近海抛填石区域深基坑支护技术的探讨与实践(修改稿).doc

近海抛填石区域深基坑支护技术的探讨与实践林振德，陈云彬（中国京冶工程技术有限公司厦门分公司，厦门 361009）摘 要：本文通过厦门近海抛填石区域某深基坑工程，在比选常用支护及止水方案后，采用冲孔咬合桩支护止水方案。实践表明，在类似地质及水文条件下，冲孔咬合桩能较好地适应该地层的深基坑工程，同时，相对其他支护方式其造价低廉，是一种在类似工程中值得推广的围护方式。关键词：深基坑；支护结构；止水；冲孔咬合桩；桩间后压浆中图分类号：TU94 文献标识码：ATechnology Research and Practice of Supporting-systemsFor Deep Foundation Pit in Coastal Riprap-filling RegionLIN Zhen-de , CHEN Yun-bin(China Jingye Engineering Corporation Limited Xiamen Branch, Xiamen 361009 China)Abstract: This paper is a description of bite-piles in low as the retaining and protecting for foundation excavation and curtain for cutting off water, which is in a deep pit of the coastal riprap-filling region of Xiamen by the careful selection. The practice has proved that in a similar geological and hydrological conditions of somewhere, bite-piles in row could be a best supporting system for the excavation works of the deep pit. At the same time, which costs lowly compared to the other retaining and supporting systems for foundation excavation, it should be promoted in a project which is in a similar geological and hydrological conditions.Keywords: Deep pit; Retaining and protecting for foundation excavation; Curtain for cutting off water; Bite-piles in low; Grouting after the completion of piles construction.1、 前言改革开放30年，国民经济取得突飞猛进的发展，而沿海地区城市的发展则是中国经济发展的排头兵，几个经济特区的发展又是沿海地区城市发展的佼佼者。城市面貌日新月异，在新一轮跨越式发展的大背景下，农村、城郊城市化过程进一步加快，城市用地需求进一步加大，原先低洼、滩涂地经过抛填处理后，大量用于城市房屋建设。然而，在此类地层及水文条件下，探讨如何既经济安全又具可操作性强的支护方案，对施工技术、施工工艺的选择就显得尤为重要。本文通过厦门地产大厦深基坑支护结构、止水帷幕的比选，施工工艺的选择及实践。浅析了在类似土层及水文条件下，采用冲孔咬合桩支护及止水的围护方式，其设计是合理的，施工质量可靠，且造价相对低廉等优点，是一种值得在类似土层、水文条件下推广使用的围护结构。2、 工程概况2.1基坑建筑设计要求基坑支护总平面图如图1所示，基坑长宽91.354.5m，建筑设计0.006.10，地面自然标高4.305.40，设计开挖底标高-4.50，基坑开挖深度8.809.90m。2.2 周边环境基坑北侧，地下室外墙距红线6.0m；南侧，距红线3.012.0m；西侧，距红线3.08.0m，其中西南角支护结构距海域护岸挡墙仅2.5m；东侧，距红线5.0m，红线外为市政道路，路面下分布城市管网。2.3 场地的地质、水文条件2.3.1、拟建场地位于厦门湖滨北路延伸段北侧、同益码头东侧。