浅谈搅拌桩喷锚联合支护技术

一、基坑概述
　　1、工程概况
　　怡东花园怡清阁位于佛山市东上路文龙街南侧，锦华东路北。工程为地上裙楼六层，塔楼十六层，地下室两层的全现浇框架—剪力墙结构建筑物，总建筑面积为100066.5m2，其中地下室两层每层10215m2。
　　工程现场自然地面标高约为－0.80m，地下室基坑实开挖深度为9.0m，东北角部分基坑实际挖深10.40m。工程设计采用人工挖孔桩与天然基础联合的方式作为建筑物的基础。
　　2、场地地质概况
　　根据工程勘察报告，该场地地层主要由人工堆积杂填土、冲积成因的粉质粘土、粉土、淤泥质土、粉细砂及中粗砂、砾砂、淤泥、泥炭残积成因的粗砂、粉土以及泥岩组成。各层土质具体描述如下：
　　第四系：厚度6.20～18.60米。自上而下分为7层：
　　（1）杂填土：厚0.90～3.20米。进行标准贯入试验2次，校正击数平均值N=3.9击，fk=80kPa。
　　（2）粉质粘土、粉土（Qal）：顶板埋深1.10～2.60米，厚0～1.60米。校正击数N=3.8击。
　　（3）淤泥质粉质粘土、淤泥（Qal）：顶板埋深0.90～3.20米，厚0～2.50米。共进行标准贯入试验3次，校正击数平均值N=2.8击。
　　（4）粉细砂、粉土（Qal）：顶板埋深2.30～4.10米，厚2.00～6.30米。校正击数N一般在1.8～13.7击，平均值6.9击。
　　（5）淤泥质粉土、淤泥质粉质粘土、淤泥（Qal）：顶板埋深5.40～10.20米。进行标准贯入8次，校正击数平均值N=1.7击。
　　（6）粉质粘土（Qal）：顶板埋深5.80～9.00米，N=1.7～5.3击。
　　（7）粗砂、砾砂（Qal）：顶板埋深8.20～15.40米。
　　（8）残积粉质粘土（Qel）：顶板埋深6.00～16.50米。残积土层厚度变化较大，厚0～7.15米。校正击数N一般在4.2～36击之间。
　　第三系：顶板埋深6.20～18.60米。钻厚11.30～39.70米。
　　（9）强风化带：顶板埋深6.20～18.60米。岩性以泥质粉砂岩为主，局部为泥岩。紫红色，胶结程度差，一般含水量高，岩质软硬变化大，呈坚硬土状～半岩半土状～坚硬碎块状。
　　（10）中风化带：顶板埋深7.40～25.10米。岩性以泥质粉砂岩为主，局部见粉砂岩、粗砂岩及砾岩等，紫红色，胶结程度较好，岩心一般完整，局部稍破碎，岩质软硬～坚硬，夹多层强风化夹层。进行标贯试验3次，校正击数平均值N=32.6击。
　　（11）微风化带：顶板埋13.40～44.20米。
　　综合分析地质情况，各向地层简述如下：
　　（1）东向：杂填土→粉细砂→粘土→残积粉质粘土→泥质粉砂岩（埋深变化较多），强风化泥岩顶板埋深为9～16m。
　　（2）南向：杂填土→淤泥质土→淤泥、淤泥质土（埋深较深，厚度大，流塑～软塑）→较薄的粗砂层→残积粉质粘土→泥质粉砂岩。
　　（3）西向：对于基坑支护，靠近北向地质情况较好，靠南向则地质情况较差，西南角部分存在8米左右厚的流塑、软塑土层。
　　（4）北向：杂填土→粉细砂→残积粉质粘土→泥质粉砂岩，基岩埋深较浅，强风化泥岩顶板埋深一般为9～11米。
　　场地地下水属潜水，水量丰富，主要含水层为粉细砂层，透水性强，地下稳定水位为－0.6～－1.4m之间，地下水位较浅。
　　二、基坑支护方案的选择
　　1、支护方式的比较
　　根据该工程的地质条件以及现场的情况，结合佛山地区地下室基坑的施工经验，该基坑开挖可采用搅拌桩止水加灌注桩门式刚架支护方案和搅拌桩止水加喷锚联合支护方案等。
