基坑紅泥巖開挖施工工藝分析

王原，秦富，王陽光，李志波，修俊明 （中建二局第四建筑工程有限公司，天津 300457）

1 工程概況

國際會(huì)展配套區(qū)項(xiàng)目1#樓位于甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)鹽場堡中心灘中段，總建筑面積約5.80萬m2，其中地下0.33萬m2，地上5.47 萬m2。共有35 層，地上33 層，地下2 層。結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土筒體混合結(jié)構(gòu)體系。

2 重難點(diǎn)分析

本工程筏板厚度為 2000～2500mm，屬于大體積混凝土施工?；炷翉?qiáng)度為C45，抗?jié)B級(jí)別為P8，基坑長約47.00m，寬為45.20m，其中核心筒位置筏板厚為2.50m，四周局部筏板厚為2.00m，總混凝土用量約為4600m3，基槽土面標(biāo)高為-11.50m，筏板面高度為-9.00m，筏板內(nèi)布置多個(gè)不規(guī)則集水坑及電梯基坑，其中4#、5#基坑最大深度為3.90m，施工難度極大。

圖1 項(xiàng)目效果圖

圖2 結(jié)構(gòu)圖

圖3 電梯基坑平面圖

3 工藝原理

電梯井及集水坑筏板底深，需采取二次降水方案，針對(duì)紅泥巖土質(zhì)的特點(diǎn)和開挖期間氣溫條件，根據(jù)本工程開挖部位和開挖時(shí)間的具體情況，電梯基坑開挖采用“二次降水法+暖棚法”進(jìn)行土質(zhì)保護(hù)，以確保紅泥巖基坑開挖順利。

“第二次降水法”是針對(duì)深基坑施工中存在的部分明水，利用水往下流的特點(diǎn)，采取明溝導(dǎo)流明排（“導(dǎo)”和“排”結(jié)合）等第二次降雨技術(shù)進(jìn)行排澇。

“暖棚法”建筑是在建筑物周圍搭起節(jié)能日光溫室，棚中設(shè)有供暖機(jī)組（如爐子等），以保持棚中氣溫在正溫以上，保證在高水溫條件下的建筑物不受凍。暖棚采用腳手管（或木桿）及彩條布（或帆布）搭設(shè)，內(nèi)生無煙煤爐。

4 工藝流程

工藝流程見圖4。

圖4 工藝流程圖

圖5 鋼筋網(wǎng)片立面圖

5 施工工藝

5.1 測量放線

通過場地平面控制網(wǎng)對(duì)建筑內(nèi)各軸線的定位釘樁，需多次校正無誤后方能確定具體位置。

按照控制線進(jìn)行細(xì)部放樣，用白灰線灑出開挖上口線，并報(bào)監(jiān)理及相關(guān)單位驗(yàn)收、批準(zhǔn)后進(jìn)行土方開挖。在土方開挖過程中，對(duì)基坑位置進(jìn)行復(fù)核及標(biāo)高控制，避免挖偏或者超挖。

5.2 打井降水

本工程基坑開挖較深，采用管井進(jìn)行降排水。管井成孔采用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行降水井施工。施工中采用泥漿護(hù)壁，泥漿池中摻加膨潤土，成井完畢后及時(shí)下放井管，回填濾料。

降水井的降水深度確定為15m，鉆井成孔后的孔徑達(dá)到600mm，管井的直徑不小于350mm。

放進(jìn)井內(nèi)的過濾器一般長度為5m，孔隙率不小于0.3。一般情況下采用金屬網(wǎng)包網(wǎng)，管壁與網(wǎng)之間設(shè)置墊筋，高度≥6mm，濾網(wǎng)不超過80目。

5.3 土方開挖

土方施工將與地釘墻施工交錯(cuò)操作，按照施工進(jìn)度劃分，分層分段進(jìn)行，分段時(shí)間將按照土質(zhì)和地釘?shù)牧魉僮鲌?zhí)行。對(duì)層次標(biāo)高時(shí)，第一次為從原始地貌表面至首排土釘下40～60cm 左右，其后各層標(biāo)高均為土釘?shù)呢Q向距離，最后一層標(biāo)高從倒數(shù)第二排土釘下40～60cm至基槽墊層標(biāo)高處。

