高富水淤泥質(zhì)砂層深基坑錨索施工的研究

楊仲洪，羅榮進，楊 幸

(中國電建集團中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001)

在工程建設施工過程中，隨著地下空間的開發(fā)利用，深基坑支護顯得尤為重要。如何做好深基坑支護，不僅需要確?；娱_挖及地下主體結構施工的安全，還需減少基坑周圍地面沉降確保周圍建筑物的安全，預應力錨索施工質(zhì)量在深基坑支護中起著尤為關鍵的作用。特別在地下水位較高，地質(zhì)情況復雜，地質(zhì)條件相對較差，屬于易流沙和易坍塌地層地質(zhì)條件(如：沖積粉土、粉質(zhì)粘土、砂石層等地質(zhì))下的預應力錨索施工，采用常規(guī)錨索鉆機螺旋鉆進直接成孔施工時易造成塌孔，不僅錨索施工質(zhì)量得不到保證，同時將引起地面沉降，造成周圍建筑物不均勻沉降，不能滿足錨索施工質(zhì)量和深基坑支護的安全要求。由中國水利水電第十一工程局有限公司承建的上下村調(diào)蓄池工程在深基坑支護施工時，針對此技術難題展開技術攻關，采用全套管跟進成孔+膨潤土泥漿護壁方法取得良好效果，保證了施工進度，可為類似工程施工提供借鑒。

1 工程概況

茅洲河流域水環(huán)境綜合整治-中上游段干流綜合整治工程-上下村調(diào)蓄池工程位于深圳公明北環(huán)大道與南光高速交匯處，占地面積為49866.76 m2，設計地面標高7.5 m，調(diào)蓄池規(guī)模達26萬m3，調(diào)蓄池為兩層地上1層、地下1層。地面為生產(chǎn)管理用房、發(fā)電機房、高壓配電室和中壓水沖洗泵房及施工區(qū)域景觀綠化等，工程內(nèi)部設置控制閘、檢修閘、粗格柵、沉砂池、細格柵等設備及其附屬設施。

上下村調(diào)蓄池深基坑長約226 m，寬140 m，基坑開挖深度9.0 m～16.5 m，基坑圍護結構采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水帷幕+預應力錨索+混凝土內(nèi)支撐支護。其中預應力錨索根據(jù)實際基坑深度分別豎向設1道、2道、3道錨索，具體設計參數(shù)見表1。

表1 預應力錨索設計參數(shù)表

續(xù)表1

上下村調(diào)蓄池工程深基坑周邊環(huán)境復雜，地下水豐富，基坑東側距茅洲河中游上下村泵站較近，且東南側為前池，西側為公明排洪渠，北側緊鄰公明北環(huán)大道，故深基坑施工除了要求滿足自身施工安全外，還需確保周邊建筑物及環(huán)境安全[1]。

2 工程水文地質(zhì)

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，場地地層從上到下有第四系人工填土(Q4s)，第四系沖洪積相沉積層(Q4al+pl)，第四系殘積土(Qel)，下伏基巖為三疊系上統(tǒng)小坪組(T3x)泥巖、泥質(zhì)砂巖。在預應力錨索施工范圍內(nèi)，錨索穿越土層主要為：淤泥質(zhì)砂、中粗砂、礫砂、殘積土、全風化泥巖，局部穿越粉質(zhì)粘土，場內(nèi)各地層特征描述見表2。

表2 場內(nèi)各地層特征表

場地周邊地表水系發(fā)育，主要分布有茅洲河干流、上下村排洪渠、合水口排洪渠，以及場地內(nèi)有分布一面積3.5萬m2魚塘，場地地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，含水層主要為第四系沉積的細沙層、中粗砂層、砂礫層和強風化、弱風化巖層，其次為表層的人工填土層。大氣降雨和河流的側向補給是場地地下水的主要補給來源，地下水徑流途徑短，就近排泄于茅洲河。雨季時，地表水體水位高于場地地下水；旱季時，場地地下水位高于地表水，地下水補給地表水。場地地下水位變化不明顯，枯水期地下水位高2.9 m～4.9 m，豐水期地下水位0.2 m～2.2 m。

