中国有色金属工业第六冶金建设有限公司:518020
[摘要] 结合工程实例对水泥搅拌桩与锚杆组合支护技术在深基坑工程中的应用条件进行了探讨，证明在地质条件较复杂的情况下，这种组合支护技术具有良好的挡水挡土效果，可以弥补单纯一种支护形式的缺点，有良好的适用性。
关键词：深基坑；水泥搅拌桩；锚杆；组合支护
1、前言
在工程建设中经常会遇到因周围有建筑物、街道或管线使得施工场地比较狭窄的情况，深基坑不能采用常规的放坡开挖而必须采取支护措施，以确保周围建筑物的安全运营及深基坑的稳定性。水泥搅拌桩两两相互搭接形成的墙状加固体以其良好的止水特性在深基坑支护中作为止水帷幕得到了比较广泛的应用，但由于自身抗拉、抗剪强度低，挡土能力较差，当基坑开挖较深时，挡墙宽度、变形、造价就会显著增加，因而其适用范围受到了一定限制。地下连续墙和混凝土灌注桩虽能克服上述缺点，但是其施工技术复杂而且造价高昂。单纯一种方式的支护方案其局限性是显而易见的。土层锚杆在某些土层中有良好的锚固性能，和水泥搅拌桩组合支护能较好地发挥二者优势，使水泥搅拌桩具有止水、挡土双重功能，具有施工效率高、工期短、造价低的优越性，应用范围得到进一步拓展。本文根据某基坑支护的成功案例，对深基坑水泥搅拌桩与锚杆组合支护技术做一些探讨，以期有助于该项技术的推广应用。
2、工程地质概况
2.1场地位置及地形地貌
某高层商住楼工程位于深圳市福田区，总建筑面积约41000㎡，该楼由A（27层）、B（32层）两栋住宅塔楼及裙房组成。两层地下室，基坑深度8.00米。此地段地貌单元属冲洪积阶地，后经人工改造，原始地形业已改变，勘察时场地内地势平坦，各钻孔孔口标高变化于8. 22～9. 16米。
2.2地层岩性
根据钻探揭露，场地内分布的地层主要有人工填士层、第四系新近冲积层、冲洪积层、残积层，下伏基岩为燕山晚期花岗岩。其野外特征按自上而下的顺序描述如下：
（1）人工填土(Qml)①（①为地层编号，下同）：表层为砼地板或杂填土，由植物土混碎石、砖块、砼块等建筑垃圾组成。下部为紊填土，主要由粘性土组成，褐红、褐黄等色，野外呈硬塑状态。经过多年压实，固结较好，一般呈中密状态。各钻孔均遇见该层，层厚0. 70～6. 80米。
（2） 第四系新近冲积(Q4al)含有机质粉质粘土②：褐灰、灰黑、褐色，含有机质及未先令分解的植物残骸，不均匀的混10～30%的石英质砂，湿～很湿，软塑～可塑。层厚0. 60～2. 50米。
（3） 第四系冲洪积层(Qal+pl)
a．粉质粘③：褐黄、褐红、灰白色，杂浅黄及灰白色斑纹，具网纹结构，含20～40%的石英砂粒，稍湿～湿，可塑～硬塑。层厚0.60～7. 80米。
b. 细中砂④：灰白、灰黄色，砂成分为石英质，不均匀的混约10～20%的粘性土，局部夹粘性透镜体，饱和，稍密～中密。层厚1.20～5.20米。
c．粗砾砂⑤：灰白、灰黄色，砂成分为石英质，混约5～10%粘性土，局部夹圆砾及卵石透镜体，饱和，稍密～中密。层厚1.50～5. 30米。
上述各层层位不稳定，常呈互层状分布。
（4） 第四系残积（Qel）砾质粘性土⑥：褐红、褐黄、褐灰色，系由花岗岩及辉绿岩脉风化残积而成，原岩结构清晰可辨，残留约20～30%的石英颗粒，属砾质粘性土。湿～稍湿，可塑～硬塑状态，层厚1.40～14. 30米。
（5）燕山晚期花岗岩(r53-l)：肉红、青灰色，风化后呈褐红、灰黄色等色，主要由长石、石英及黑云母等矿物组成，含少量其他暗色蚀变矿物。粗粒结构，致密块状构造。按风化程度可划分为全风化（层厚1.70～5.70米）、强风化（层厚0.80～16. 90米）、中风化(层厚0.60～4. 00米)及微风化四带.
