地下車庫軟土基坑支護(hù)開挖方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

高山 宋東旭

中國水利水電第十一工程局有限公司 河南 鄭州 450000

引言

以粉土、粉質(zhì)黏土為主的軟土地基呈現(xiàn)出承載力差、抗剪力差、易滑坡等特點(diǎn)，在地下車庫基坑施工中，這種地質(zhì)條件對(duì)施工安全管理、開挖方案、支護(hù)方案產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，施工單位在作業(yè)之前應(yīng)該通過地質(zhì)勘察、專家論證等方式制定出科學(xué)的開挖和支護(hù)技術(shù)方案，提出可靠的施工方法。

1 工程簡介

本工程為鄭州市賈魯河綜合治理生態(tài)綠化工程地下車庫，地上建筑面積為124.26m2，地下為7082.30m2。地下車庫位于賈魯河兩岸綠帶范圍內(nèi)，屬于黃河沖積平原，地形平坦。根據(jù)勘探結(jié)果發(fā)現(xiàn)，地下水位孔隙潛水，埋藏深度僅僅為4.6～5.1m，于此可見，該項(xiàng)目的地下水水位較淺，對(duì)土壤、混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼筋可產(chǎn)生一定的腐蝕性作用。場地地基土層較為復(fù)雜，主要包括了粉土、粉土夾雜粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、素填土等。這些土壤類型的承載力差、可塑性差，屬于軟土地質(zhì)的范疇，對(duì)車庫施工產(chǎn)生了嚴(yán)重的干擾，需對(duì)其實(shí)施有效地處理。

2 軟土地質(zhì)對(duì)基坑施工的影響

從項(xiàng)目基坑開挖的深度來看，雖然不屬于深基坑的范圍，但是依然存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，等級(jí)定位為二級(jí)重大危險(xiǎn)源。鑒于此，需要對(duì)基坑開展嚴(yán)格的支護(hù)施工，并且邀請(qǐng)工程技術(shù)專家對(duì)具體的支護(hù)技術(shù)方案加以指導(dǎo)。至于項(xiàng)目具體應(yīng)該采用哪一種支護(hù)技術(shù)，主要由開挖深度以及工程地質(zhì)條件來決定。該項(xiàng)目中的土壤以粉土、粉質(zhì)黏土為主。粉土可塑性極差，在外力的作用下容易發(fā)生滑移，在這種地質(zhì)條件下開挖深度超過6m的基坑時(shí)，必然存在一定的滑坡或者坍塌風(fēng)險(xiǎn)。并且整個(gè)基坑邊坡都存在滑坡的風(fēng)險(xiǎn)，這是由粉土的特點(diǎn)所決定了，因而在支護(hù)時(shí)要對(duì)邊坡的面層實(shí)施整體加固。另外，粉土的承載力極差，開挖基坑之后導(dǎo)致其側(cè)向缺乏土壓力，如果基坑上部平面的邊緣部位受到載荷作用力，也容易造成垮塌，這種地質(zhì)條件對(duì)安全管理提出了很高的要求[1]。

3 軟土基坑開挖和支護(hù)設(shè)計(jì)方案

3.1 基坑開挖施工方案

開挖基本要求。在全面開挖之前要事先制定好降水措施、確定需支護(hù)的基坑范圍以及具體的支護(hù)技術(shù)方案，創(chuàng)造良好的安全施工條件[2]。結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，基坑底部的總面積達(dá)到10010m2，開挖深度達(dá)到了6.1m，根據(jù)開挖區(qū)域的地質(zhì)勘察結(jié)果，場內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生地下水，因而無須采用降水措施。但基坑需采用土墻頂支護(hù)技術(shù)來處理，邊坡按照1∶075來控制，支護(hù)區(qū)域的面積達(dá)到了3500m2。

測量放樣。基坑開挖對(duì)邊線、高程、坡腳線、坡度等提出了嚴(yán)格的控制要求，這些指標(biāo)關(guān)系到施工范圍、基坑本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因而在作業(yè)之前需通過測量放線來確定這些關(guān)鍵參數(shù)的具體范圍，采用白灰在作業(yè)范圍內(nèi)完成放線[3]。根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，在平整完場地的基礎(chǔ)上開展放線作業(yè)，即使進(jìn)入開挖階段，技術(shù)人員依然要對(duì)邊坡坡腳位置、坡度以及高程等實(shí)施復(fù)核，

基坑開挖。由于該項(xiàng)目中基坑的深度達(dá)到了6.1m，受到安全和機(jī)械設(shè)備的限制，一次性難以開挖到位，因而采用分層開挖的技術(shù)方案，每一層的開挖深度控制在2.0m之內(nèi)。雖然每一層開挖深度只有2.0m，但是依然存在滑坡、坍塌之類的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，每一層基坑開挖完成后要通過噴射細(xì)石混凝土或者設(shè)置土釘墻的方法以及穩(wěn)固。基坑開挖過程中要對(duì)其邊坡實(shí)施精確地控制，采用專業(yè)化的儀器涉筆來測量邊坡的坡度和高程，堅(jiān)決避免超挖。在邊坡上噴射混凝土之后，待其凝固強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%之后，才能繼續(xù)推進(jìn)下層基坑的開挖施工。另外，基坑開挖施工到后期之后，要采用合理的方式完成基面清理，以倒推的方式為主，這是為了避免對(duì)已經(jīng)成型的基面造成破壞[4]。