按地層滲透性評價：場地內(nèi)素填土層為弱～中等透水層，雜填土為中等～強透水地層；淤泥或淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土為微～弱透水地層，淤泥質(zhì)砂、細砂、中粗砂為中等～強透水地層，殘積土、全風化層為微～弱透水地層，強風化、弱風化層為弱～中等透水層。地下水對混凝土結構具弱腐蝕、對鋼筋混凝土中的鋼筋具無～弱腐蝕性，對鋼結構具有弱腐蝕性[2]。

3 錨索成孔困難原因分析

根據(jù)工程現(xiàn)場施工情況，在對第一道錨索施工過程中，采用常規(guī)的錨索鉆機進行成孔，經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、縮頸、跑漿等情況，導致成孔困難、效率低下、嚴重影響施工進度且施工質(zhì)量不能得到保證。因此，必須根據(jù)現(xiàn)場實際水文地質(zhì)情況，優(yōu)化錨索施工工藝，提高施工效率，保證施工進度。

3.1 不良的淤泥質(zhì)砂土層

工程程錨索所處地層主要為淤泥質(zhì)砂層，屬于不良的特殊土層，淤泥質(zhì)砂廣泛分布，松散狀，具有高壓縮性，輕微～嚴重液化性；細砂分布范圍不大，松散狀為主，具輕微液化性。常規(guī)錨索鉆孔過程中易出現(xiàn)塌孔、縮頸等問題，因此在該地層成孔較困難。

3.2 沿海地區(qū)高富水條件

工程處于深圳沿海地區(qū)，且場地周邊地表水系發(fā)育，主要分布有茅洲河干流、上下村排洪渠、合水口排洪渠，以及場地內(nèi)有分布一個面積3.5萬m2魚塘，場地地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，含水層主要為第四系沉積的細沙層、中粗砂層、砂礫層和強風化、弱風化巖層，其次為表層的人工填土層。地下水位較高，水量豐富，存在一定的水頭壓力，對錨索成孔及后期注漿效果產(chǎn)生不利的影響。

3.3 地層復雜多變

本工程錨索鉆孔大多需要穿越淤泥質(zhì)砂、中粗砂、礫砂、全風化泥巖等，地質(zhì)勘查報告顯示，本工程西側地勢較低，錨索穿越地層局部為淤泥質(zhì)土，地質(zhì)底層復雜多變，飽和水狀態(tài)下物理性能差，在高水頭差下易產(chǎn)生滲透破壞問題，在該類地層中鉆孔易破壞原來相對穩(wěn)定的狀態(tài)，造成孔壁坍塌，縮頸涌水，從而造成施工困難[3]。

4 高富水淤泥質(zhì)砂層深基坑錨索施工關鍵技術

4.1 工藝原理

預應力錨索全套管跟進成孔+膨潤土泥漿護壁施工方法是錨索鉆機成孔采用Φ150外套管先打進，然后用接有高壓水泵的內(nèi)鉆桿將套管內(nèi)土體通過機器鉆進壓力和水壓力將土體稀釋成泥漿并且排出孔外的方法成孔，開始鉆進到砂層時注入比重為1.1～1.15的膨潤土泥漿形成護壁，鉆進泥巖后改用清水注入。成孔施工結束后拔出內(nèi)鉆桿，進行鋼絞線下放，進行第一次常壓注漿，第一次常壓注漿結束后，水泥結石強度達到初凝進行二次高壓注漿，拔出外套管，最后進行砼腰梁施工、錨索張拉鎖定、錨索試驗等工序。拔出外套管后即可進行下一根錨索施工。

4.2 施工操作要點

(1)施工準備

①土方開挖：錨索施工緊接基坑土方開挖進行，基坑土方采取分層、分段開挖。

②平整場地、留置工作面：當土方分層開挖至錨索孔位以下0.5 m高程時，平整此段開挖面場地，從而保證鉆機正常就位調(diào)整角度進行錨索施工，臨近圍護結構邊開挖溝槽以儲備泥漿；根據(jù)鉆機的工作特點，鉆機的工作面寬度不小于7 m，施工時設置一臺鉆機施鉆操作面。

③接水源、電源、設置沉淀池：鉆機施工用水使用自來水，因施工時用水量大，因此，正式鉆進前，須于基坑內(nèi)設置好排水溝，并與基坑中沿基坑方向每約30 m設置泥漿沉淀池。電纜線路采用“三相五線”接線方式。

