含水紅砂巖地層深基坑支護(hù)中高精度咬合樁的作用與效果

邸永健

（甘肅建投巖土科技有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，超高層建筑項(xiàng)目不斷涌現(xiàn)，城市發(fā)展的空間逐步轉(zhuǎn)向地下空間開拓，基坑規(guī)模也不斷向“深”“大”方向發(fā)展。因此在深大基坑中選擇一個(gè)安全可靠的設(shè)計(jì)施工方法顯得尤為重要，但在傳統(tǒng)基坑施工中面對(duì)部分地區(qū)含水紅砂巖地層頗為棘手，主要體現(xiàn)為基坑施工難度大和安全性低等方面。

淺層風(fēng)化紅砂巖具有特殊地質(zhì)特性，紅砂巖被譽(yù)為世界級(jí)地質(zhì)難題，其富含裂隙水，風(fēng)化嚴(yán)重、膠結(jié)程度弱、水理性質(zhì)差。在各種自然條件作用下極易軟化、分解，承載力、粘聚力快速下降。紅砂巖的特性導(dǎo)致基坑降水效果差，從而造成紅砂巖地層樁錨支護(hù)施工困難。如果砂巖層支護(hù)不及時(shí)、效果不良好，極易導(dǎo)致基坑涌砂、坍塌事故發(fā)生。如何處理含水紅砂巖地層支護(hù)成為城市地區(qū)深基坑支護(hù)施工的難點(diǎn)。因此，加強(qiáng)咬合樁在含水紅砂巖地層中將隔水措施與支護(hù)措施組合應(yīng)用，有效解決含水紅砂巖地層支護(hù)施工難題。

甘肅建鳳巖土科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“我公司”）目前開展的主要業(yè)務(wù)為深大基坑支護(hù)，一般情況下在支護(hù)過(guò)程中混凝土噴射到含水地層上時(shí)由于混凝土未來(lái)得及初凝就會(huì)被含水層中的水流沖刷，導(dǎo)致混凝土中的膠結(jié)材料流失，無(wú)法形成堅(jiān)固結(jié)實(shí)的混凝土面層。為保證項(xiàng)目正常開展、降低施工成本、提高施工質(zhì)量，需選用一種新型基坑噴錨施工技術(shù)。

1 含水紅砂巖地層中基坑支護(hù)方案選擇

為解決含水紅砂地巖基坑支護(hù)噴錨難的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)查研究和查找資料發(fā)現(xiàn)可以從先隔水后噴射混凝土（施工咬合樁隔水帷幕、基坑開挖后人為增設(shè)隔水帷幕）、先引水后噴射混凝土、加防水劑噴錨3個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析，并且確定最佳方案。

1.1 先隔水后噴射混凝土方案分析

1.1.1 先隔水后噴射混凝土技術(shù)原理

該方案是通過(guò)采用特殊方法對(duì)含水紅砂巖表面采取隔水措施后，將地層中的裂隙水及表面無(wú)組織的流水封堵在噴錨面層內(nèi)側(cè)，形成有效穩(wěn)定的隔水帷幕后再進(jìn)行噴射混凝土工藝的正常工序施工，從而保障基坑的安全性和穩(wěn)定性。

1.1.2 先隔水后噴射混凝土施工工藝

施工隔水帷幕→檢查隔水效果→綁扎鋼筋網(wǎng)→噴射面層混凝土→灑水養(yǎng)護(hù)。

1.1.3 施工難點(diǎn)及安全性評(píng)價(jià)

該方案的施工難點(diǎn)為在施工過(guò)程中難以形成大面積有效的隔水帷幕，不論是施工咬合樁隔水帷幕還是開挖后人為實(shí)施隔水帷幕都難以保障形成的隔水帷幕100%合格有效，所以此項(xiàng)技術(shù)對(duì)咬合樁咬合率要求極高，必須高精度咬合后方能達(dá)到該技術(shù)所具備的功能和效果。不過(guò)該技術(shù)在建筑領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用，因此安全性得以保證，具有較強(qiáng)的操作性和可實(shí)施性。

1.2 先引水后噴射混凝土方案分析

1.2.1 先引水后噴射混凝土技術(shù)原理

該方案是將基坑開挖后紅砂巖表面無(wú)組織的水流及內(nèi)部富含的裂隙水通過(guò)人工引水槽（溝）有組織地收集到特定位置，然后通過(guò)引流管或漏水槽排到基坑底部的排水溝再經(jīng)集水坑收集后用水泵抽出，以確保噴錨面層內(nèi)側(cè)的水流不隨意流動(dòng)，保證其不沖刷噴錨面層，并形成堅(jiān)固穩(wěn)定的噴錨面層，引水后在干作業(yè)面上噴射混凝土。