2.3 地下水
勘察期间，各钻孔均遇见地下水，属上层滞水～潜水类型，主要赋存于人工填土和第四系地层中，其中冲洪积细中砂④和粗砾砂⑤之透水性强，是主要的含水地层。受大气降水及地表水补给，水位变化因季节而异。勘察时测得地下水稳定水面埋藏深度为1. 90～2.40米，水位标高介于8. 22～9. 16米。此外，在燕山晚期花岗岩中还赋存少量基岩裂隙水，其径流规律及涌水量大小主要受地质构造及节理裂隙控制。勘察钻孔中揭露的裂隙水水量甚少，且无统一的稳定水位。
2.4 各地层有关工程特性指标
3、基坑支护设计方案比选
鉴于场地狭窄，地质条件较复杂，且场地附近有市政道路和多层民房，对沉降敏感，深基坑开挖时必须采取支护措施。可供选择的支护方案有：①SMW工法挡墙，内配HM400×300型钢，加Φ600钢管水平支撑；②钻（冲）孔灌注挡土结构（或沉管灌注桩等），加内支撑；③水泥搅拌桩与锚杆组合支护。由于①、②方案内支撑阻隔，使机械化开挖施工变得较为困难，工期较长，造价也较高，经过比对最终确定采用水泥搅拌桩与锚杆组合支护方案。坑壁采用挂网喷浆围护，既解决挡土问题，又起到止水帷幕的作用，对周围环境不会造成破坏。该方案的主要技术参数为：
（1） 基坑护坡桩墙：规格为φ600@450双排水泥搅拌桩，搅拌桩桩距450mm，搭接长度150，最小长度L=12.00m，以深入全风化层200深为宜。墙顶设300mm厚钢筋混凝土帽梁。
（2）锚杆：墙身设三排预应力锚杆（索），分别是：① 第一排采用D48×3.0钢管,设在－2.00m 处,锚杆L=12m倾角为15°; ② 第二排：锚杆为预应力钢绞线锚索，规格为3×7φs5 @1350，设在－4.00m 处，长度L=23m，倾角为13°，非锚固段长6.5m；③ 第三排锚杆采用D48×3.0钢管锚杆L=12m，倾角为15°，设在－6.00m 处。
（3）坑壁采用80mm厚C20喷射混凝土护面，内设φ6.5 @200×200钢筋网片，锚管与面层连接处设置双向2φ16长度为0.5m加强筋形成的的井子架。
4、主要工序施工技术控制
4.1施工准备
锚杆施工质量是基坑支护安全的关键，在基坑锚杆施工前，应对基坑的各个不同受力区进行锚杆基本试验，以确定、验证锚杆极限承载力和获得有关设计参数。
（1）研究熟悉地质分层并延伸研究基坑外的地质状况，核实锚杆锚固端的最佳岩层，核定锚杆长度。
（2）做试验锚杆，经验证抗拔力达到设计要求后，方可正式施工工程锚杆。
4.2 施工程序
先进行φ600水泥搅拌桩施工，然后将场地分两层开挖到—2.50m处，挂网喷浆护面，在—2.00m处进行D48×3@1350锚杆施工；再开挖基坑至—4.50m，在3.50m处，挂网喷浆护面，进行3×7φs5预应力锚索施工，安装腰梁及锚头，张拉锁定锚索，然后将基坑开挖至—6.50m 处，挂网喷浆护面，在—6.00m处打设第二层锚杆D48×3@1350，至此形成基坑锚杆支护结构（开挖采用分层分段开挖，避免超挖，每层锚杆（锚索）施工完毕均需进行抗拔试验）。
4.3 水泥搅拌桩 施工技术控制要点
（1）主要工艺流程为：采用两次喷浆、两次搅拌的施工工艺流程：定位→清管→制浆→送浆预喷→钻进喷浆搅拌→提升喷浆搅拌。