(2)測量放線定孔位、調(diào)整鉆機找方位

鉆機鉆孔開鉆前，根據(jù)設計要求和土層條件，定出孔位，做出標記。并按預應力錨索設計角度，用坡度測量儀調(diào)整好角度，然后開始鉆進。

①全套管跟進成孔

移動鉆機就位進行鉆孔作業(yè)。錨索鉆機成孔采用外套管先打進，套管跟進成孔。鉆機通過鉆機配置的前回轉(zhuǎn)動力驅(qū)動跟進套管，鉆機一次驅(qū)動的一節(jié)套管長度一般為3 m，一節(jié)套管驅(qū)動進入后通過套管上的套絲擰緊連接后連續(xù)驅(qū)動每節(jié)套管進入；套管驅(qū)動進入的同時用接有高壓水泵的內(nèi)鉆桿將套管內(nèi)土體通過機器鉆進壓力和水壓力將土體稀釋成泥漿并且排出孔外的方法成孔。在鉆進砂層時注入比重為1.1～1.15的膨潤土泥漿形成泥漿護壁，提高鉆孔壁的穩(wěn)定性，保證成孔質(zhì)量。

②成孔質(zhì)量要求

孔位允許偏差為水平方向≤100 mm，垂直方向≤50 mm，預應力錨索鉆孔傾角為20°，傾斜度允許偏差為3%，孔深應超過設計長度0.5 m。成孔后應清孔直至孔口流出清水為止。

(3)錨索制作與下放

錨索采用3～4束7Φ5高強低松弛鋼絞線制作錨筋，先用切割機將鋼絞線原材切割成等長度(長度為設計長度加1.5 m)，每根鋼絞線誤差小于50 mm，在平坦無泥的加工場地加工。錨固段沿鋼絞線長度方向每隔1.3 m設置安裝一個五角星塑料定位架線環(huán)，用鋼絲綁扎牢固。每束鋼絞線自由段用波紋管包裹，波紋管接頭和兩端用透明膠布纏緊裹嚴，從而保證自由段不沾接水泥漿液和充分自由要求。二次注漿管從定位器中間穿入并沿鋼絞線通長布置固定。錨筋加工驗收合格后，方可下放。錨筋放入孔內(nèi)后，外露張拉長度為1.0 m～1.2 m(以樁外邊為準)以便千斤頂?shù)陌惭b和試驗張拉。

(4)注漿

按設計要求，注漿采用純水泥漿，水灰比為(0.4～0.45)∶1，攪漿用水為自來水，水泥為P.O.42.5普通硅酸鹽水泥。

①一次常壓注漿：每個孔成孔施工結束后拔出內(nèi)鉆桿，用高壓水沖洗鉆孔，即可進行錨索一次常壓注漿。注漿壓力約0.8 MPa，直到漿液從孔中溢出。

②二次高壓注漿：待第一次注漿漿液達到初凝強度后，進行第二次高壓注漿。注漿壓力不小于2.5 MPa，漿體抗壓強度>30 MPa。

(5)張拉鎖定

錨索注漿完成后進行砼腰梁施工，待注漿體強度達到75%以上且強度大于20 MPa且腰梁達到允許張拉強度后方可進行張拉，鎖定錨索于腰梁和錨定鋼板之上，每根錨索均應按設計抗拔力標準值的0.1～0.2倍進行預張拉，鎖定值取標準值的70%～90%。

5 結語

在深圳沿海地區(qū)，地層復雜且地下水豐富，對沿海深基坑工程錨索施工過程中產(chǎn)生不利影響，通過本文的研究，采用全套管跟進+膨潤土泥漿護壁技術，成功解決沿海高富水條件下淤泥質(zhì)砂層中錨索成孔過程中易塌孔、縮頸等問題，錨索成孔質(zhì)量及一次成孔率顯著提高，配合二次注漿技術，確保錨索抗拔承載力達到設計要求，保障基坑安全。在實際施工過程中，也發(fā)現(xiàn)一些不足之處，全套管跟進鉆進的摩阻力大，裝卸套管時間長，作業(yè)效率低，單孔施工時間較長，期望在后續(xù)研究中，提高套管跟進速度，在保證施工質(zhì)量的同時，提高工作效率。