軟土富水地質(zhì)建筑基坑工程中型鋼復(fù)合噴錨+內(nèi)支撐支護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究

方俊楠

摘 要：結(jié)合重慶市五桂堂歷史文化街區(qū)項(xiàng)目，深入分析了工程項(xiàng)目場(chǎng)地巖土、水文特點(diǎn)及對(duì)工程基坑施工造成的不利影響。通過(guò)合理分析場(chǎng)地實(shí)際情況，選擇型鋼復(fù)合噴錨+內(nèi)支撐支護(hù)技術(shù)方案，并詳細(xì)分析了基坑開(kāi)挖、型鋼鋼架制作與安裝、縱向連接筋與鋼筋網(wǎng)片安裝及噴射混凝土等施工環(huán)節(jié)技術(shù)要點(diǎn)，以期為復(fù)雜地質(zhì)條件下的工程施工提供有益參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì);基坑工程;型鋼復(fù)合噴錨;內(nèi)支撐

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）28-0-03

Abstract： Combined with the project of wuguitang historical and cultural block in Chongqing， this paper deeply analyzes the geotechnical and hydrological characteristics of the project site and its adverse impact on the construction of foundation pit. By reasonably analyzing the actual situation of the site， reasonably selecting and applying the technical scheme of section steel composite shotcrete anchor + internal support， and analyzing in detail the key construction technical points of foundation pit excavation， fabrication and installation of section steel frame， installation of longitudinal connecting reinforcement and reinforcement mesh， shotcrete and so on， in order to provide useful reference for engineering construction under complex geological conditions.

Keywords： complex geology;foundation pit works;section steel composite shotcrete anchor;inner support

隨著城市建筑工程數(shù)量不斷增加，建筑工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，建筑工程基坑周?chē)h(huán)境和施工條件日益復(fù)雜，對(duì)建筑工程施工質(zhì)量和施工安全提出了更高的要求，不僅要保障基坑建筑施工安全，還應(yīng)當(dāng)防范和控制因基坑施工引起的周?chē)鷺?gòu)建物、道路、管網(wǎng)等沉降問(wèn)題。結(jié)合重慶市桂堂歷史文化街區(qū)項(xiàng)目，深入研究軟土富水地質(zhì)條件下型鋼復(fù)合噴錨和內(nèi)支撐支護(hù)技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

重慶市五桂堂歷史文化街區(qū)項(xiàng)目總建筑面積為73 873.37 m2，其中地上建筑面積為50 931.07 m2，地下建筑面積為22 941.30 m2，由14棟2～5層建筑組成。該工程主要結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，建筑混凝土框架結(jié)構(gòu)等級(jí)二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50年，抗震設(shè)防烈度6度。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)探勘結(jié)果，該工程處于重慶市商業(yè)街區(qū)，周?chē)邔咏ㄖ镙^多。工程西臨人民東路，擬建場(chǎng)地與市政道路紅線最小距離為18.2 m;南臨擬建建涪北路;東臨擬建中山東路，擬建建筑距離道路紅線最小距離為2.0 m;北為已有高層建筑，建筑距離道路紅線最小距離為15.0 m。同時(shí)，根據(jù)場(chǎng)地巖土勘測(cè)資料，該工程場(chǎng)地地形總體呈西高東低走向，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，但軟土厚度大、地下水位高，給本工程基坑施工造成了一定困難。該工程為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，持力層為砂巖層，基坑開(kāi)挖深度為8 m。

2 工程地質(zhì)與水文條件分析

2.1 工程地質(zhì)條件分析

擬建場(chǎng)地地貌單元屬于丘陵斜坡地貌區(qū)，地形呈西高東低走向，地形坡度為10°～20°，局部為陡坎邊坡，最高點(diǎn)高程為219 m，最低點(diǎn)高程為175 m，相對(duì)高差44 m。同時(shí)，沿紅線分布存在環(huán)境邊坡，邊坡高度為3～5 m。該工程地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)斷層或破碎層，無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象。場(chǎng)地巖土類型主要為雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、泥巖及砂巖等?；A(chǔ)土層以素填土、粉質(zhì)黏土為主，巖土層厚度為5～12 m。巖層以泥巖為主。根據(jù)巖土勘測(cè)結(jié)果，施工范圍內(nèi)巖土層主要為雜填土和粉質(zhì)黏土，穩(wěn)定性較差。