流水施工操作，可以在距四周邊坡約8～10m 深的地基中獨(dú)立實(shí)施，但應(yīng)與分層作業(yè)區(qū)的施工相互配合。

在土方挖掘或施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)防側(cè)壁超挖以及側(cè)墻混凝土的整體松散，同時(shí)機(jī)械施工也要和人工清坡結(jié)合，確保路基平順、坡度符合規(guī)定、路面上無虛土。

不得在坑邊堆積土方、建材，重載機(jī)械設(shè)備也不得在坑邊施工，渣土運(yùn)輸車盡量不要靠近基坑邊行駛。若必須行駛要先進(jìn)行受力分析，對(duì)重型機(jī)械可考慮建立專門基礎(chǔ)。

開挖過程中，混凝土墊層底面紅泥巖層若出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)化現(xiàn)象，清槽時(shí)應(yīng)將強(qiáng)風(fēng)化部位全部挖去，卵石回填，并用機(jī)械壓實(shí)，作為地基處理層。

在出現(xiàn)淤泥坑的地方暫不繼續(xù)往下挖掘，將表層用卵石遮蓋進(jìn)行防護(hù)，待基礎(chǔ)墊層完成后，再進(jìn)行紅泥巖挖掘，為避免風(fēng)化，淤泥坑紅泥巖側(cè)壁在水泥噴鋪前需用抗暴雨材質(zhì)遮蓋。

紅泥巖建設(shè)應(yīng)連續(xù)施工，盡量縮短裸露時(shí)段，在紅泥巖清槽完畢后立即開展基礎(chǔ)建設(shè)，避免滯后導(dǎo)致紅泥巖風(fēng)化。

5.4 土釘墻支護(hù)

5.4.1 施工順序

為各個(gè)層次混凝土板對(duì)應(yīng)的土方開挖→修坡→進(jìn)行混凝土板→注漿→編網(wǎng)設(shè)計(jì)并加強(qiáng)混凝土直徑→噴射混凝土→保護(hù)。

在卵石層和砂土層中，若實(shí)施后邊坡土體剝落嚴(yán)重，應(yīng)把施工次序調(diào)整為土方挖深→修坡→薄噴約4cm 的面層混凝土→安裝土釘→編網(wǎng)制作并加強(qiáng)鋼筋直徑→在地面噴灑約4cm 混凝土→注漿→養(yǎng)護(hù)。

5.4.2 設(shè)置土釘

現(xiàn)場制作混凝土，并嚴(yán)格按照工程設(shè)計(jì)圖紙和有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行澆筑。與混凝土的連接則采用中搭設(shè)連接方式，每隔2m 設(shè)計(jì)一個(gè)中支架，對(duì)中支架的材質(zhì)采用φ6.5 的鋼焊接于混凝土板中，每群對(duì)中支架共3 個(gè)，且每個(gè)群對(duì)中支架之間的相對(duì)角度均為10°。同時(shí)為確保錨管的注漿質(zhì)量良好并能提高錨管的硬度，在錨管壁內(nèi)直徑寬度的三等分三條直線上交叉鉆孔。

根據(jù)設(shè)計(jì)條件確定孔深后再進(jìn)行復(fù)測，為保證混凝土模板和錨管傾斜度符合設(shè)計(jì)條件，應(yīng)調(diào)節(jié)好導(dǎo)軌傾斜度，安裝前做好成孔標(biāo)記。

混凝土澆筑時(shí)應(yīng)避讓周圍地下管道及其它障礙物，如遇地下施工障礙物造成混凝土無法達(dá)到原設(shè)計(jì)條件，視具體情況做相應(yīng)調(diào)整。

5.4.3 注漿

使用ZSNS 系列的注漿機(jī)械泵，混凝土水灰比約為0.40～0.45，泥漿要拌和均勻并及時(shí)使用，在注漿、中間暫停和操作結(jié)束時(shí)都應(yīng)及時(shí)用水清洗管道。