保護(hù)層清理和基礎(chǔ)面驗(yàn)收。基坑的絕大部分范圍以機(jī)械方式開挖，但是在接近基坑底部時(shí)要預(yù)留出大約20cm的土層，改為人工方式開挖，這樣做的目的是防止機(jī)械振動(dòng)對(duì)其底部原狀土產(chǎn)生擾動(dòng)。基地清理一共分為兩個(gè)步驟，第一次先處理掉上部10cm的土層，并且在施工過程中按照間隔10m釘上小木樁，再由人工挖除基底余土，這樣做是為了精確開挖深度，避免超挖。在木樁上拉線作為標(biāo)高控制線。

3.2 基坑支護(hù)的施工技術(shù)方案

確定主要的支護(hù)技術(shù)。基坑支護(hù)的技術(shù)路線具有多樣化的特點(diǎn)，在確定支護(hù)方案時(shí)要綜合考慮安全性、可靠性、施工成本、施工效率等多個(gè)方面的因素。該項(xiàng)目在施工時(shí)根據(jù)坡度、開挖深度等因素，確定采用1∶0.75放坡以及噴錨禿頂支護(hù)。另外，基坑頂部基礎(chǔ)面層在受到載荷作用時(shí)容易向基坑內(nèi)部垮塌，為了杜絕這種風(fēng)險(xiǎn)，要求坡頂2m范圍內(nèi)不得堆放任何載荷，并且嚴(yán)禁任何車輛通過[5]。

噴錨土墻釘加固原理。土墻頂實(shí)際上是由金屬材料（大多為鋼筋）制作而成的加筋設(shè)施，將其打入到基坑的邊坡中，并在基坑邊坡上鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，然后在其表面噴射一層細(xì)石混凝土材料。混凝土和鋼筋、土墻頂凝固在一起，通過植入土體的鋼筋形成拉力，防止土體滑坡和垮塌，混凝土面層也起到了加固坡體的作用。項(xiàng)目中使用的土墻釘為Ⅱ級(jí)螺紋鋼，其公稱直徑達(dá)到了18mm，規(guī)格為HRB400（熱軋帶肋鋼筋），根據(jù)加固面的特點(diǎn)，將土墻釘?shù)男辛虚g距均確定為1.5m。土墻釘在施工時(shí)將孔徑設(shè)計(jì)為110mm，與水平面的夾角為10°，具體坡度也會(huì)受到邊坡坡度的影響。

土釘支護(hù)面層。土墻釘植入土體的過程中要在土體中形成孔徑，這樣會(huì)導(dǎo)致鉆孔部位周圍產(chǎn)生土體變形，土釘?shù)闹ёo(hù)作用會(huì)因此而受到一定程度的削弱，為了消除這種不利因素，工程實(shí)踐中主要采用設(shè)置支護(hù)面層的技術(shù)方案，面層以混凝土為主，凝固之后可形成較為堅(jiān)固的保護(hù)層，可防止土體變形，增加土體對(duì)土釘?shù)奈粘至ΑＴ擁?xiàng)目中面層采用C20砼來噴射，并且在邊坡上要設(shè)置一層Φ6.5@250×250的鋼筋網(wǎng)。

注漿。土墻釘設(shè)置在孔隙中，本項(xiàng)目中土墻釘?shù)墓Q直徑為18mm，而孔徑的內(nèi)徑為110mm，因此，在土釘施工中還要在孔徑中注漿，使用凝固后強(qiáng)度較大的水泥砂漿，凝固之后的水泥砂漿將孔徑填滿，使土墻釘和土壤層緊密地結(jié)合在一起，形成良好的加固作用。注漿時(shí)注意控制操作壓力，一般將注漿壓力控制在0.3到0.5MPa之間，注漿可從孔口向內(nèi)，也可從孔底向外注入，具體要根據(jù)孔徑來確定。