（2）技术控制要点：① 水泥搅拌浆液可选用32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比力0.5，水泥掺入量为15%。② 搅拌时垂直度误差不超过1%，定位偏差不超过5cm。③ 施工应连续进行，相邻桩喷浆工艺的施工时间不大于10小时以确保与邻桩搭接。④ 预搅下沉搅拌下沉速度不大于2m/min，搅拌提升速度控制在0. 5～0. 6m/min。⑤成桩应保证桩径600mm，搭接为150mm。
4.4 锚索施工技术控制要点
（1）主要工艺流程为：定位→制作杆件→钻机成孔→清水洗孔→插筋→锚孔注浆→清理→张拉。
（2）技术控制要点：① 土方开挖边槽后，应量测标高，并在围护桩上拉线做号。②钻机就位应准确，底座应垫平，钻杆倾斜角应用罗盘校核，角度偏差不大于0.5°，高差不超过5cm。③成孔后用清水洗孔出渣后立即插筋，插筋时锚杆应顺直除锈按设计角度入孔，④锚孔注浆采用高压二次注浆工艺，水泥用量50kg/m，浆液可采用水灰比为0.5的水泥净浆，水泥用P.0 32.5R硅酸盐水泥，二次注浆的压力宜在2.5MPa。⑤ 对锚杆进行张拉锚固，预加荷载为设计荷载的80%，锁定值应比设计锁定高出10%~20%左右，来抵消锚杆张拉产生的应力损失。
（3）锚杆抗拔试验：为检验锚杆设计数据的可靠性及锚杆施工工艺的可行性，随机抽取5 组进行锚杆抗拔试验。试验分十级加荷，每级48kN，用百分表测位移量，每级荷载的稳定标准为连续三次（加荷后每隔5min读数一次，每级荷载读数三次）百分表读数累计位移量不超过0.1mm。试验结果表明，锚杆抗拔力都超过了设计荷载，基坑开挖后并未出现锚杆抗拔力不足而被拔出的现象，说明锚杆的设计与施工技术可行，安全可靠。
4.5 钢管锚杆施工技术控制要点
（1）施工工艺流程： 施工准备→测量定位→击入锚管（锚杆制作）→注浆。
（2）技术控制要点：① 锚杆孔定位：按设计图纸确定孔位，在坡面每隔30m左右用水平仪器测量孔位端点，打入钢筋头作标记，然后在两点之间拉直线并用长30m尺按设计间距标定水平点位。② 钢管制做:采用φ48×3.0mm的热轧电焊钢管制作，钢管接长应满足等强度要求，钢管接长采用3φ16双面帮焊，帮焊长度不小于80cm。③ 钢管击入：按测放好的锚杆位置采用冲击钻机打入，施工过程中防止地下水涌出并造成水土流失。④ 浆液制做：用P.O.42.5R普硅水泥制备纯水泥浆，水灰比0.45～0.50，加0.3%的FDN-5作为外加剂。浆液应搅拌均匀，随拌随用，且应在初凝前用完，注浆时严防石块、杂物混入。浆液固体28天强度不低于M25。⑤注浆：采用高压泵按设计注浆量注浆，控制注浆压力为2.0MPa，注浆作业开始和中途停止较长时间再作业时，宜用清水冲洗注浆泵及注浆管路。
4.6降水施工技术控制要点
由于建设场地地下水埋深在1.900～2.400m，该水位主要为砂土层中的潜水水位，土层渗透系数较大，水位高低受降雨影响较大且呈季节性升降，须设置降水井进行降水处理。采用φ219井管形成深井降水系统，降水井深度12～16.0m,成孔深度为13～17m，井管外径219mm,基底以下为管壁上布眼孔，规格为φ20@40。井壁和井管之间及管底以下1.5m范围内以φ0.5～1.0cm的圆砾或角砾填充。采用出水量30～150m3/h的多级离心泵或潜水泵进行抽水。土方开挖前3天启动降水系统进行降水，以确保土方施工在无水状态下开挖。
5、施工过程中的检测、监测
根据设计和规范要求，水泥搅拌桩采取抽芯检测（抽取数量为桩数1%且不少于5根），采芯率较高，芯样完整且其芯样抗压强度试验结果均远大于设计要求值。土层锚杆（不少于3根）通过抗拔拉试验，其试验拉力达到设计时，最大位移均未超要求且变形很小。