1.2.2 先引水后噴射混凝土施工工藝

施工引水槽（溝）→匯集地層表面的地下水→安裝引流管（漏水槽）→局部防水處理→排水→綁扎鋼筋網(wǎng)片→噴射面層混凝土→養(yǎng)護(hù)。

1.2.3 施工難點(diǎn)及安全性評(píng)價(jià)

該方案的施工難點(diǎn)為在地層表面難以形成穩(wěn)定有效的引水措施，施工后的引水裝置不能保證將含水紅砂巖地層中的水完全排出，并且地下水引流排出的速度慢，施工繁瑣，噴錨過(guò)程中對(duì)引水裝置造成擾動(dòng)影響施工進(jìn)度。

1.3 加防水劑噴射混凝土方案分析

1.3.1 加防水劑噴射混凝土技術(shù)原理

該方案是通過(guò)在自拌混凝土原材料中直接加入防水劑和其他外加劑后通過(guò)做實(shí)驗(yàn)確定最佳配合比，然后按照該比例將砂石料、水泥、添加劑等粗細(xì)骨料拌合均勻后直接用混凝土噴射機(jī)在紅砂巖表面噴錨，該方案不對(duì)含水紅砂巖地層內(nèi)和表面的水流做任何處理。

1.3.2 加防水劑噴射混凝土施工工藝

通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定配合比→準(zhǔn)備砂石料、水泥、添加劑→攪拌均勻原材料→綁扎鋼筋網(wǎng)→噴射面層混凝土→養(yǎng)護(hù)。

1.3.3 施工難點(diǎn)及安全性評(píng)價(jià)

該方案的施工難點(diǎn)為混凝土原料比例在施工現(xiàn)場(chǎng)難以把控，噴射的混凝土不易附著在基坑側(cè)壁，安全穩(wěn)定性相對(duì)較低。

1.4 確定最佳方案

通過(guò)對(duì)各個(gè)方案調(diào)查分析以及從技術(shù)性、安全性、穩(wěn)定性、有效性等方面進(jìn)行調(diào)查分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，還有試驗(yàn)等方面對(duì)比統(tǒng)計(jì)后，發(fā)現(xiàn)在含水紅砂巖地層基坑支護(hù)噴錨中采用先隔水后噴射混凝土（施工咬合樁隔水帷幕后噴射混凝土）的施工總方案較為合理。

2 咬合樁施工咬合率影響因素分析

近年來(lái)，隨著我公司地基基礎(chǔ)資質(zhì)的升級(jí)成功，承接的基坑支護(hù)項(xiàng)目增長(zhǎng)趨勢(shì)迅猛，尤其是深、大基坑的支護(hù)比例亦在不斷增長(zhǎng)。而作為深、大基坑主要支護(hù)形式之一的咬合樁工程承建量也在不斷增長(zhǎng)。但作為諸多以地基基礎(chǔ)施工為主要業(yè)務(wù)的建筑企業(yè)中的佼佼者，對(duì)咬合樁施工的研究仍不完善、經(jīng)驗(yàn)尚不豐富，作為衡量咬合樁施工質(zhì)量最重要的要素——咬合率，是迫切需要研究的課題之一。

2.1 咬合樁施工咬合率影響因素現(xiàn)狀調(diào)查

通過(guò)對(duì)我公司以往施工的咬合樁咬合率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，咬合率尚不足93%，這不僅使咬合樁施工質(zhì)量大打折扣，影響基坑支護(hù)的安全性能，而且大大增加了支護(hù)后的降排水成本。因此，為提高咬合樁施工的質(zhì)量及安全性，降低降排水施工成本，保證公司市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，咬合樁的施工咬合率低下的問(wèn)題急需解決。

通過(guò)與咬合樁施工操作人員及我公司專家溝通，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)咬合樁施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié)，具體問(wèn)題見表1所列。

表1 影響咬合樁咬合率的因素統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)影響因素統(tǒng)計(jì)表可以看出，樁身垂直度偏差超標(biāo)的影響因素占據(jù)所有因素的51.3%，因此樁身垂直度偏差超標(biāo)是引起咬合樁施工咬合率低的主要原因。

2.2 咬合樁施工咬合率低的原因分析

針對(duì)“咬合樁止水施工咬合百分率低”這個(gè)主要因素，對(duì)造成這一結(jié)果的各種原因進(jìn)行分析，經(jīng)匯總歸類后有以下幾點(diǎn)。