土墻釘施工要點(diǎn)。①土墻釘施工和基坑開挖應(yīng)該同步實(shí)施，每一步開挖完成后要立即組織支護(hù)施工，防止后期開挖作業(yè)對(duì)已經(jīng)形成的基坑產(chǎn)生過大的擾動(dòng)作用，因此，施工方法是開挖一段、支護(hù)一段。另外，在開挖時(shí)要嚴(yán)格落實(shí)分層施工的技術(shù)要求，每層不得超過2.0m。②如果在開挖的過程中發(fā)現(xiàn)基坑的土質(zhì)發(fā)生了不確定的異常現(xiàn)象，應(yīng)該及時(shí)停止開挖和支護(hù)作業(yè)，向監(jiān)理單位、施工企業(yè)的技術(shù)部門報(bào)告相關(guān)情況，堅(jiān)決不可冒險(xiǎn)作業(yè)。③土墻釘制作方法。土墻釘以螺紋鋼制作而成，其長度、直徑要保持一致，每間隔3.0m焊接一個(gè)對(duì)中支架，焊接方式為搭接焊，單面焊10d，雙面焊為5d。④鉆孔。安裝土墻釘之前要采用機(jī)械方式成孔，有些情況下機(jī)械方式鉆孔具有一定的難度，此時(shí)可利用人工方式完成后續(xù)的成孔施工，孔徑控制在110mm。在鉆孔的過程中要有可能遭遇巖石障礙物，如果不能順利鉆孔，可適當(dāng)調(diào)整鉆孔角度。⑤掛網(wǎng)。掛設(shè)鋼筋網(wǎng)的作用是為土墻釘提供著力點(diǎn)，通過在鋼筋網(wǎng)上噴神細(xì)石混凝土的方法形成堅(jiān)硬的加固面，土墻釘可對(duì)加固面產(chǎn)生作用力，二者相互作用，防止基坑的邊坡滑塌。鋼筋網(wǎng)片為HPB300 ，Φ6.5@250×250，網(wǎng)格允許偏差控制在±30mm，鋼筋網(wǎng)片在鋪設(shè)時(shí)要通過搭接方式來連接，為了保證搭接面的穩(wěn)定性，將其搭接長度控制在300mm以上，通過綁扎和焊接的方式實(shí)現(xiàn)搭接。⑥加強(qiáng)筋的處理。土墻釘是螺紋鋼筋，土墻釘和鋼筋網(wǎng)之間要焊接在一起，這是為了保證二者之間的牢固性，此時(shí)可用加強(qiáng)筋來強(qiáng)化這種連接效果，加強(qiáng)筋可使用HRB400 Φ14；⑦噴射砼。這一操作的前提是鋼筋網(wǎng)片和土墻釘之間完成焊接施工，并且要在焊接完成后立即開展噴砼操作。由于噴射時(shí)具有一定的壓力，噴槍口距離坡面不可太近，否則過大的壓力會(huì)沖擊破壞土層表面。因此，在作業(yè)時(shí)將噴槍的距離控制在1.5到2m的范圍內(nèi)。由于細(xì)石混凝土采用噴射的方式來作業(yè)，因而對(duì)砼的流動(dòng)性提出了較高的要求，在配置材料的過程中要控制好水灰比。⑧土墻釘質(zhì)量檢驗(yàn)。土墻釘在施工時(shí)要確保其抗拉性能，因而在施工之后要采用抗拉試驗(yàn)檢測其承載力，由于土釘數(shù)量較多，難以對(duì)其一一開展試驗(yàn)，可通過抽樣的方式來完成土墻釘性能測試，試驗(yàn)數(shù)量要達(dá)到3根以上，并且參與試驗(yàn)的土墻釘要達(dá)到總數(shù)量的1%以上。在墻面上噴射混凝土之后要檢查噴射厚度，如果厚度不足，其加固效果不能滿足設(shè)計(jì)要求。在混凝土面層上實(shí)施鉆孔，然后檢測其厚度，單位面積內(nèi)的鉆孔數(shù)量保持一致，根據(jù)面層特點(diǎn)合理選擇鉆孔點(diǎn)位[6]。

圖1 基坑邊坡支護(hù)示意圖

3.3 安全保障措施

第一，設(shè)置硬圍護(hù)。由于基坑深度達(dá)到了6m以上，如果人員或者車輛從邊坡處跌落，難免會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重人身傷亡事故，因此，項(xiàng)目施工過程中必須在基坑外圍設(shè)置硬圍護(hù)。該項(xiàng)目在施工時(shí)設(shè)置了高度為2.5m的封閉式圍擋，并且間隔3m設(shè)置一道立桿和斜桿，作為圍擋支撐。圍擋設(shè)置在基坑的最外側(cè)，在其內(nèi)側(cè)還需設(shè)置一道高度為1.2m的防護(hù)欄，采用鋼管搭建而成。

第二，載荷控制。考慮到粉土地質(zhì)的承載力非常差，為了防止其咋載荷的作用下發(fā)生滑塌的現(xiàn)象，必須對(duì)基坑頂部周邊的載荷實(shí)施嚴(yán)格的控制，原則上2m范圍內(nèi)不得出現(xiàn)任何載荷。

4 結(jié)束語

在地下軟土基坑的施工中，要先通過地質(zhì)勘察活動(dòng)對(duì)地下水、土壤類型等實(shí)現(xiàn)全面的掌握，粉土、粉質(zhì)黏土雖然含水量不算大，但是其缺乏承載力，在受力情況下易變形。軟土基坑開挖時(shí)遭遇這種不良的地質(zhì)條件時(shí)應(yīng)該采用邊開挖、邊支護(hù)的技術(shù)方案來加以處理，重點(diǎn)是確定出最合理的支護(hù)技術(shù)方案，常見的土墻釘施工技術(shù)，借助細(xì)石混凝土形成保護(hù)面層。