逆作法施工技術在基坑支護中的應用

黃 紅 軍, 文 真 平, 侯 錕

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 611830)

1 概 述

某工程地下室與武漢市地鐵2號線區間隧道結構平行的一側基坑邊長約170 m,且基坑邊距離地鐵最近處的距離約為12.2 m。該基坑東側為市政道路,距離臨街建筑物較近,基坑北側為中學,基坑西側為該工程一期項目,基坑南側為市政主干道?；又苓叺缆废侣癖姸嗟叵鹿芫€,相鄰道路另一側分布高低不等、數量不一的建筑物。

依據上述工程建設的周邊環境條件,無論從深基坑開挖深度數倍范圍受到變形影響,還是出于對深基坑挖土卸載坑底隆起后會加大其周圍地表沉降的考慮,對地鐵2號線區間隧道、道路管線、周邊建筑物的保護,確保工程周邊環境的絕對安全是該基坑工程實施的首要任務。

2 基坑支護的設計

2.1 基坑工程的水文地質特點

該工程水文地質條件較復雜,且因地下室開挖深度范圍內地層巖性均為砂層且其透水性較強,導致其成為風險性較大的深基坑圍護工程。該基坑地下室的開挖必須依靠減壓抽水的方式方能保證基坑的穩定與施工安全,但降水將會導致原有的水土應力平衡狀態受到破壞,進而引發地面沉降等人為地質災害。

因此,如何確?；又顾∧坏挠行圆⒋_保降水引起的土體變形不會對鄰近建筑物和地下管線等產生危害,需要認真研究并予以解決。

2.2 北區基坑支護的設計

(1)基坑圍護體系。北區基坑的開挖深度為16.15～17.75 m,基坑圍護墻體采用0.80 m厚的地下連續墻,墻深46.60～48.60 m,旨在隔斷承壓水。墻底進入中風化泥巖或砂巖2.50 m以上,其隔水性能可靠。地下連續墻內外側各設一道3Φ850@600 mm三軸水泥土攪拌樁進行槽壁的加固處理,加固深度至坑底8.00 m以保證地下墻的施工質量和止水帷幕的可靠性,以進一步控制施工對周邊建筑物造成的不利影響。

(2)基坑支護體系。采用三層樓板支撐體系。對B0～B2板在結構樓板的基礎上予以加強并將其作為施工平臺,對樓梯、電梯等孔洞位置設置取土口。其中B0板內的支撐類型采用700 mm×800 mm邊梁、1 000 mm×800 mm對撐及角撐、700 mm×600 mm聯系桿;B1板內的支撐類型采用800 mm×800 mm邊梁、1 200 mm×800 mm對撐及角撐、700 mm×700 mm聯系桿;B2板內的支撐類型采用800 mm×800 mm邊梁、1 200 mm×800 mm對撐及角撐、700 mm×700 mm聯系桿。

(3)土體的加固。對于靠地鐵2號線一側的被動區采用Φ800@600 mm高壓旋噴樁進行加固處理,高壓旋噴樁采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥。水泥∶粉煤灰=1∶0.3,水泥和粉煤灰的用量為550 kg/m3。水泥漿液的水灰比為0.80。

(4)坑內降水系統。在該工程基坑內共設置孔徑為600 mm的降水井16口,能夠滿足降水要求。

2.3 南區基坑支護的設計

(1)基坑圍護體系。南區基坑外圍的開挖深度為16.05 m,基坑的圍護墻體采用0.80 m厚的地下連續墻(地鐵沿線先期施工的墻為1.00 m厚的地下墻),墻深48.60～51.60 m,用以隔斷承壓水,墻底進入中風化泥巖或砂巖2.00 m以上,隔水性能可靠。在地下連續墻內外側各設一道3Φ850@600 mm三軸水泥土攪拌樁進行槽壁的加固處理,加固深度至坑底8.00 m以保證地下墻的施工質量并保證止水帷幕的可靠性,以進一步控制施工對周邊建筑物產生的不利影響。

該區主樓開挖深度為13.05 m,其與裙樓交界處采用Φ1 000@1 200 mm鉆孔灌注樁,鉆孔樁樁長29.70 m;鉆孔灌注樁靠近后開挖基坑一側采用3Ф850@600 mm三軸水泥土攪拌樁止水;鉆孔灌注樁靠主樓側設一排Ф800@1 200 mm高壓旋噴樁;靠裙樓側設一排3Ф850@600 mm三軸攪拌樁。

(2)基坑支護體系。

①主樓支護體:采用兩道鋼筋混凝土支撐,其中第一道內支撐類型為1 200 mm×900 mm頂圈梁、900 mm×800 mm主撐、700 mm×700 mm聯系撐;第二道內支撐類型為1 300 mm×900 mm圈梁、1 200 mm×800 mm主撐、800 mm×800 mm聯系撐。

②群樓支護體:采用三層樓板支撐體系。對B0～B2板在結構樓板基礎上予以加強后作為施工平臺,對樓梯、電梯等孔洞位置設置取土口。其中B0板內的支撐類型為800 mm×800 mm主撐、800 mm×800 mm邊梁;B1板內的支撐類型為800 mm×800 mm主撐、800 mm×800 mm邊梁、1 300 mm×800 mm圍囹;B2板內的支撐類型為800 mm×800 mm主撐、800 mm×800 mm邊梁、1 300 mm×800 mm圍囹。