2.2 水文地質(zhì)條件分析

涪陵區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，夏季炎熱，冬季多霧，常年平均氣溫為18.3 ℃，年最大降雨量為1 451.7 mm，最小降雨量為836.5 mm，年平均降雨量為1 104.2 mm，降雨量呈季節(jié)分布，以春、夏、秋季為主，冬季僅為6%。自然降雨以5—9月份為主，占全年降雨量的66.1%，且暴雨集中、強(qiáng)度大，年平均日最大降雨量為210.3 mm。受自然降雨補(bǔ)給，擬建場(chǎng)地地下水位主要為上層滯水、孔隙承壓水，地下水豐富，水文較高，水文連續(xù)性差，無(wú)統(tǒng)一的自由水面，水文埋深為0.80～2.75 m，平均水位為1.1 m，且隨地形和季節(jié)變化而變化?？紫冻袎核饕x存于泥巖層和砂巖層，與周?chē)叵滤?lián)系密切，水量豐富，季節(jié)性變化規(guī)律明顯，開(kāi)挖土方易引起流土、流砂、突涌等問(wèn)題。

由于該工程基坑開(kāi)挖深度較淺，基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)主要受上層滯水影響，且該工程雜填土和粉質(zhì)黏土厚度較大，易在土方開(kāi)挖工程中出現(xiàn)滑坡、突涌等問(wèn)題，對(duì)工程施工影響較大。同時(shí)，該工程基坑周?chē)h(huán)境較為復(fù)雜，對(duì)基坑變形控制要求高?；娱_(kāi)挖邊坡地下管網(wǎng)密布，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工作業(yè)空間狹小，難以采用大型機(jī)械作業(yè)，導(dǎo)致不能采用排樁、SMW工法樁或地下連續(xù)墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

3 型鋼復(fù)合噴錨+內(nèi)支撐支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 基坑支護(hù)選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到該工程施工實(shí)際情況和基坑安全、質(zhì)量和工期要求，該工程采用型鋼復(fù)合噴錨和內(nèi)支撐組合支護(hù)結(jié)構(gòu)。該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中，型鋼復(fù)合噴錨支護(hù)墻可兼作基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑止水帷幕，并可同時(shí)作為通道結(jié)構(gòu)外墻，從而降低基坑工程造價(jià)。該支護(hù)結(jié)構(gòu)由型鋼鋼架與復(fù)合噴錨組成，不需大型機(jī)械設(shè)備作業(yè)，占用空間小、靈活性高，可根據(jù)地質(zhì)條件和基坑變形情況調(diào)整型鋼間距和內(nèi)支撐間距，以有效控制基坑變形。此外，根據(jù)基坑開(kāi)挖施工要求，可通過(guò)超前錨管注漿方法對(duì)巖土層進(jìn)行逐層超前加固，有利于穩(wěn)定基坑土層，防止基坑邊皮在側(cè)向滯水補(bǔ)給的情況下出現(xiàn)流砂、滑坡等問(wèn)題。

根據(jù)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，該工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用midas軟件對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，采用型鋼復(fù)合噴錨+內(nèi)支撐支護(hù)技術(shù)，基坑最大水平位移為27.6 mm，最大沉降值為30.1 mm，鋼支撐最大軸力為567 kN，橫向工字鋼最大彎矩50.1 kN·m。根據(jù)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)有限元分析，確定基坑支護(hù)方案：①基坑頂部設(shè)置800 mm×500 mm鋼筋鎖口圈，預(yù)防和控制基坑沉降問(wèn)題;②鎖口圈頂部設(shè)置1 100 mm高、240 mm厚的磚砌防洪圈;③型鋼復(fù)合噴錨墻厚度為300 mm，型鋼鋼架工字鋼豎向間距750 mm，每榀工字鋼間隙采用雙層Φ22 mm×300 mm縱向鋼筋焊接，縱向連接筋為Φ6.5 mm×150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)片連接，焊接并綁扎鋼筋網(wǎng)片后，噴射厚度300 mm、強(qiáng)度C20的混凝土;④超前注漿錨管厚度3.5 mmΦ6.5 mm鋼管，長(zhǎng)度2.5 m，水平間距為0.5 m，沿每榀鋼架布設(shè);⑤基坑支撐采用Φ245 mm×8無(wú)縫鋼管內(nèi)支撐，鋼管水平間距3.6 m，豎向間距為2.25～2.50 m;⑥基坑開(kāi)挖至坑底后及時(shí)封底，封底施工采用雙層Φ22 mm×300 mm連接筋按1.1 m間距布設(shè)，附加雙層Φ6.5 mm×150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)片，噴射混凝土厚度300 mm，噴射混凝土施工完成后，對(duì)基坑回填注漿，注漿采用水灰比1.0∶0.5的素水泥漿封底，減少基坑施工對(duì)基坑土層的擾動(dòng)作用;⑦基坑封底后，基坑側(cè)壁全段進(jìn)行回填注漿，以提高基坑邊坡穩(wěn)定性。

3.2 基坑開(kāi)挖

該工程中，基坑開(kāi)挖時(shí)遵循對(duì)稱、分區(qū)開(kāi)挖原則，分層厚度為0.5 m。分層開(kāi)挖過(guò)程中嚴(yán)格遵循“先撐后挖、嚴(yán)禁超挖”的原則。土方開(kāi)挖過(guò)程中，按踏步開(kāi)挖方法開(kāi)挖[2]，主體建筑開(kāi)挖至4.5 m后，其他區(qū)域開(kāi)挖至2.0～3.0 m，土方外運(yùn)車(chē)輛沿坡道和土方開(kāi)挖踏步外運(yùn)出場(chǎng)地。基坑開(kāi)挖至7.5 m時(shí)，采用人工開(kāi)挖方式至設(shè)計(jì)標(biāo)高，防止超挖、欠挖問(wèn)題。

