高壓旋噴加勁水泥土樁錨支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用與探討

杜常春，羅細(xì)華，周 濤，段鈞培

(1.浙江省工程勘察院，浙江 寧波 315012;2.鄭州大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院，河南 鄭州 450001)

0 引言

20世紀(jì)90年代以來(lái)，高層建筑如雨后春筍般迅速發(fā)展，為充分利用地下空間、同時(shí)滿足高層建筑物的穩(wěn)定性要求，涌現(xiàn)了大量的深基坑項(xiàng)目。深大基坑項(xiàng)目主要位于我國(guó)沿海、沿江等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市中，場(chǎng)地淺部分布有厚度不一、含水量高、性質(zhì)差、靈敏度高的軟土。根據(jù)工程特點(diǎn)，選擇一種安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的基坑圍護(hù)方式，符合當(dāng)今節(jié)約資源、提高經(jīng)濟(jì)效益、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀。根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境的各異以及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，深基坑支護(hù)技術(shù)也不盡相同，對(duì)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及施工要求也越來(lái)越高，這促進(jìn)了基坑支護(hù)和施工技術(shù)的更新、進(jìn)步與發(fā)展，各種深基坑的支護(hù)技術(shù)也日漸完善[1－2]。

高壓旋噴加勁水泥土樁錨[3－4]是利用單管法高壓旋噴注漿技術(shù)與錨索相結(jié)合的一種新型受拉錨固結(jié)構(gòu)。通過(guò)高壓旋噴攪拌方法在土層中形成水平、傾斜或垂直的變徑水泥土樁體，然后布設(shè)錨筋，施加預(yù)應(yīng)力后，在被支護(hù)和加固的土體中形成支護(hù)與加固結(jié)構(gòu)[5－6]。

1 高壓旋噴加勁水泥土樁錨的優(yōu)越性

在深基坑的方案比選過(guò)程中，綜合環(huán)境條件、地質(zhì)條件、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)等諸方面因素，豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)確定后，為確?；颖诜€(wěn)定性及不產(chǎn)生過(guò)大變形而對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響，圍護(hù)體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度與剛度并與支撐體系相結(jié)合，支撐體系是承受圍護(hù)結(jié)構(gòu)所傳遞的土壓力和水壓力的結(jié)構(gòu)體系，與豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)共同為基坑施工提供一個(gè)可靠的結(jié)構(gòu)空間，主要有內(nèi)支撐體系與土層拉錨體系。

內(nèi)支撐體系具有形式復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)性差、施工周期長(zhǎng)、土方開(kāi)挖施工不方便等缺點(diǎn)。土層拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的是拉樁式支護(hù)結(jié)構(gòu)即圍護(hù)樁(SMW工法樁[7]或組合排樁)+錨桿(索)的支護(hù)體系;它的一端通過(guò)冠梁或腰梁與圍護(hù)樁聯(lián)結(jié)，另一端通過(guò)錨固體錨固在土體中[8]。由于軟土具有性質(zhì)差、高觸變性、高流變性等特點(diǎn)，普通的錨桿錨固段不宜設(shè)置在軟土中[3]。根據(jù)高壓旋噴注漿工藝技術(shù)與加固機(jī)理[9]，高壓旋噴加勁水泥土樁錨可適用于軟土深基坑的圍護(hù);目前，圍護(hù)樁(SMW工法樁或組合排樁)+預(yù)應(yīng)力高壓旋噴加勁水泥土樁錨支護(hù)體系在江浙滬、深圳等地區(qū)深大軟土基坑中應(yīng)用較廣，近年來(lái)隨著擴(kuò)孔技術(shù)、注漿技術(shù)、錨索回收技術(shù)等優(yōu)化設(shè)計(jì)的推廣，它的應(yīng)用范圍正進(jìn)一步擴(kuò)大，取得了較好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。與傳統(tǒng)巖土加固支護(hù)技術(shù)相比，高壓旋噴加勁水泥土樁錨技術(shù)的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下4個(gè)方面[10]:

(1)可主動(dòng)有效地改善土體物理力學(xué)性能，克服常規(guī)錨索、錨桿與軟土之間錨固力不足，以及由于塌孔而無(wú)法施工等缺點(diǎn);

(2)可適用于不同的地質(zhì)和場(chǎng)地條件，施工時(shí)有著較強(qiáng)的適應(yīng)性，所需作業(yè)空間不大;