　　两种方案止水方式相同，对比之下，灌注桩门式刚架支护方式的优点在于位移少，稳定性较好，但缺点较为突出：工期长，造价高。因地下室周长较大，用作支护的灌注桩数量多，加上桩的混凝土冠梁与连系梁，引起工程的造价偏大。且施工灌注桩时不能进行土方开挖，势必造成工程工期较长，不利建筑物的销售。而喷锚联合支护方案优点在于工艺成熟，简单，造价低。而且边开挖边做支护，可大大加快施工速度，缩短工期。该方式的缺点在于位移较大，而且在砂层较厚的地方不易成孔，会引起砂土的流失，但上述缺点可通过改进施工工艺，优化设计方案等来控制。
　　根据本工程的实际情况，周边无重要的建筑物和管线，对位移控制要求不是特别严格，而且建设单位要求的工期赶。综合多方面考虑，采用搅拌桩止水加喷锚支护的方案是安全可行的，经济合理的。
　　2、支护方案的细化
　　根据本工程占地面积大，周长较长，地质变化不均匀，再场场地阔窄不一的实际情况，对基坑各向支护分别按具体情况进行锚杆设计，具体如下：
　　（1）止水
　　根据地质资料显示，该场区砂层较厚，地下水丰富且渗透性好，止水帷幕的质量好坏直接影响基坑开挖顺利与否。本工程采用双排搅拌桩作止水帷幕，搅拌桩桩径为600，桩间搭接300，排间搭接200，两排桩桩心错开1/2d，桩尖进入残积粉质粘土层500mm。地下室采用井点降水，共设20个φ550的降水井。详见平面图。（2）各向支护方式
　　东、南、西向：均具备较阔的场地，采用先放一级坡再垂直下挖的方式进行。用1:1放坡至2.5m，留设－2.5m的操作平台，由上而下共设六道或七道锚杆，其中，第三、五道锚杆为预应力锚杆。具体参见3－3剖面。
　　北向：不具备放坡条件，垂直下挖，设七道锚杆，其中第三、五道为预应力锚杆，具体见1－1剖面。三、基坑的施工
　　工程的特点之一是工期紧，而且建设单位要求尽量节省造价，我公司定下的施工顺序为：深层搅拌桩止水帷幕施工→土方分层分段开挖→喷锚支护→挖至土方平衡面→桩基础施工→土方继续开挖至设计标高→喷锚支护。
　　各工序的施工工艺及质量控制简述如下：
　　1、深层搅拌桩施工
　　施工前，应严格按设计方案进行搅拌桩定位，每隔5根桩以及转角位采用竹片定位，施工流程如下图所示：
　　主要技术参数：桩径为600mm，桩间搭接300mm，排间搭接200mm，两排桩中错开300mm。桩长以桩尖进入残积土层500mm以上。水泥掺入量为15％，水灰比为0.45～0.5，送浆压力为0.4～0.8Mpa，搅拌提升速度≤1m/min，桩身垂直度控制在1％以内。
　　施工工艺：采用控制水泥总量，反复少量多次喷浆的工艺，保证四喷四搅。由于本场区淤泥层厚，为保证成桩质量，拌制浆液时可适量掺加泥粉，以增加浆液浓度，增强其在淤泥层中的粘结力。另外，由于相对隔水层——残积粉质粘土层的埋深变化较大，桩长的变化除根据地质资料调整外，还应考虑桩机的工作电流的变化调整，确保桩尖进行残积粘土层500mm。另外，施工过程中常检测桩的垂直度，常检查钻头的磨损情况，确保桩的垂直度及桩径。又因为工期赶，拌制浆液时适当添加早强剂，以加快桩身早期强度的增长。
　　2、降水井的施工
　　采用进点降水，在基坑四周以及中间布置20个φ550mm的降水井排水。降水井采用工程钻机成孔，安放钢筋笼外包砂网。由于场地的东南及东北角在－14m左右有一层粗砂及砾砂层，为防止挖孔桩施工时出现流砂、涌砂现象，该位置的降水井深至18m，其余为8～10米不等。另外，在基坑的外围设6个观测井，为基坑土方开挖观测水位变化提供依据。
　　在整个施工过程中落实专人负责抽水，保证不间断抽水。
　　3、土方开挖及支护
　　a.土方开挖：为确保喷锚支护施工的各开挖层段的整体稳定性，土方分层分段跳挖，每段开挖宽度为15～20米，跳挖间距为15～20米，充分利用未开挖土体的压力达到保持喷锚支护整体稳定的目的。
　　土方开挖时，严格控制分层开挖的深度，应尽量减少锚杆施工的超挖深度。
　　b.锚杆施工：
　　成孔：采用工程钻机成孔，钻进过程中应尽量减少对孔壁的土层的扰动，以防止孔壁坍塌。同时采用泥浆护壁成孔，成孔直径、角度及深度必须符合设计要求。