该场地原始地貌类型属港湾滩涂地带，后经人工回填成现有自然地面。根据钻探揭露，场地土层厚度及岩面起伏变化较大，从上至下各岩土体分布及特征如下：（1）人工填土（抛石、填砂）：分布于整个场地，厚度3.715.7m，主要由块（条）石、碎石填筑而成，抛石含量5060，局部达7080%，抛石粒径10120cm。（2）淤泥：全场地分布，厚度0.5014.80m，饱和，呈流塑状。底板面最深达23.60m。基坑中部，下穿淤泥层后直接进入中风化基岩。（3）全风化花岗岩强风化花岗岩中风化花岗岩。图一 基坑总平面图2.3.2、基坑支护设计岩土参数 表一岩土层名称重度天然快剪渗透系数粘聚力内摩擦角cm/sC抛石21.00353.010-2填砂18.5023淤泥16.0101.34.010-7全风化花岗岩19.526286.010-4砂砾状强风化21.035353.010-3碎块状强风化23.02220中风化花岗岩25100302.3.3、拟建场地西侧335m处外为海域，平均水位为地面下2.5m，场地地下水主要赋存和运移于上部人工填土层中，属强透水层。通过地下水位观测孔观测，地下水位随海水涨退潮而变化，地下水与海水联系密切，并且在海水涨潮时还受海水倒灌补给。3、 围护结构的比选12根据基坑开挖深度、总平面布置、场地地质、水文条件，采用排除法分析：基坑开挖深度大，场地狭小，土质差，排除采用自然放坡；场地土层为抛填石，排除采用土钉墙、搅拌桩重力式挡墙或钢板桩支护。在排除完常用的不适合本基坑的支护方式后，该基坑的支护结构只能从桩与地下连续墙二者中选择。地下连续墙的止水效果最佳，但由于抛填石粒径较大，粒径1.2m的石头含量较高，以目前地下连续墙的成槽机械看，其施工可操作性差，价格昂贵，基本是不可行的。从造价上分析，采用冲孔桩比地下连续墙经济。通过上述排除后，本基坑采用冲孔桩支护。在确定了桩支护后，由于基坑开挖深度较大，土质差，淤泥底面最深处达23.6m，且淤泥过后直接到中风化基岩，所以在此条件下，采用悬臂桩支护方式，通过计算3，若嵌岩深度小是难以满足安全要求的；若嵌岩较深，工期不允许且造价不经济。经过上述分析排除，该基坑只能采用桩锚或内支撑的支护方式。而在类似土层中，锚杆成孔困难，注浆质量难于保证，施工锚杆是不可行的。因此，该基坑采用桩与内支撑的支护方式是最合理，也是较经济的。以目前掌握，大量使用的支护方式分析，本基坑支护结构的优化选择并不是该基坑围护方案选择的重点。桩与内支撑的支护方式已大量采用，无论从设计还是施工工艺均已较成熟。但是，如前所述，在排除采用地下连续墙这种既能支护又能止水的围护方式后。采用排桩支护，在类似地质、水文条件下，地下水与大海直接相连，且水位与海水涨退潮密切联系，地下水属动水。在此情况下，如何有效阻断地下水与海水的联系或有效将地下水降至地下室施工面以下则成为基坑围护成败的关键点、难点。从水文条件看，地下水与海水直接连通，采用强降水显然不合适，时间长了，其成本巨大，且若降水过程中断，存在较大安全隐患。而较合理解决地下水问题应该是疏堵结合，既止住大部分地下水，局部漏水采用强排的方式。在满足地下室施工要求的前提下，最大限度地节约成本，减少造价。一方面，在类似抛填石土层中，普通的止水方式，如搅拌桩是无法施工的，旋喷桩引孔困难，桩体无法咬合，形不成帷幕；另一方面，地下水位与海水涨退潮密切联系，地下水属流动水，存在水力梯度，旋喷浆体喷出后未硬化即被冲走，难以形成有效桩体，止水效果是无法保证的。因此，采用密排冲孔桩或单纯靠旋喷桩止水是不可行的。基于以上分析原因，常用止水方式、工艺在类似土层中难以施工，施工质量难以保证的情况下，有必要探讨既能满足支护功能又能满足止水效果的咬合桩施工工艺。咬合桩施工工艺从国外看是以欧洲（如德国宝峨公司、意大利特莱维公司）采用的双旋转动力头全套管钻孔咬合桩施工工艺为主，这种咬合属于硬切割。而国内捷程MZ系列全套管咬合桩施工工艺是采用缓凝砼进行软切割。但这二种咬合桩的施工方法在高含量抛填石地层也是难于成桩的。目前国内抛石层中成桩应用如深港西部通道，采用的是先冲孔再填石粉碴，之后再用全套管钻孔咬合桩施工，其施工造价高，工期长，这种工艺对本工程也是不合适的。因此作为对一种新工艺的探索，冲孔咬合桩支护与止水技术在本工程中应用是一种新的尝试。4、 基坑冲孔咬合桩围护方案的实践以厦门地产大厦为例，依据土层条件、开挖深度，经过计算，取支护桩直径1.0m，支护桩间距1.70m。施工工艺上要求先施工一序二根素砼桩，在二根素砼桩间咬合施工二序支护桩（如图2所示）。