注漿可采用低壓（0.4～0.6MPa）注漿料，注漿工藝是孔底注漿法。將注漿料導(dǎo)管伸入孔底，出漿口位于孔內(nèi)漿體的表層以內(nèi)，在灌注漿料的時(shí)候?qū)⒐艿绖蛩佟⒙爻槌?。?dāng)漿液返回到孔內(nèi)后，先將混凝土袋紙等搗入孔內(nèi)，再用濕潤泥土封閉孔內(nèi)，并維持加壓數(shù)分鐘。在向孔內(nèi)灌注前，必須事先計(jì)算所需要的漿液容量并與實(shí)際灌注容量進(jìn)行對(duì)比，向孔內(nèi)灌注漿液的充盈系數(shù)應(yīng)等于1。

5.4.4 鋪設(shè)面層鋼筋網(wǎng)片

面層的網(wǎng)片網(wǎng)格之間最大偏差為10mm，且保護(hù)層厚度必須滿足設(shè)計(jì)要求。鋼筋直徑網(wǎng)施工中各邊的搭接直徑不得低于250mm。

設(shè)置加強(qiáng)鋼筋與土釘焊接牢固，具體做法為縱橫向各設(shè)置1Φ16 鋼筋與錨桿焊接牢固，在土釘端頭設(shè)置3 根16 的鎖定筋，表面與土釘雙面焊接，底面與加強(qiáng)筋焊接，表面再設(shè)置1 根16 的加強(qiáng)短筋，加強(qiáng)短筋置于鋼筋網(wǎng)之上。

5.4.5 噴射混凝土面層

噴射混凝土面層使用的是HPZU-5B 混凝土噴射泵。噴射水泥厚80mm，硬度級(jí)為C20。粗骨料最大尺寸不得超過15mm，水泥灰比不得超過0.45。

噴射混凝土應(yīng)按照自上而下的順序，噴頭與受噴面距離宜控制在0.6～1.0m，噴射方向應(yīng)垂直指向噴射面。

本工程混凝土面層厚度為80mm，為保證噴射厚度，在土面應(yīng)做厚度標(biāo)記。噴射混凝土終凝后2h 需灑水養(yǎng)護(hù)，保養(yǎng)日期依據(jù)天氣決定，通常為3～7d。

5.5 支護(hù)樁及冠梁

排樁樁身混凝土等級(jí)為C25，樁徑0.8m，中心間距2.0m，樁頂標(biāo)高為自然地面2.5m，樁頂通長設(shè)置800mm×500mm 壓頂梁使各樁連接在一起形成整體，排樁主筋伸入冠梁長度45cm。排樁不均勻配筋，鋼筋保護(hù)層厚度50mm。

排樁施工采用沖擊式機(jī)械成孔，施工工序?yàn)闄C(jī)械就位→成孔→排渣、清孔→鋼筋籠制作與安放→插入混凝土導(dǎo)管→澆筑混凝土→拔出導(dǎo)管。

5.5.1 成孔

根據(jù)排樁的總平面及布置圖確定樁位置，并選擇沖擊式的土中成孔機(jī)械施工。

在鉆孔時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在孔口安裝鋼護(hù)筒，以起到固定、防護(hù)洞內(nèi)工作，護(hù)筒的內(nèi)徑要比鉆孔磨損徑大10cm，埋入的深土中深度不得低于1m，護(hù)筒長度在礦坑內(nèi)使用泥漿填密，護(hù)筒的圓心與距樁的圓心誤差不能超過5cm，護(hù)筒的高度也要穩(wěn)定。

成孔達(dá)規(guī)定的深度后，要通過連續(xù)放置水泥進(jìn)行清孔。在澆灌水泥前，孔底500mm 內(nèi)的水泥比例宜小于1.25，孔底沉渣厚度≤2200mm。

合理調(diào)節(jié)沖擊工藝，并采取合理的技術(shù)保護(hù)措施以防止擾動(dòng)孔壁引起塌孔，影響加工精度、卡鉆及落鉆。

排樁施工應(yīng)在澆筑混凝土24h 后，實(shí)施鄰樁混凝土的成孔澆筑。如塌孔較嚴(yán)重，應(yīng)進(jìn)行隔樁法施工。

5.5.2 鋼筋籠的制作與安放

鋼筋籠按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)在施工現(xiàn)場進(jìn)行生產(chǎn)，所有接頭部位連接均按標(biāo)準(zhǔn)要求完成，同一水平面的主筋連接錯(cuò)開率不得小于50%。需對(duì)其型號(hào)、規(guī)格、接頭等進(jìn)行檢驗(yàn)。