　　由于本场地砂层较厚，在该土层成孔时利用稻草和麻袋等来防止砂土的流失，避免了大量砂土流失而引起较大的沉降或位移。
　　下锚：锚杆成孔，清孔后，将预制好的钢筋锚杆顺直插入孔内，注浆管绑扎在锚杆上连同插入孔底250～500mm处。预应力锚杆外段留3米自由段。
　　如果下锚插入深度达不到成孔深度，说明孔壁已坍塌，应重新进行扫孔下锚。
　　对于砂层太厚无法成孔的局部位置，改用钢管锚杆代替钢筋锚杆体。注浆：注浆前应先进行清孔，排出孔内沉渣，采用一次常压全孔注浆法进行注浆。浆液采用32.5普通硅酸盐水泥配制，掺入水泥重0.03％的三乙醇胺作为速凝剂，水灰比为0.45，注浆压力为0.5～1MPa，注浆开始或中途停止超过30分钟时，应用稀水泥浆润滑注浆泵及管道；孔口部位设置止浆塞及排气管，注浆管逐步向外拔至孔口，等排气管停止排气且孔口溢出水泥浆时才停止注浆。注浆液随拌随用。做好详细的注浆记录。
　　为防止孔壁坍塌，注浆应在锚杆成孔后即时进行，以确保注浆效果。在砂层较厚容易塌孔的层段，可采用二次注浆的施工方法，即入锚时同时放入两根注浆管，当第一次注浆完毕待浆液初凝后，再进行二次注浆，以确保锚矸的抗拉能力，增加基坑支护的安全。
　　事实证明，通过预应力锚杆的预应力以及二次注浆等施工方法，有效地控制了基坑的位移。整个基坑施工过程中，周边的沉降位移无均不算大，并未影响到周边的建筑物以及管线。虽然施工中也局部出现砂土流失引起的开裂和空洞等现象，但通过回填以及注浆等方法，有效地控制了上述不良现象，并未影响到周边的安全。
　　连系梁：在第三排和第五排预应力锚杆处设置两道连系梁，采用20槽钢，使得施工方便快捷。槽钢连系梁必须紧贴喷砼面，必须通长连接，确保预应力锚杆张拉后整体受力，以加强基坑支护的整体稳定性。c.挂网喷砼钢筋采用φ150，加强筋采用φ16，钢筋网在开挖面修好后立即铺设，并通过加强筋将钢筋网与锚杆体利用锁定板焊接牢固。喷射细石混凝土应分层自上而下进行，后一层应在前一层混凝土终凝后进行喷射。喷射时应将骨料充分搅拌，控制好水灰比。混凝土强度为C20，碎石粒径不大于10mm，配合比（水泥：砂：石为1：1：2）。
　　四、基坑支护观测
　　1、地下水位观测
　　通过基坑外的观测井，每天专人用钢尺丈量水位的变化，做好记录，并描绘水位变化曲线。
2、水平位移观测
　　在基坑的周边每隔10～15m设置观测点，由专人用经纬仪监测支护结构的水平位移变化，每天不少于一次。并做好详细记录，描绘位移曲线。该工程施工至±0.00板时，最大水位平位移为3.5cm。
　　3、沉降观测
　　测点布置在周边路面以及民房等永久建筑物上，每天由专人用水准仪及目测方法进行测量，做好记录并描绘沉降曲线。整个施工过程中只有西面局部位置在锚杆成孔时流砂严重，导致一个观测点沉降量为3.8cm，后经灌砂及注浆等处理，沉降很快得到控制没有继续发展。
　　五、小结
　　随着经济的发展，在佛山成为广东省第三大城市的新形势之下，含地下室的高层建筑必将越来越多。深基坑的支护技术也将越来越普遍。通过本工程的基坑支护施工，总结一些经验。
　　深层搅拌桩作止水帷幕，具有设备轻，占地少，移位灵活，噪音少，无振动等优点，且成桩快，成本低廉，质量可靠。对于含有较厚粉细砂层的且土的承载力不大的地区尤其适用。
　　锚杆支护，尤其是预应力锚杆支护，就其抗拔力而言是合理的，也可以很好地控制支护结构的水平位移。但在砂层较厚的地区，在成孔时必须注意预防大量流失砂土，以免出现沉降较大和开裂等不良现象。同时，在施工时应注意护壁，慎防塌孔，确保成孔质量和锚杆体的注浆质量，以保证锚杆的拉力。对于局部难以成孔的地方，可以考虑采用钢管锚杆来代替钢筋锚杆。
　　在基坑开挖施工过程中，必须严格进行观测支护，出现异常情况应马上分析原因并采取合理的处理措施。

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