开挖时按设计要求对坡顶位移及沉降，土体侧向位移变形，周边建（构）筑沉降等进行观测，同时制定了报警标准（即坡顶位移总量超过35mm;日位移超过3mm，且连续3d以上未收敛：基坑外侧土体明显开裂时）。具体如下：
（1）基坑围护桩深层位移变形监测：在基坑开挖过程中，为观察其变形的具体情况，掌握围护桩各分层土体位移量，推定围护桩土体剪切破坏位置，在基坑四周水泥搅拌桩中间埋设数根深度为12. 0m的测斜管，测斜管安装采用连接管连接，确保管内外对齐紧密连接，采用CX-01测斜仪观测，测量精度不超过±0. 3mm。每天监测两次，变形最大位移量在测斜管顶部下0. 5m的位置，位移量为4.2mm，属正常变形。
（2）基坑围护桩顶部水平位移监测：在水泥搅拌桩顶部每隔15m位置布设一个水平位移观测点。观测时，应用J6经纬仪，采用视准轴线法（附以小角测法）观测其水位移量，测量精度≤±1mm。每天监测两次，各观测点的累积位移量不大，其中最大累积位移量10.0mm，最小累积位移量为2.0mm:在土方开挖期间，围护桩内侧壁由于应力释放发生了位移；至施工完毕，各观测点稳定。
（3）基坑围护桩顶部沉降监测：在基坑围护桩顶部水平位移监测点位置布设数个沉降观测点。用DSZ1水准仪按国家水准测量规范要求进行观测，观测时构成闭合水准路线，其闭合差不超过±0. 6mm（N为测点数）。平均每天监测两次，各观测点累积沉降量不大．其中最大累积下沉量9. 0mm，最小累积下沉2.4mm，多数观测点稳定。
6、结论和建议
（1）方案优化选择的重要性：实践证明该组合支护结构在施工期间能保持稳定，是安全可靠的，其具有结构简单、阻水效果好、污染小、噪音小及施工方便等特点，尤其是节约了25%以上的投资，缩短了20天工期，取得了比较理想的效果。
（2）深基坑支护设计与施工是一个比较复杂的系统工程，除支护结构选型设计外，还包括止水降水措施、工程监测及应急预案等内容，影响因素较多，必须切实加强施工组织管理，对每个施工重要工序及工序间的衔接、关键环节严格监督、严加控制。
（3）锚杆的施工质量是基坑支护工程安全的关键，锚杆施工的每一道工序尤其是清孔、注浆、锚杆张拉工序均应认真地进行跟踪记录，凡出现与设计不符的情况，必须及时如实反馈，由设计者复核后采取补强措施。
（4） 基坑工程施工，必须加强信息化管理，通过必要的施工监测及时反馈设计、施工参数，以利于及时调整设计、施工方案，确保支护体系安全可靠、经济合理。
参考文献
[1] 建筑基坑支护技术规程JGJ120-1999，北京：中国建筑工业出版社，1999
[2] 建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202—2002，北京：中国建筑工业出版社，2002
[3] 建筑施工手册（第四版），北京：中国建筑工业出版社，2003
[4] 徐伟等主编. 高层建筑施工，武汉：武汉大学出版社，2003
论文作者:张艺涛
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期
论文发表时间:2015/11/3
标签：基坑论文; 锚杆论文; 位移论文; 水泥论文; 组合论文; 注浆论文; 钢管论文; 《基层建设》2015年16期论文;