鋼筋籠的安裝尺寸允許偏差為±100mm。宜在鋼筋籠外設(shè)有控制保護(hù)層厚度的墊片并選用與樁體鋼筋等強(qiáng)度的鋼筋墊片或用鋼筋焊接于豎向主墩梁上，其寬度一般為2m，橫向圓周運(yùn)動(dòng)不宜小于4 個(gè)且需均衡布設(shè)，鋼筋頂部宜設(shè)有吊環(huán)。

鋼筋籠在搬運(yùn)和吊裝時(shí)，應(yīng)避免變形，安裝時(shí)要對(duì)準(zhǔn)孔位，就位后應(yīng)立即緊固，確保在安裝管道、清孔工藝和澆注混凝土的過程中不出現(xiàn)偏移。

5.5.3 灌注混凝土

成樁施工的質(zhì)量應(yīng)符合表1規(guī)定。

表1 混凝土灌注樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

5.5.4 冠梁施工

排樁施工完畢后，開挖冠梁工作面，并鑿出樁頭，根據(jù)圖紙要求綁扎冠梁鋼筋，排樁主筋伸入冠梁不小于45cm，在基坑內(nèi)側(cè)支模板。

冠梁應(yīng)在同一平面內(nèi)整澆，冠梁采用C25混凝土。

5.6 電梯基坑開挖

①開挖前對(duì)基坑開挖邊線，利用CAD 進(jìn)行放樣，基坑開挖至標(biāo)高-11.500m 時(shí)，用白灰畫出電梯基坑開挖邊線（如圖6）。

圖6 電梯基坑開挖邊線

紅泥巖土質(zhì)堅(jiān)硬，采用機(jī)械開挖，每層厚度約200mm，開挖速度較慢。按照?qǐng)D紙要求人工開挖至基坑槽底部300mm范圍內(nèi)，采用人工開挖。

②基坑上部約500mm 厚為卵石透水層，便于機(jī)械行走及排水。

距離電梯基坑邊緣約500mm 開挖明溝，寬度300mm，深度500mm（至紅泥巖層），向邊坡中間找坡，坡度1%。溝內(nèi)鋪設(shè)塑料布后填充卵石濾水層。

③在基坑邊坡中部開挖導(dǎo)流槽至基坑底部。在底部設(shè)置兩個(gè)降水井，直徑350mm。因?yàn)榛铀闹芤呀?jīng)采取降水措施，但基巖上部裂隙發(fā)育地下水難以徹底疏干，因此電梯基坑涌水量很小，兩個(gè)降水井能夠滿足要求。

④搭設(shè)暖棚。在排水明溝外側(cè)約1000mm 處搭設(shè)暖棚。暖棚采用Φ48×3.0 腳手管搭設(shè)。間距1200mm，步距1200mm，搭設(shè)高度2800mm。外側(cè)立面防護(hù)采用彩條布，上面拉扯鋼絲繩作為承重骨架，上鋪彩條布。在棚內(nèi)均勻設(shè)置三個(gè)煤爐，保持基坑內(nèi)溫度在10℃左右。

⑤剩余500mm厚采用人工清理。

5.7 流砂處基坑支護(hù)處理措施

有砂層部位土方開挖應(yīng)嚴(yán)格分層分段進(jìn)行，分層厚度0.5～1.0m，分段長度5～15m，并根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整。

砂層及卵石層不得長時(shí)間暴露，開挖后應(yīng)立即修坡掛網(wǎng)，噴射混凝土。

地表水及基坑外明水對(duì)基坑有不利影響，一定要做好基坑上口外側(cè)地表的排水及基坑外側(cè)地溝的防水，盡快解決基坑北側(cè)支護(hù)樁西面電信管溝向基坑內(nèi)排水的問題，以免對(duì)基坑安全造成隱患。

6 結(jié)語

本文針對(duì)基坑紅泥巖開挖的施工工藝，分析其特有地形地貌條件下的施工重難點(diǎn)以及施工方法，為相似案例提供施工經(jīng)驗(yàn)。