（1）操作工人的責(zé)任心不強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)不夠。雖然勞務(wù)隊(duì)伍施工經(jīng)驗(yàn)比較豐富，但個(gè)別操作人員對(duì)于關(guān)鍵工序施工的重視程度不足。

（2）安裝鋼筋籠時(shí)碰撞孔壁。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，樁孔垂直度及鋼筋籠平直度不符合要求，或安裝鋼筋籠時(shí)碰撞孔壁會(huì)有大概率引起塌孔，而出現(xiàn)咬合遺漏點(diǎn)。

（3）泥漿稠度小，護(hù)壁效果差。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)泥漿稠度較小，護(hù)壁效果較差，不滿足施工要求，極易發(fā)生塌孔。

（4）樁頭開孔時(shí)，樁位偏差較大。一般情況下開孔時(shí)鉆頭是否對(duì)準(zhǔn)由人工目測(cè)完成，且開鉆時(shí)鉆頭有小距離偏移。

2.3 提高咬合樁施工咬合率對(duì)策分析

對(duì)上述導(dǎo)致咬合樁止水施工咬合率低的各個(gè)原因，通過(guò)查找資料尋找解決對(duì)策，最終確定經(jīng)濟(jì)、高效、方便實(shí)施的對(duì)策提高咬合樁的施工咬合率，主要對(duì)策如下。

（1）對(duì)各部位重要工序操作人員進(jìn)行登記，實(shí)行嚴(yán)格的獎(jiǎng)罰制度。通過(guò)責(zé)任到人，制定質(zhì)量獎(jiǎng)罰制度，提高操作工人的責(zé)任心和積極性，進(jìn)而提高施工質(zhì)量。

（2）派專人監(jiān)督鉆機(jī)成孔垂直度，指揮鋼筋籠起吊和安裝。該措施實(shí)施后減少了塌孔現(xiàn)象，降低了材料浪費(fèi)，有效預(yù)防了咬合樁咬合部位夾泥夾塊等咬合遺漏點(diǎn)的問(wèn)題。

（3）針對(duì)不同地質(zhì)情況，調(diào)整合適的泥漿稠度。通過(guò)調(diào)整不同稠度泥漿的混凝土，保證泥漿護(hù)壁效果，有效避免塌孔造成的咬合遺漏點(diǎn)的問(wèn)題。

（4）制作咬合樁導(dǎo)墻。通過(guò)制作咬合樁導(dǎo)墻，提高樁頭開孔時(shí)的樁位精準(zhǔn)度，可有效控制樁頂標(biāo)高。

通過(guò)采取以上措施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)咬合樁施工過(guò)程進(jìn)行逐步管控，咬合樁咬合率完全滿足預(yù)期控制要求。通過(guò)抽樣檢查發(fā)現(xiàn)在同一場(chǎng)地、相同地層及相同樁身規(guī)格基礎(chǔ)上，在措施實(shí)施前后分別統(tǒng)計(jì)了200根咬合樁的咬合率。措施實(shí)施前共有15根樁不合格，咬合率為92.5%；措施實(shí)施后共有4根樁不合格，咬合率為98%。措施實(shí)施后較措施實(shí)施前咬合率提升5.5%，成功提高了咬合樁成樁的施工質(zhì)量，主要問(wèn)題得到了有效控制，提高了基坑支護(hù)的安穩(wěn)性，減少了后期降排水施工成本。

2.4 提高咬合樁施工咬合率鞏固措施分析

為了使咬合樁施工水平穩(wěn)步提高，工程施工過(guò)程中應(yīng)注意以下措施落實(shí)到位。

（1）施工過(guò)程中，應(yīng)明確管理人員的職責(zé)分工，加強(qiáng)勞務(wù)班組的施工管理，嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行施工。

（2）管理人員應(yīng)切實(shí)做好技術(shù)交底工作，讓各環(huán)節(jié)的每位工人熟練掌握支護(hù)樁施工的工序和方法，牢記成功經(jīng)驗(yàn)、關(guān)鍵注意事項(xiàng)，建立良好的職業(yè)操守。

（3）嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，建立提前防范、過(guò)程管控、整改及時(shí)、以防為主、防控結(jié)合的精細(xì)化質(zhì)量管理模式，并建立健全相應(yīng)的處罰機(jī)制。

（4）施工期間，要求設(shè)備必須按規(guī)定定期保養(yǎng)、保修，要避免機(jī)械設(shè)備疲勞運(yùn)作。保養(yǎng)時(shí)要做好相關(guān)記錄并存檔。

