基于基坑支護(hù)技術(shù)在市政結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用研究

武安儀，楊錦飛

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢 430000）

0 引言

深基坑工程是與城市道路、地下建筑等相關(guān)工程密切相關(guān)且較為復(fù)雜的基礎(chǔ)工程。在實(shí)際的基坑支護(hù)過(guò)程中，由于施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件特殊、基坑周邊環(huán)境復(fù)雜等因素，其所選用的支護(hù)技術(shù)各不相同，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也存在較大差異，下文便對(duì)市政工程中常用的深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行探討說(shuō)明。

1 市政工程中常用深基坑支護(hù)技術(shù)

1.1 基坑注漿

注漿法是基坑工程施工中的重要手段，其原理主要是利用壓送設(shè)備將水泥等化學(xué)漿液灌入基坑土體進(jìn)行滲透、膠凝，達(dá)到對(duì)基坑土體加固和防滲的目的。在進(jìn)行深基坑工程施工中使用注漿技術(shù)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：①注漿壓力：主要是根據(jù)地層壓力進(jìn)行確定，一般以地層中砂層的水平位移達(dá)到1.2~1.5m/s 即可。②注漿方式：在實(shí)際施工中主要是采用水泥、水玻璃等化學(xué)漿液進(jìn)行灌漿，其中在注入水泥或其他材料后應(yīng)注意對(duì)其進(jìn)行及時(shí)排出或者是排空；在基坑加固施工中還要注意其噴射方向應(yīng)與土體性質(zhì)相適應(yīng)，不能偏離設(shè)計(jì)圖紙的要求，否則可能會(huì)造成基坑不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。③注漿順序：首先將注漿管從基坑中引出并按照設(shè)計(jì)要求逐個(gè)注漿，注意保持濕潤(rùn)狀態(tài)，并應(yīng)注意其漿液不要長(zhǎng)時(shí)間噴射導(dǎo)致漿液凝固失去黏結(jié)力。④注漿量：主要是根據(jù)地下水土體壓力進(jìn)行確定，當(dāng)采用水泥與混凝土共同灌注或采用水灰比過(guò)大時(shí)需要及時(shí)加入清水或其他水泥材料加以調(diào)節(jié)黏度。通常情況下注漿量應(yīng)該與注漿管數(shù)量相適應(yīng)而不能與注漿管長(zhǎng)度相匹配[1]。

1.2 錨索（桿）支護(hù)

在深基坑工程中，錨索支護(hù)是指通過(guò)設(shè)置錨桿來(lái)進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)中受力與傳遞荷載的一種加固方式。根據(jù)其所能承受的荷載來(lái)劃分，可以分為抗拉承載力和抗剪切承載力兩大類。而在深基坑工程施工過(guò)程中錨索支護(hù)又分為單錨索、雙錨索和多錨索等各種類型。對(duì)于一類錨索而言，由于施工現(xiàn)場(chǎng)具有一定條件限制，所以其施工過(guò)程中主要是通過(guò)錨桿進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以防止地下水超挖或地下管線滲漏等情況發(fā)生，進(jìn)而減小基坑施工破壞現(xiàn)象發(fā)生概率。對(duì)于另一類錨索而言，由于其所能承受的力較大且具有一定伸長(zhǎng)性，因此在進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)錨固時(shí)需要嚴(yán)格控制錨索位置及數(shù)量。通常情況下支護(hù)結(jié)構(gòu)錨索安裝高度應(yīng)不小于基礎(chǔ)水平面高度的1.5 倍，另外對(duì)于不同規(guī)格型號(hào)的錨索，也需遵循相應(yīng)原則進(jìn)行錨固處理。

1.3 鉆孔灌注排樁支護(hù)

排樁圍護(hù)體是利用常規(guī)的各種樁體并排連續(xù)起來(lái)形成的地下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)，一般適用于開挖深度不大于20m 的深基坑。鉆孔灌注樁是在市政工程深基坑中使用最廣泛的一種支護(hù)樁型，一般由混凝土灌注、錨桿或高壓旋噴樁等多種形式組成。在市政工程中常用的混凝土灌注樁主要有4 種形式：①旋挖鉆床灌注樁；②沖擊式灌注樁；③樁側(cè)擠、灌漿孔灌注樁；④水射流鉆孔灌注樁。其具有施工工藝較為簡(jiǎn)單直接，施工成本可控，平面布置靈活的特點(diǎn)。與錨拉法及注漿法相比，其對(duì)周圍環(huán)境影響較小，對(duì)周圍土層沉降控制較為嚴(yán)格，安全性能更高。此外通過(guò)灌注樁還能夠有效避免傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)施工中因基礎(chǔ)不牢固、坍塌導(dǎo)致基坑開挖不能順利進(jìn)行等問題出現(xiàn)，從而進(jìn)一步提升了市政工程深基坑工程支護(hù)的施工質(zhì)量與效率。