(3)坑內降水系統。共設孔徑為600 mm的降水井32口,孔徑為300 mm的觀測井2口。其中主樓布置了6口降水井,2孔觀測井;裙樓布置了26口降水井。

3 施工總體規劃情況

首先進行地連墻內外兩側的三軸攪拌樁施工,對其上部土體進行加固,然后進行地連墻及地下室、主樓灌注樁的施工,并在地連墻施工的同時進行灌注樁施工[1]。因此,整個施工現場的布置需要考慮地連墻與灌注樁同時施工期間的場地臨建、機械布置等,盡量在不影響地連墻施工的同時安排更多的旋挖設備進行灌注樁施工以滿足合同工期要求。

4 施工工藝

該工程涉及到的施工工藝有泥漿護壁鉆孔灌注樁、立柱樁、鋼管樁、地下連續墻、三軸攪拌樁、高壓旋噴樁、降水井、內支撐等[2]。具體的施工工藝流程為:三軸攪拌樁→高壓旋噴樁→降水井→地下連續墻→立柱樁→鋼管樁→灌注樁→內支撐→B0板→土方開挖。

5 工程的重、難點問題及解決辦法

(1)工期緊、交叉作業嚴重、現場管理難度大。根據甲方要求,工程必須在2015年9月底完成全部基坑(包含主樓及裙樓基礎處理)施工,且各階段施工節點工期明確。為此,項目部自2014年12月中旬進場以來一直處于現場施工高峰期,各工序交叉施工造成的影響極為嚴重,加上現場場地有限,整個施工現場一直處于較為擁擠的狀態。在施工高峰期,整個施工現場共投入280型及360型旋挖鉆機12臺、沖擊鉆機11臺、三軸攪拌樁機3臺、抓頭4臺、高壓旋噴樁機4臺、高壓旋噴引孔鉆機2臺、250 t履帶吊2臺、150 t履帶吊2臺、50 t履帶吊2臺、反挖5臺、裝載機2臺、各種型號的汽車吊7臺、施工及管理人員近300人。鑒于設備及人員投入眾多,進而加大了現場施工管理的難度。項目部在強化管理的同時,建立健全了各項管理及應急處置方案,強調了各工種間的相互配合,使整個項目在施工高峰期間一直處于緊而不亂的狀態,未發生因現場管理混亂而造成停工或窩工的情況。

(2)地下連續墻施工。地下連續墻施工是公司進入城建開發市場以來首次涉及到的,以往沒有類似可供參考的經驗且在這方面存在技術實力薄弱的現狀,因此,施工期間,地下連續墻各工序的質量控制成為項目技術管理工作面臨的難點之一。項目部在地下連續墻施工的前期,有針對性地聯系并走訪了武漢當地在建地下連續墻項目,進行了參觀學習,將其他項目地下連續墻施工流程以照片、視頻的形式記錄并進行認真研究。同時,項目部在公司的大力支持與幫助下,聘請國內知名地下連續墻專家、教授親臨現場指導施工,并對項目技術管理人員進行了相關知識的培訓,使項目部所有人員對地下連續墻的施工技術有了更進一步的了解,使地下連續墻的施工質量從一開始就得到了有效的控制,并為今后類似項目施工提供了可供參考的經驗。

(3)地連墻接頭的處理。在有效保證地連墻垂直度的同時,若不能很好地控制兩墻之間接頭工字鋼內泥漿或混凝土的清理(地下連續墻成槽期間,由于其需要穿過砂層,該層段可能會出現槽徑擴大的情況,在混凝土澆筑期間該部位會出現混凝土繞滲現象),將會極大程度地影響工程施工質量,導致出現接頭處滲水等質量問題。

針對這一問題,經項目部多方咨詢取證,在施工期間采用沖擊鉆機、抓斗斗具更換加長斗齒并配合方形鋼刷等方法對地下連續墻工字鋼內部可能存在的混凝土及泥皮進行了認真的處理,處理合格的標準以鋼刷上無泥皮及沖擊鉆機鋼繩垂直放至孔底繩鎖無偏斜為準[3]。

(4)鋼管樁的施工。該項目除地下連續墻施工為公司首次涉及外,鋼管樁施工亦為公司首次涉足,亦成為該項目施工的重中之重。其作為主體結構柱的一部分施工難度不亞于地下連續墻施工,特別是鋼管樁施工期間垂直度的控制是該項目樁基施工的最大難點。為加強對鋼管樁垂直度的控制,項目部在借鑒南國中心一期成敗經驗的同時,先后赴北京及天津鋼管樁施工優秀的項目取經,并與監理單位和總包單位多次聯合召開鋼管樁施工質量控制研討會,共同解決了鋼管樁施工期間遇到的問題,使鋼管樁施工一直處于受控狀態。同時,項目部根據現場實際情況及鋼管樁施工工藝特點,在原有鋼管樁施工工藝的基礎上對鋼管樁調垂架、鋼管樁溢漿口及鋼管樁栓釘包裹等進行了優化處理,以加強對鋼管樁施工過程中的質量控制,受到了相關單位的好評。