(3)用于深基坑支護(hù)時(shí)，相比傳統(tǒng)內(nèi)支撐方式而言，具有空間開(kāi)闊、施工便利、安全性好等優(yōu)點(diǎn);

(4)相比傳統(tǒng)內(nèi)支撐支護(hù)技術(shù)，高壓旋噴加勁水泥土樁錨可有效降低工程成本，節(jié)約工程造價(jià)20% ～40%，縮短施工工期20% ～50%。

2 工程實(shí)例一

2.1 工程概況

嘉興海鹽縣武原鎮(zhèn)一商務(wù)樓工程，擬建場(chǎng)地呈東西向矩形分布，長(zhǎng)235.0 m左右，寬78.0 m左右。擬建建筑物包括:A樓6層建筑(分布于西側(cè)，地下1層，開(kāi)挖深度7.70 m)，B樓18層建筑(分布于東側(cè)，地下2層，開(kāi)挖深度11.40 m)。場(chǎng)地東、西、北側(cè)均為道路，道路下分布地下管線，埋深1.0 m左右;南側(cè)為大片空地。

根據(jù)工程勘察結(jié)果，基坑開(kāi)挖深度及影響范圍內(nèi)，地基土層分布較穩(wěn)定，自上而下為:

①素填土，松散，厚度1.00 m左右;

②層粉質(zhì)粘土，軟塑，厚度3.00 m左右;

③1粉土夾粉質(zhì)粘土，松散—流塑，厚度3.30 m左右;

③2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，流塑，厚度4.20 m左右;

⑤1粉砂夾粉土，中密，厚度9.50 m左右。

場(chǎng)地地下潛水位穩(wěn)定埋深在0.50～1.00 m，主要分布于③1層粉土層中;承壓水位埋深在3.50 m左右，賦存于⑤1層粉砂夾粉土層中，滲透系數(shù)k=2.0×10－4cm/s左右。

2.2 基坑圍護(hù)方案

根據(jù)本基坑工程的特點(diǎn)，西側(cè)A樓為1層地下室、東側(cè)為B樓為2層地下室，東、西、北場(chǎng)地較局促，用地紅線外為道路;南側(cè)很空曠，具有大放坡開(kāi)挖條件。根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，地基土層交錯(cuò)分布透水性較好的粉土層、粉砂層以及軟土層，圍護(hù)結(jié)構(gòu)不僅要解決基坑邊坡穩(wěn)定性的問(wèn)題，也應(yīng)解決地下水的問(wèn)題，特別是⑤1層粉砂夾粉土承壓含水層。

根據(jù)基坑開(kāi)挖深度、場(chǎng)地周邊環(huán)境條件及工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工等方面進(jìn)行分析對(duì)比，確定基坑圍護(hù)方案如下:對(duì)于1層地下室基坑西側(cè)、北側(cè)邊坡段采用SMW工法樁+1道高壓旋噴加勁水泥土樁錨的圍護(hù)方式，南側(cè)邊坡段采用天然放坡+1排雙軸水泥攪拌樁隔水的圍護(hù)方式;對(duì)于2層地下室基坑北側(cè)、東側(cè)邊坡段采用SMW工法樁+3道高壓旋噴加勁水泥土樁錨的圍護(hù)方式，南側(cè)邊坡采用二級(jí)放坡(坡中設(shè)置雙軸水泥攪拌樁隔上部③1層中地下潛水)+組合排樁(三軸水泥攪拌樁+鉆孔灌注樁)+1道高壓旋噴加勁水泥土樁錨的圍護(hù)方式(三軸水泥攪拌樁隔⑤1層承壓水);對(duì)于1、2層地下室高低差邊坡段采用組合排樁(三軸水泥攪拌樁+鉆孔灌注樁)的圍護(hù)方式。在2層地下室坑內(nèi)設(shè)置疏干管井(四周設(shè)置有落底式三軸水泥攪拌樁隔水帷幕)，在坑外坡頂附近設(shè)置降水管井。本基坑工程2層地下室的北側(cè)、東側(cè)邊坡是本基坑工程圍護(hù)的重點(diǎn)，其圍護(hù)剖面見(jiàn)圖1。