2 深基坑支護(hù)技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用

基于上述市政工程中的常用支護(hù)技術(shù)，本文以某市政工程為例，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵施工技術(shù)兩方面說(shuō)明深基坑支護(hù)技術(shù)的具體應(yīng)用方法[2]。

2.1 工程概況

該市政工程為某市重點(diǎn)工程，基坑面積約1.5 萬(wàn)m2，基坑周長(zhǎng)為537m，基坑最小深度為11m，最大深度為13m。該建筑頂板標(biāo)高為2.45m。該基坑三側(cè)環(huán)繞駁岸，其最西側(cè)存在湖泊，北側(cè)為公園，地面標(biāo)高為5.5~6.6m，東側(cè)為路堤，路面標(biāo)高為7.5m，南側(cè)為堤擋墻，標(biāo)高為7.4m。

其地質(zhì)條件根據(jù)土質(zhì)類別可分為5 層，土層力學(xué)性質(zhì)如表1 所示。其中第一層為雜填土，整體呈現(xiàn)黑色粉質(zhì)，局部為水泥地坪，摻雜著大量磚瓦，厚度在20~620cm，此層力學(xué)強(qiáng)度較低，在施工場(chǎng)地內(nèi)分布較為廣泛。第二層為粉土，局部摻雜著粉砂，呈現(xiàn)灰黃色，厚度在3~9m，在場(chǎng)地內(nèi)普遍分布。主要礦物成分有長(zhǎng)石以及云母。第三層為粉砂夾粉土，整體呈現(xiàn)灰黃色，厚度在7~12m，普遍分布。第四層為粉土夾粉砂，整體呈現(xiàn)灰色，層厚2~5m。第五層為粉質(zhì)黏土，層厚在3~6m，中壓縮性，分布較少。此外，根據(jù)相關(guān)勘察資料，該工程所在區(qū)域平均水位為5m，歷史最高為5.5m，常年處于4.9m 左右，變化幅度較小，未發(fā)現(xiàn)不良水文條件。總體而言，雖然該工程地質(zhì)水文情況較為復(fù)雜，但不存在不良地質(zhì)作用，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性[3]。

表1 該工程土層力學(xué)性質(zhì)

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)此工程深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方面，需要遵循合理的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合各類支護(hù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行合理選擇。

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)需要因地制宜，以其安全性能為首要目標(biāo)，對(duì)地質(zhì)土層的力學(xué)性質(zhì)以及周邊環(huán)境進(jìn)行綜合考量分析，選擇出最為合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)。為此，該工程在選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循4 種原則：①支護(hù)結(jié)構(gòu)自身的剛度與強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足地基對(duì)承載力的需求，不發(fā)生傾覆、滑移現(xiàn)象，確保基坑安全穩(wěn)定，并不會(huì)對(duì)周圍建筑造成不利影響。②需要考慮此支護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性，并將其作為永久性結(jié)構(gòu)看待。③對(duì)工程的實(shí)際地貌條件以及荷載條件進(jìn)行分析，并對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行綜合考量，確定支護(hù)形式。④確保支護(hù)方案符合相關(guān)規(guī)范中的要求。

2.2.2 方案比選

當(dāng)前我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展迅速，深基坑支護(hù)技術(shù)也逐漸完善，近些年新技術(shù)、新工法層出不窮，各項(xiàng)技術(shù)均有其自身獨(dú)特的適用范圍。因此，本文分析各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，選擇支護(hù)技術(shù)。上文所述3項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

（1）基坑灌漿技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是施工過(guò)程中噪聲較小，可大幅度縮短工期，有著較強(qiáng)的整體性以及防水性能，處理范圍較廣。缺點(diǎn)是其施工難度較高，對(duì)于施工連續(xù)性有一定要求，對(duì)于深度較大、面積較大的基坑經(jīng)濟(jì)性較差。

（2）錨索支護(hù)，此項(xiàng)技術(shù)的施工速度較快，工期可控，對(duì)場(chǎng)地?zé)o特殊要求，有著較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。其缺點(diǎn)是對(duì)地質(zhì)要求較高，不適用于地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜的基坑工程。