同时在支护桩钢筋笼上沿支护排桩二侧预埋焊接注浆管，一起施放到位（如图3所示）。图二图三4.1冲孔咬合桩施工工艺的技术关键为确保一序与二序桩咬合紧密，形成帷幕，同时加快施工进度，通过实践，应从以下方面加以控制：1）确保成桩垂直度的技术关键为了确保成桩垂直度，一方面，设计从技术上要求加长钢护筒长度不小于2.0m外；另一方面，从施工定位准确性上要求在沿支护桩方向施工砼定位导槽（如图4所示）。确保成桩定位准确，咬合充分。图四对本工程而言，冲孔桩穿越抛石层中控制好垂直度是本工程围护结构能否有效止水的重要保证，因此在咬合桩、支护桩施工时垂直度控制是一项关键工作。具体施工控制为每施打12m时，用线锤校正钢丝绳的垂直度，如发现偏孔应立即回填，回填的高度高出偏斜处3050cm后重新施打。在冲孔桩成孔后用探笼检查孔的垂直度，如探笼上下正常，钢丝没有偏斜说明没有出现梅花孔和偏斜。2）确保二序冲孔不偏孔的技术关键相邻咬合素砼桩两桩浇筑的桩顶及桩底标高相对高差较大时，容易偏孔和卡锤；因此控制一序桩浇筑顶面标高在同一水平面，是避免出现偏孔和卡锤行之有效的措施；支护桩开始施打应低锤冲击；待冲出23m深度时有一定的导向性再高冲程冲击，加快冲孔速度。3）二序桩冲孔时间的把握目前冲击素砼咬合桩还应用较少，冲击成孔咬合桩可能会对已施工的桩身造成破坏。在支护桩之前先进行素砼咬合桩的施工，咬合桩跳打间隔46根桩，强度达到6080返回来施打相邻的咬合桩，待相邻咬合桩的桩身砼强度相对平衡（一般15天后），进行支护桩的施工，但时间也不宜太久，素砼桩强度太高造成冲孔困难。4.2桩间后压浆技术为增强咬合桩的止水效果，同时加固冲击成孔咬合桩对已施工桩可能造成的破坏，设计要求在支护桩钢筋笼沿基坑边长方向设置侧向注浆管。侧向注浆管采用直径38钢管，壁厚2mm，与钢筋笼焊一起放到位；侧向注浆管埋设深度为穿透抛石层下部2.0m，并从水位面以下开始每隔330mm设置二个5的注浆孔（如图3所示）；注浆管下端口密封，注浆孔采用橡胶套密封，防止水下砼进入注浆管内，上口注浆采用螺口堵头封口。采用袖阀管的工艺进行分段，纯水泥浆灌注，分段长度33cm；注浆主要以水泥浆用量为控制标准，每延米注浆的水泥用量控制在100kg左右。在支护桩灌芯后1224小时之间进行注浆。4.3需探讨完善的问题4.3.1、保证成桩垂直度定位导槽的问题为使咬合桩定位准确，保证成桩垂直度，确保桩体咬合充分。设计图上要求采用如图4施工定位导槽，但由于施工现场施工机械众多，普通冲孔桩机施工时，前脚压在导槽上，施工震动，容易将导槽压坏。但若不加以总体强行定位，若一序桩头未露出地面，场地泥浆较多时就会对二序桩定位的准确度带来偏差。从而影响到咬合质量。因此，如何设计施工导槽，使定位导槽能在实际工程中更具可操作性将是我们要探讨的一个问题。4.3.2、类似地下连续墙锁口管的工艺能否引用到冲孔桩咬合。受地连墙钢管接槽工艺启发（如图5所示），能否将钢管接槽工艺应用于冲孔咬合桩工程（如图6所示）。若此工艺在实际工程中具有较好的可操作性，一方面将使咬合质量大大提高，止水效果更有保障；另一方面施工速度大大加快，提高经济效益。 图五图六4.3.3、一序桩素砼强度问题 如前所述，国内捷程MZ系列全套管咬合桩采用的是缓凝砼钻孔软切割。类似地，若把钻孔改用冲孔软咬合，施工完一序缓凝砼桩后再冲击二序支护桩时若破坏不严重，则相比冲击硬砼桩咬合，其冲击垂直度、偏孔卡锤将比硬咬合容易控制，成桩施工速度比硬咬合快得多。5、 结论经过对厦门地产大厦深基坑围护方式的比选分析与实践，获得以下认识：5.1在近海抛填石地区设计施工深基坑，通过对常用围护方式的比选，对围护结构安全性、可靠性，施工工艺可操作性等方面做了综合评估。认为冲孔咬合桩围护方式在技术上能较好地适应该基坑的实际情况。而采取如地连墙的围护方案存在较大的技术风险，且围护造价要比冲孔咬合桩方案高。故冲孔咬合桩围护方式是类似土层、水文条件下的较优方案，推荐方案。5.2通过厦门地产大厦实践表明，采用冲孔咬合桩围护方案能保证基坑开挖后支护结构的稳定与安全。支护结构最大位移8mm，地面沉降11mm，均满足相应规范及正常使用要求；咬合桩咬合良好，支护帷幕很好地阻断地下水与海水的直接联系，坑外地下水维持在正常地下水位标高，基坑侧壁未见明显漏水点，个别几个小渗水点及基坑底部渗水量均很少，小泵明排即可，地下室结构施工顺利进行。实践表明，该基坑使用冲孔咬合桩围护方式是可行的，成功的。5.3施工实践结果表明，在类似土质、水文条件下使用冲孔咬合桩围护结构时，有三个技术