2.3 基坑開(kāi)挖及效果

(1)在高壓旋噴加勁水泥土樁錨的施工過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求對(duì)每根樁錨進(jìn)行張拉、鎖定控制，保證了樁錨錨固體的可靠性;本基坑工程于2013年2月破土開(kāi)挖至2013年7月基坑回填，歷時(shí)5個(gè)多月，經(jīng)歷了暴雨天氣的考驗(yàn)，總體上基坑邊坡是安全、穩(wěn)定的。在B區(qū)2層地下室北側(cè)、東側(cè)，由坑外管井降水及樁錨施工引起的水土流失，坡頂?shù)孛婕暗缆酚谐两蹬c開(kāi)裂現(xiàn)象，在樁錨施工完畢、坑外停止降水后，趨于穩(wěn)定。

(2)局部型鋼間距偏差較大的邊坡段，基坑中下部水泥土存在質(zhì)量缺陷的地方，由于水土壓力相對(duì)較大，型鋼間的水泥土難以滿足局部受剪承載力的要求，而掉塊及少量滲水，經(jīng)過(guò)在兩相鄰H型鋼的翼板之間用小方木條或鋼管支擋，再用雙液注漿加固(水玻璃+水泥漿)，取得較好效果。

圖1 海鹽商務(wù)樓項(xiàng)目北側(cè)、東側(cè)2層地下室基坑邊坡圍護(hù)剖面圖

(3)根據(jù)監(jiān)測(cè)單位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，基坑坡頂最大累計(jì)沉降40 mm左右，最大累計(jì)水平位移45 mm左右，各項(xiàng)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，總體上本基坑圍護(hù)取得了良好的支護(hù)效果及較佳的經(jīng)濟(jì)效益。

3 工程實(shí)例二

3.1 工程概況

嘉興平湖縣城關(guān)鎮(zhèn)一住宅小區(qū)項(xiàng)目，擬建場(chǎng)地呈近似矩形分布，場(chǎng)地四周均為道路。擬建建筑物主要包括:分布于四周的臨街商鋪(設(shè)置地下室1層)，多幢高層建筑(設(shè)置地下室2層)及2層地下車庫(kù)?？傆玫孛娣e26955.0 m2，地下室建筑面積35480.0 m2。四周1層地下室底板開(kāi)挖深度3.50 m左右，2層地下室承臺(tái)底開(kāi)挖深度9.10 m左右。

根據(jù)工程勘察結(jié)果，場(chǎng)地內(nèi)分布一條古河道，土層分布變化較大。基坑開(kāi)挖深度及影響范圍內(nèi)，主要地基土的組成自上而下為:

①素填土，松散，層厚1.50 m左右;

②粉質(zhì)粘土，軟塑，層厚1.40 m左右;

③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，流塑，一般地段厚度3.5～4.0 m，古河道內(nèi)厚度10.0 ～12.0 m;

④1粘土，硬—可塑，層厚3.50 m左右，古河道內(nèi)缺失;

④2粉質(zhì)粘土，可—軟塑，層厚7.50 m左右，古河道內(nèi)厚度變小。

場(chǎng)地地下潛水位穩(wěn)定埋深在0.80～1.20 m左右，各地基土層滲透性均較低，為不透水層。

3.2 基坑圍護(hù)方案

通過(guò)方案比選，最終確定基坑圍護(hù)方案如下:對(duì)于周邊1層地下室基坑邊坡(上部邊坡)統(tǒng)一采用雙軸水泥攪拌樁重力式擋墻圍護(hù)，底部按實(shí)際留置平臺(tái);2層地下室基坑邊坡(下部邊坡)根據(jù)場(chǎng)地③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的厚度情況，分段采用組合排樁(雙軸水泥攪拌樁+鉆孔灌注樁)+1～2道預(yù)應(yīng)力高壓旋噴加勁水泥土樁錨的圍護(hù)方案。根據(jù)場(chǎng)地環(huán)境及地質(zhì)條件，本基坑工程分布在古河道內(nèi)邊坡圍護(hù)是本工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，古河道內(nèi)圍護(hù)剖面見(jiàn)圖2。