（5）人員要加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，管理人員應(yīng)按施工情況不定期召開施工問(wèn)題討論學(xué)習(xí)會(huì)議，提高管理人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題及總結(jié)問(wèn)題的主動(dòng)性。對(duì)于工程施工過(guò)程中遇到的各種難點(diǎn)、可優(yōu)化點(diǎn)進(jìn)行研討，不斷提高管理人員管理水平。

3 咬合樁的作用與效果

3.1 含水紅砂巖地層中采用咬合樁的優(yōu)點(diǎn)

一般情況下在基坑支護(hù)過(guò)程中混凝土噴射到含水地層上時(shí)由于混凝土未來(lái)得及初凝就會(huì)被含水層中的水流沖刷，導(dǎo)致混凝土中的膠結(jié)材料流失，無(wú)法形成堅(jiān)固結(jié)實(shí)的混凝土面層。

傳統(tǒng)的深基坑噴錨支護(hù)施工時(shí)，卵石層及以上地層的地下水通過(guò)管井降水與集水明排結(jié)合的方式有效降低了潛水水位，噴錨支護(hù)不受地下水的干擾，按照設(shè)計(jì)要求順利實(shí)施。施工至紅砂巖層后，由于紅砂巖中富含裂隙水，風(fēng)化程度重、膠結(jié)性質(zhì)差，通過(guò)以上的降水方式效果并不明顯，且紅砂巖長(zhǎng)時(shí)間暴露地表極易風(fēng)化坍塌。若長(zhǎng)時(shí)間等待紅砂巖中潛水水位下降，不但影響工期，而且威脅基坑安全。

采用高咬合率的咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，既可以解決含水紅砂巖地層支護(hù)難的問(wèn)題，又能有效止水，保證基坑的安全穩(wěn)定，為坑內(nèi)干環(huán)境作業(yè)提供前提條件。通過(guò)該施工方法在我公司某深基坑支護(hù)中的成功應(yīng)用，有效保證了周邊道路及建筑物的安全穩(wěn)定。以我公司應(yīng)用咬合樁技術(shù)的某項(xiàng)目為例，該基坑施工自2021年8月26日開工，2021年12月5日竣工驗(yàn)收，經(jīng)監(jiān)測(cè)組在施工全過(guò)程對(duì)基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，基坑頂部水平位移最大累計(jì)值12 mm，基坑頂部豎向位移最大累計(jì)值9 mm，監(jiān)測(cè)結(jié)果均在報(bào)警值范圍以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)規(guī)范，基坑處在安全穩(wěn)定狀況。

3.2 采用咬合樁的負(fù)面影響分析

對(duì)于基坑支護(hù)形式而言，安全、經(jīng)濟(jì)、合理是其最主要的要求，而咬合樁便是這樣的新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一。咬合樁作為一種平面布置靈活、建設(shè)用地占用率低、抗?jié)B能力強(qiáng)及相對(duì)經(jīng)濟(jì)的基坑支護(hù)形式，已被越來(lái)越多的深基坑所采用。

不過(guò)咬合樁臨建時(shí)相對(duì)施工成本高、工藝復(fù)雜、難度大，如果不施工導(dǎo)墻將耗費(fèi)大量的人力及物力以確保咬合樁咬合率合格，但是施工咬合樁導(dǎo)墻將直接增加項(xiàng)目的人材機(jī)成本，并且該技術(shù)相對(duì)于樁錨支護(hù)技術(shù)、土釘墻施工技術(shù)等進(jìn)度緩慢。

4 結(jié)束語(yǔ)

相對(duì)于先引水后噴射混凝土和直接加防水劑噴射混凝土等方案，總的來(lái)說(shuō)在含水紅砂巖地層中選擇先隔水后噴射混凝土（施工咬合樁隔水帷幕、基坑開挖后人為增設(shè)隔水帷幕）施工技術(shù)具有較高的性價(jià)比。

通過(guò)采用咬合樁施工既能解決含水層紅砂巖基面無(wú)法進(jìn)行噴射混凝土支護(hù)的難題，又能滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)安全的要求并達(dá)到良好的止水效果。近兩年我公司通過(guò)采用該施工方法，在臨洮、臨夏松散的砂卵石層、天水的飽和土地層以及成都的細(xì)砂層等地質(zhì)環(huán)境中均取得了良好的基坑支護(hù)效果，社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，咬合樁在深基坑支護(hù)中具有范圍適用性較強(qiáng)、施工效率高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。