3.3 型鋼鋼架制作與安裝

該工程中，雖然單棟建筑物高度較小，但由于建筑物數(shù)量較多，受現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地限制和約束，型鋼鋼架采用場(chǎng)外加工、場(chǎng)內(nèi)拼裝方式制作，制作完成后由人工安裝到位。型鋼接頭采用高強(qiáng)螺栓和連接板連接方式[3]，連接板設(shè)置4個(gè)高強(qiáng)螺栓孔，通過(guò)4套M20×55 mm高強(qiáng)螺栓連接型鋼鋼架，如圖1、圖2所示。為確保鋼架穩(wěn)定性，上下層型鋼鋼架接頭相互錯(cuò)開(kāi)。

3.4 縱向連接筋與鋼筋網(wǎng)片安裝

鋼架安裝過(guò)程中，縱向連接筋與鋼筋網(wǎng)片安裝時(shí)，連接筋與工字鋼采用單面搭接焊接方式，焊接工作由經(jīng)驗(yàn)豐富的焊接施工人員進(jìn)行，焊接施工后及時(shí)檢查焊縫，確保焊縫飽滿，無(wú)空焊、虛焊等問(wèn)題。鋼筋網(wǎng)片與連接筋采用點(diǎn)焊連接后使用10#鍍鋅鐵絲綁扎牢固。為防止網(wǎng)片在噴射混凝土?xí)r發(fā)生移位，相鄰網(wǎng)片之間增設(shè)連接筋[4]。

3.5 超前錨管施工

連接筋和鋼筋網(wǎng)片安裝完成后，使用超前錨管向基坑邊坡內(nèi)注漿錨固。錨管端部為樁尖形，按500 mm間距對(duì)稱設(shè)置濾水孔，管尖側(cè)焊接鋼筋，以此作為超前錨管孔前倒刺和保護(hù)塊。超前錨管施工前，根據(jù)基坑開(kāi)挖情況人工修坡，并測(cè)量定位出錨孔位置。經(jīng)測(cè)量復(fù)核錨孔位置后，使用沖擊錘將錨管按15°角錘入基坑邊坡內(nèi)，錨入長(zhǎng)度應(yīng)滿足工程設(shè)計(jì)長(zhǎng)度要求。錨管鉆孔到位后，借助注漿泵向孔內(nèi)注漿，注漿壓強(qiáng)為0.6～0.8 MPa，砂漿水灰比為0.50～0.55，砂漿灌注完成后穩(wěn)壓3～5 min，終壓壓強(qiáng)為1 MPa。

3.6 噴射混凝土

超前錨管施工完成后，按工程設(shè)計(jì)要求噴射面層混凝土，混凝土為強(qiáng)度C20的細(xì)石混凝土?；炷僚浜媳冉?jīng)試驗(yàn)確定，如表1所示。摻入適量早強(qiáng)劑，促進(jìn)面層混凝土初凝。噴錨施工時(shí)，噴頭垂直于邊坡面層1 m噴射混凝土[5]，噴射壓強(qiáng)為0.3～0.5 MPa。

3.7 基坑支護(hù)效果評(píng)價(jià)

該工程中，通過(guò)基坑施工過(guò)程監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，至該工程地下室施工完成并回填施工，基坑最大水平位移為24.5 mm，最大沉降值為26.7 mm，與支護(hù)結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果基本相符?；幼畲笞冃纬霈F(xiàn)在基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，基坑封底、基坑噴錨支護(hù)后變形趨于穩(wěn)定。其原因在于：增加鎖口圈降低支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降;土方開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐施工，減少巖土層暴露時(shí)間;基坑封底后對(duì)土體注漿加固處理。根據(jù)周?chē)缆?、?gòu)建物沉降變形監(jiān)測(cè)結(jié)果，該工程基坑施工期間，臨近筑物最大水平位移為15.6 mm，最大沉降值為10.1 mm。周?chē)缆肥芑邮┕び绊懖伙@著，有力保障了基坑工程施工安全，降低了基坑施工對(duì)周?chē)鷺?gòu)建物的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)該工程施工實(shí)踐，在軟土富水地質(zhì)條件下，型鋼復(fù)合噴錨支護(hù)具有顯著應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，原因在于該技術(shù)方案無(wú)需大型機(jī)械設(shè)備施工，尤其適用于臨近紅線的基坑工程。同時(shí)，該支護(hù)方案應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)可兼做部分地下室外墻（需做內(nèi)襯），有效控制工程總價(jià)，具有良好的技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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