（3）鉆孔灌注樁，此項(xiàng)技術(shù)對(duì)周圍環(huán)境影響較小，在軟土區(qū)域仍然可以使用，且其支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，基坑安全性高。但是此技術(shù)的止水能力較差，需要額外增加止水帷幕措施。

該工程基坑面積為1.5 萬(wàn)m2，周長(zhǎng)為538m，深度在11m 左右。雖然無(wú)不良水文地質(zhì)條件，但其地質(zhì)情況較為復(fù)雜，土層力學(xué)性能一般。考慮到工程造價(jià)與周邊環(huán)境因素，該基坑工程適宜采用鉆孔灌注樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，并采用三軸水泥攪拌樁制作止水帷幕，在標(biāo)高3.5m 以及1.8m 處設(shè)置排樁結(jié)構(gòu)的混凝土水平內(nèi)支撐。

2.3 關(guān)鍵施工技術(shù)

該市政工程的深基坑支護(hù)關(guān)鍵施工技術(shù)分為3 部分，分別為止水帷幕、支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑開挖，具體如下。

2.3.1 止水帷幕

止水帷幕部分選擇三軸水泥攪拌樁，其樁徑為850mm，搭接250mm，總樁數(shù)為455 幅，有效樁長(zhǎng)為18m。攪拌樁采用P.O 42.5R 級(jí)普通硅酸鹽水泥，摻加量在20%左右，水灰比為1.5。其中攪拌樁的施工工藝與流程如圖1 所示。

圖1 止水帷幕攪拌樁的施工工藝流程

具體施工方法如下。首先是測(cè)量定位，開挖溝槽與樁機(jī)調(diào)直，施工人員需要使用全站儀對(duì)成樁范圍進(jìn)行測(cè)量，在樁周圍均勻撒上白線，做好標(biāo)識(shí)。并根據(jù)放樣位置的平行方向挖掘工作槽，以樁墻寬度為準(zhǔn)確定溝槽寬度。若遇到障礙物，可采用鎬頭機(jī)進(jìn)行破除。根據(jù)樁位放置樁機(jī)，將機(jī)架垂直度控制在0.3%以下，誤差控制在50mm 以下。以此確保樁基的垂直度。其次是拌制水泥漿液，將其水灰比控制為1.5，停滯時(shí)間控制在2h以內(nèi)。再進(jìn)行混合注入，將注漿壓力控制在0.5MPa~2MPa，流量控制在150~200L/min，在攪拌樁兩側(cè)使用雙鉆頭注漿，中間鉆頭進(jìn)行噴漆。每延米樁體水泥用量為0.554t，用水量為0.8t。最后，如果攪拌樁間隔時(shí)間超過(guò)了24h，極易出現(xiàn)冷縫，可使用高壓旋噴樁對(duì)其封堵，每個(gè)冷縫至少需要3 根旋噴樁。此外，在施工中需要嚴(yán)格控制攪拌鉆機(jī)的提升速度以及下放速度，其下沉速度不能超過(guò)0.8m/min，上升速度不能超過(guò)100cm/min，具體如圖2 所示，圖中①為下沉速度，圖中②為在樁底部分應(yīng)當(dāng)以50cm/min 的速度進(jìn)行攪拌，③代表其提升速度，④代表進(jìn)入下一段施工。

圖2 攪拌樁下沉、提升速度

2.3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)

經(jīng)過(guò)平面布置及簡(jiǎn)要計(jì)算，初步擬定該工程支護(hù)樁長(zhǎng)度為23m，24m，樁徑為800mm，支護(hù)樁及鋼筋混凝土水平撐混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為C30，灌注樁間距為10000mm。其中三軸水泥攪拌樁樁徑為850mm，間距為600mm，樁間搭接250mm 布置，與鉆孔灌注樁的凈距離為100mm，在支護(hù)樁外形成止水帷幕[4]。

該工程鉆孔灌注樁的施工方法如下。其采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，并使用孔口吊筋法分段吊放對(duì)鋼筋籠進(jìn)行焊接，最后采用導(dǎo)管法進(jìn)行混凝土灌裝成樁[5]。具體工藝如圖3 所示。該部分質(zhì)量要求與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

圖3 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法

表2 支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文首先列舉了一些市政工程中常用的深基坑支護(hù)技術(shù)，并以某市政工程為例，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、方案比選與關(guān)鍵施工技術(shù)等角度簡(jiǎn)要說(shuō)明了相關(guān)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用方法。