(5)地下障礙物的處理。整個項目施工作業面下3.00～5.00 m處存在原建筑物的廢棄樁基礎等障礙物,且其分布不明,如不及時清理將極大程度地影響到樁基及地下連續墻的施工。但由于該項目施工工期緊張,采用大規模開挖查實后再進行處理的辦法不能滿足現場施工要求。為此,項目部與業主單位一起在查明原建筑物名稱之后,通過各種渠道最終在檔案館找到了部分原建筑物基礎圖紙手繪版,并結合該圖與項目周邊相似建筑物的關系情況繪制在該項目基礎圖上,從而較為準確地確定了項目下部廢棄基礎的位置;同時,結合原建筑物不同的基礎形式,采用開挖破除、避讓等方法進行處理;對于無法避讓的樁孔,如鋼管樁樁位則采用沖擊鉆機定點清除的方法進行處理。與此同時,做好了現場施工設備的統籌安排,避免了施工設備出現閑置窩工的情況,使該項目的最終工期得到了保證。

6 技術創新

(1)帶式泥漿壓濾機工程泥漿固液分離及廢漿回收處理系統[4]具有的特點:

①自動化程度高。

②連續運行。

③運行費用低。

④脫水效果好。

⑤整機壽命長。

(2)逆作法鋼管柱調垂固定[5]具有的特點:

①高效性。

②先進性。

③實用性。

(3)二級式混凝土浮漂具有的特點:

①深孔泥漿比重推算法。深孔泥漿比重的測量一直是在工程現場很難實現的一個問題,特別是在沒有反循環泥漿凈化器的情況下檢測深孔泥漿比重更為困難?；诖祟惽闆r,項目部技術人員提出了一種較為準確的推算方法:根據水下灌注樁施工工藝,正循環澆筑前需要泄壓,而存在負壓的根本原因在于沖孔的循環漿比重小于孔內的泥漿比重,導管內的漿面高于孔內漿面即為不同比重漿液在孔底實現壓強相等的一種平衡狀態。這里應該注意的是:循環漿是流動漿,應將其看做是密度均勻的液體;而鉆孔時的泥漿則是越靠近孔底其比重越大。孔內鉆孔漿的比重與孔深之間必然為二次函數關系,可以通過多次試驗找出兩者之間的二次關系,繼而求出孔內泥漿比重的平均值。而孔口的泥漿比重可以在現場測得,以泥漿比重平均值和孔口泥漿比重為已知數據,采用微積分的方法即可求出孔底泥漿比重。

②二級式沉浸法。該新型測量工具主要由兩部分組成:一級配重和二級浮球。浮球上下各有一個繩環,下繩環用于懸掛配重,上繩環用于連接測繩。

工作時,在混凝土澆筑過程中將浮漂沉浸于孔中:

第一步:進入泥漿中,所有部件在配重的作用下迅速下沉。

第二步:浮球配重進入混凝土層,此時配重因黏滯力失去大部分作用,其使命完成。

第三歩:二級浮球在混凝土及泥漿浮力下不會沒入混凝土中,但其隨著混凝土標高的上升而上升。

據此能夠準確地測得混凝土澆筑面,并且能夠隨著澆筑面的上升而不斷上升。但是,隨著浮球的上升測繩也會松弛下來,時間久了即會使松弛的測繩纏繞在導管上而使其失去測量的作用。因此,在測量過程中,浮球每上升50 cm即需由人工手動使測繩繃緊,但其較之過去固定位置式的測量已具備半自動化功能。

通過該測具的應用,更好地把控了工程質量,使測量結果以一種直觀的方式呈現出來,簡化了許多驗收程序,同時保證了樁基工程的質量,節約了混凝土成本。這樣一種結果準確的混凝土澆筑面測量工具的誕生告別了以往經驗式的判定方法,實現了測量的半自動化,并為在此基礎上的進一步發展提供了巨大的空間?？梢韵胂?其第二代產品會在第一代產品的基礎上增加恒微力卷揚機,使收測繩時不再需要人力,也不必擔心測繩纏繞,進而實現全自動化;第三代產品將在第二代產品的基礎上增加速率分析裝置,能夠在混凝土澆筑過程中,根據混凝土的澆筑量及上升速率分析其孔徑的變化,得出直觀的樁徑圖形,能夠準確分析出成樁質量,進而提前做出整改方案。

7 結 語

該項目基坑工程無論是其施工工藝、施工質量和施工難度都極具挑戰性。項目部在組建管理團隊和前期策劃階段公司即高度重視,組建了一支優秀的管理團隊。項目前期,為保證項目的施工安全、質量及進度,公司和項目部在技術、質量、文明施工等方面進行了大量的考察研究,制定了科學合理的施工方案并采用了一些先進技術,經項目部全體人員的共同努力,在公司強有力的幫助、指導下,較為圓滿地完成了該項目的施工任務。該工程所采用的逆作法施工技術非常成功,亦為今后的項目應用積累了經驗。