這樣不僅避免了氣塞效應造成斷樁，還可以增加混凝土澆筑的密實度。

混凝土澆筑完成后，提升導管時應提升鋼絲繩的垂直度，并控制提升速度，避免碰撞鋼筋骨架造成鋼筋籠傾斜、位移。在飽和砂巖層樁體混凝土灌注至樁頂時，導管內的混凝土高度減小，壓力差降低，而導管外的砂巖混合在泥漿內造成泥漿含渣量與泥漿比重增大，如出現混凝土澆灌困難情況，可在樁孔內加水稀釋泥漿，通過泥漿泵循環抽水排出泥漿內的沉淀物，再灌注混凝土。

2.6 預應力錨索鉆孔

當基坑開挖至錨索鉆孔位置時，首先要搭設鉆孔作業平臺，平臺應保持穩固，滿足安全施工要求。鉆機就位時，鉆頭定位應確保準確，鉆孔直徑一般為150 mm，采用無水跟管鉆孔工藝。錨索鉆孔遇到地下障礙時，不得強行鉆進，在探明障礙物后可調整錨索孔位及角度，避開障礙物。

2.7 錨索安裝

錨索在使用前應除銹、除油，保持錨索桿體平直，在調直時不得對錨索鋼絲造成損傷。錨索上應間隔2.0 m設置一組導正支架，在放入錨孔前應清除孔內殘存的土。

2.8 錨索注漿

預應力錨索注漿采用二次高壓注漿方式。在安裝錨索時，應同步插入兩根注漿管，一根為普通注漿管，在注漿后及時拔出，另一根為高壓補漿管，應先保留。第一次注漿水灰比宜為0.40～0.50，注漿后漿體強度未達到設計要求前，錨索不得擾動。第一次注漿的漿體初凝后、終凝前，及時進行第二次高壓補漿。補漿采用純水泥漿，漿液應填充到初凝漿與土體之間。

2.9 錨索張拉鎖定

在錨索張拉前安裝2根20#槽鋼制作的腰梁，錨具和腰梁應能承受95%的錨索極限抗拉力。當錨索固結體的強度達到15 MPa或設計強度的75%后進行張拉鎖定，鎖定值通過設計計算確定，張拉時嚴格控制。錨索外露長度超出150 mm的部分進行切除。

3 施工中的重難點與對策

3.1 施工中的重難點

3.1.1 咬合量控制不準。咬合樁鉆孔定位精度與垂直度控制是咬合樁+預應力錨索施工技術的難點。樁基數量多、地質軟硬程度不一等因素容易造成樁中心定位不準，鉆孔時鉆桿歪斜，樁體垂直度超標，導致相鄰樁體咬合量達不到預定值，導致咬合樁間形成縫隙。

3.1.2 咬合樁滲漏水。咬合樁滲漏水是咬合樁+預應力錨索施工技術的控制重點。咬合量不足、基坑底輕型井點降水失效等因素容易造成咬合樁出現滲漏水現象，將會導致砂巖層軟化、坍塌，影響地基承載力或誘發基坑坍塌。

3.1.3 基坑變形監測不準。深基坑變形監測采用傳統方法時，數據采集與分析難度大，容易造成監測數據不準，對于已經發生的變形，不能有效分析并及時采取應對措施。

3.2 對策

咬合樁施工過程中，要安排專人檢測樁身垂直度，建議采用TS-K100全自動超聲成孔成槽檢測儀進行檢測。若樁身垂直度介于0.2%～0.3%，會造成基坑底部樁身垂直的絕對偏差量較大，導致樁身咬合量不足或咬合不上，因此應根據樁長實際情況補充幾次樁孔垂直度檢測。另外，還需要控制定位誤差，設置定位導板，在鉆機鉆孔時嚴格對準樁位，確保相鄰咬合樁之間具有足夠的咬合量[5]。

針對砂巖層咬合樁容易出現漏水點的特點，在基坑開挖至砂巖位置后，增加施工人員晝夜倒班，當天用混凝土或砂漿封閉當天挖出的砂巖，避免漏水點長時間滲漏造成內部砂巖或土層軟化、坍塌，進而出現坑壁空洞。基底300 mm厚的砂巖層及集水坑位置砂巖層由人工配合小型反鏟挖掘機快速清底，及時驗槽，及時澆筑墊層混凝土，迅速封閉基底砂巖，保證地基承載力。

根據擬建工程基坑開挖深度及周邊建筑物特點，要制定科學的基坑監測方案，宜采用智能監測與自動報警系統，通過傳感器將變形值與應力值實時發送至手機，方便技術人員隨時掌握基坑安全狀況。對于出現的基坑變形過大問題，應及時采取相應的應急措施，確保基坑施工安全。

工程實例表明，咬合樁+預應力錨索在飽和砂巖層深基坑支護中取得了較好的應用效果。

參考文獻：

[1]李冰.淺析旋挖鉆孔灌注樁施工技術[J].建筑工程技術與設計，2017（1）：153.

[2]甘肅建投建設有限公司.一種飽和砂巖層咬合止水樁支護體系及其施工方法：CN110872842A[P].2019-11-25.

[3]住房和城鄉建設部.建筑基坑支護技術規程：JGJ 120—2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[4]甘肅省住房和城鄉建設廳，甘肅省質量技術監督局.咬合灌注樁基坑支護技術規程：DB62/T 3139—2017[S].北京：中國建筑工業出版社，2017.

[5]田有媛.淺析某項目旋挖鉆孔灌注樁施工技術[J].福建建材，2019（5）：61-62.