圖2 平湖住宅項(xiàng)目古河道內(nèi)基坑支護(hù)剖面圖

3.3 基坑開(kāi)挖與處理

(1)本基坑工程于2013年2月土方開(kāi)挖，根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況、底板后澆帶設(shè)置的位置、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工況等因素采用分段、分區(qū)、分層開(kāi)挖，當(dāng)土方大面積開(kāi)挖至第1道樁錨下0.50 m處，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)古河道內(nèi)的邊坡段坡頂水平位移達(dá)35 mm左右，坡頂分布有細(xì)小水平裂縫;其它邊坡段水平位移在10 mm左右。當(dāng)土方大面積開(kāi)挖至第2道樁錨下0.50 m處，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)古河道內(nèi)邊坡段坡頂水平位移達(dá)60 mm左右，同時(shí)在距離基坑坡頂5.0 m左右道路上出現(xiàn)10 mm左右水平裂縫;其它邊坡段水平位移在20.0 mm左右。介于此古河道內(nèi)的剖面段基坑迅速回填處理，需經(jīng)行必要的加固處理，方能繼續(xù)開(kāi)挖。

(2)根據(jù)場(chǎng)地的地基土層及圍護(hù)方案分析得出:古河道內(nèi)邊坡段，由于③層軟土厚度大、性質(zhì)差，上部攪拌樁重力式擋墻底也未進(jìn)入性質(zhì)較好的土層中，土方開(kāi)挖至第1道樁錨位置處邊坡變形就較大，隨著土方開(kāi)挖的進(jìn)行，基坑深度隨之增加，另加地表水及地下水的作用下基坑邊坡的潛在滑動(dòng)面往深部推移，可能造成高壓旋噴加勁水泥土樁錨錨固段大大減小，樁錨抗拔承載力可能難以承受邊坡土壓力的要求，而出現(xiàn)邊坡水平位移很大，甚至失穩(wěn)。

(3)根據(jù)分析的結(jié)果，調(diào)整了后續(xù)土方開(kāi)挖方案及必要的加固設(shè)計(jì)。對(duì)古河道內(nèi)有主樓的邊坡段分倉(cāng)式先開(kāi)挖，這樣形成了長(zhǎng)度較短的邊坡段，邊坡兩側(cè)土體形成支撐效應(yīng)，有利于邊坡穩(wěn)定。澆筑主樓基礎(chǔ)并養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再開(kāi)挖主樓兩側(cè)土體，在圍護(hù)樁基坑內(nèi)留置坡率為1∶3.0的三角土體，對(duì)地庫(kù)部分基礎(chǔ)底板留置施工縫，并間隔8.4 m左右(軸線間距)設(shè)置豎向型鋼斜撐。如此實(shí)施下來(lái)，至2013年9月基坑土方全部回填完畢，從基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)看，基坑邊坡變形得到了有效控制，基坑及周邊道路是安全的。

4 分析與探討

(1)實(shí)例一基坑開(kāi)挖及影響范圍內(nèi)地基土層分布有粉土或粉砂土，該土層特別適合于高壓旋噴加勁樁錨，施工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，抗拔承載力高，在預(yù)應(yīng)力或土壓力作用下樁錨蠕變量也小，基坑邊坡變形小;且坑底為性質(zhì)較好的粉、砂土，基坑邊坡潛在滑動(dòng)面難以往深部發(fā)展，有效控制了基坑邊坡的穩(wěn)定性，取得了良好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效果。

(2)實(shí)例二基坑開(kāi)挖及影響范圍內(nèi)軟土厚度大，該土層高壓旋噴加勁水泥土樁錨施工質(zhì)量可靠性相對(duì)較差，抗拔承載力不高，在預(yù)應(yīng)力或土壓力作用下樁錨蠕變量大，且坑底為厚度較大的軟土，基坑邊坡潛在滑動(dòng)面較深，樁錨的實(shí)際錨固段往往小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，甚至在整個(gè)潛在滑動(dòng)面內(nèi)。基坑邊坡變形很大，甚至失穩(wěn)。

(3)在場(chǎng)地周邊地下空間可行的情況下，圍護(hù)樁(SMW工法樁或組合排樁)+高壓旋噴加勁水泥土樁錨支護(hù)體系，不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，減少施工周期，同時(shí)對(duì)基坑土方開(kāi)挖方案的靈活布置有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可為本地區(qū)同類深基坑工程設(shè)計(jì)提供借鑒。

(4)基坑工程作為地下工程，所處的地質(zhì)條件復(fù)雜，影響因素眾多，我們至今對(duì)巖土力學(xué)性質(zhì)的了解還不夠深入，很多設(shè)計(jì)計(jì)算的理論還不完善，建立在半理論、半經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的。基坑圍護(hù)施工過(guò)程中，加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)，做到信息化施工，加強(qiáng)應(yīng)急處理措施，做好動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)工作，確?；蛹爸苓叚h(huán)境的安全。

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