20米深基坑桩锚支护体系施工技术

20米深基坑桩锚支护体系施工技术 摘 要 通过对厦成高速公路（厦门段）A7标东孚隧道明挖段深基坑桩锚支护体系开挖与支护的施工工艺控制，总结了深基坑施工中的要领及一些注意事项，供以后深基坑施工提供参考。关键词 深基坑；锚索；开挖；施工工艺1 概况1.1 工程概况：东孚隧道是厦门（海沧）至漳州（天宝）高速公路的起点段工 程，该隧道主要位于厦门市海沧区境内，下穿东孚火车编组站39股道及东孚工业区，其中LY（Z）K15+315LY（Z）K15+395段（见图1）为明挖段，基坑底部开挖宽度约55m左右，深度达20m，基坑四周采用钻孔桩结合锚索、旋喷桩进行支护；钻孔桩直径1.0m，水下C30混凝土灌注，桩间距1.2m，桩顶设置1m0.8m冠梁，桩间设600mm高压旋喷桩止水， 基坑竖向设置四道锚索，锚索设置在钢腰梁上，与围护桩形成共同作用；基坑安全等级为一级，周边建筑物、道路、地下管线必须保证其安全。1.2 岩层地质概况根据地质钻探资料，该地层主要由填筑粉质粘土、冲洪积成因中粗砂、冲洪积成因粘土和粉质粘土、残积成因残积粘性土以及全砂土状强风化凝灰岩组成。第层，填筑粉质粘土：厚度约0.9012.60m，该层遇水易坍塌破坏，工程地质性质差；第层，粉质粘土、粘土：厚度约0.603.50m，该层工程地质性质差；第层，中粗砂：厚度约0.605.50m，该层工程地质性质差，对隧道边坡和洞身围岩稳定的影响很大，其自稳能力很差； 第层，残积粘性土：厚度约2.408.80m，该层工程地质性质相对仍较差，作为地基持力层，其承载能力能满足设计要求；第层，全风化凝灰岩：该层为基岩全风化层，厚度约1.9013.10m，主要作为地基持力层，其承载能力能满足设计要求；第层，砂土状强风化凝灰岩：该层为基岩风化层，主要作为地基持力层，其承载能力能满足设计要求。1.3 水文地质概况根据钻孔水文地质观测，该地层地下水发育，其类型为松散沉积物孔隙水、风化带裂隙水，补给来源主要为大气降水，地下水位为2.45.7m。图1 明挖段工程示意图2 基坑稳定性分析根据地质勘测资料显示，该段明挖基坑开挖，主要位于第层：中粗砂和第层：残积成因的粘性土；这些土层自稳能力很差，加上地下水位又较高且水量丰富，在地下水的浸泡下很容易产生液化现象，对基坑开挖和支护稳定造成很大的影响，作为地基持力层，会影响到其承载能力是否满足设计要求；基坑开挖时，由于应力的释放，开挖层与基坑顶的高差必定会形成的侧压力和水平推力，围护结构及土体极易受到这两种力的影响产生水平位移，对周围的建筑物及管线保护造成不利，因此开挖前需对基坑进行整体稳定性验算，主要验算基坑开挖后支护体系的抗倾覆稳定性验算和坑底地基土抗隆起的稳定性。2.1 基坑抗倾覆稳定性验算图2 整体稳定验算简图抗倾覆安全系数:Mp被动土压力及支点力对桩底的弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力 决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。Ma主动土压力对桩底的弯矩;锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。Ks = 1.757 1.200, 满足规范要求。2.2 坑底地基土抗隆起验算图3 抗隆起验算简图Prandtl(普朗德尔)公式(Ks 1.11.2)，注：安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97:Ks = 2.097 =1.1, 满足规范要求。经验算，支护体系的抗倾覆稳定性验算和坑底地基土抗隆起的稳定性均满足一级基坑要求。3 深基坑开挖施工总体方案由于该段是深基坑开挖，基坑土层主要是砂类土和残积粘性土，在没有受到水的浸泡时该土层强度会较高，当在雨水或地下水浸湿后强度便急剧降低，因此为了确保施工安全，基坑内要采取降水措施，通过降水及时降低基坑开挖范围内土层的地下水，满足基坑无水开挖的施工要求，要尽量减少深基坑开挖暴露时间，需要科学、合理、统筹安排开挖顺序。 开挖总流程为：施工前准备、降水、排水设施第一层土开挖、锚索制安、喷浆第二层土方开挖、锚索制安、喷浆第三层土方开挖、锚索制安、喷浆第四层土开挖、锚索制安、喷浆开挖至基坑底标高喷浆，基坑积排水设施、封底垫层施工。4 施工工艺措施4.1 基坑降、排水措施：基坑开挖前采用大口径井点降水至最终基坑面1m以下，为了防止地表水流入基坑,在靠围护桩外侧设置截水沟,每隔20m左右设一集水井。4.2 基坑挖土基坑在右侧设一6m宽的出土便道（见图1），便道坡道按15%设置，由于开挖基坑达20m深，便道总长约100米，因受两侧场地限制，靠近基坑50米长的便道需设置围护桩结合锚索加固支护，由于基坑土层为原站场填土、淤泥和粘性土，运土机械无法直接在此种土层的坡道运行，所以每一层开挖完均要在坡道上铺设30cm厚碎石层或大面积钢板，确保运土车通道能够正常通行。为确保基坑安全，必须控制每层开挖深度和暴露时间，开挖20m深共分为5个层，每层开挖垂直深度暂定为4.0米，现场具体开挖深度以每道锚索位置为准，以便于锚索的施工安装；每层开挖完成后立即进行网喷混凝土支护，再进行锚索支护。清修围护桩侧面孔位放线、钻孔外部保护封孔注浆锚索安装注 浆张拉锚索制作钢腰梁安装钢围囹制作张拉设备标定4.3 预应力锚索施工（锚索施工流程见图4）锚索设计水平间距1.2m，竖向间距4.0m，长度1232m；锚索与桩、腰梁、支座、垫板关系图见图5，锚索构造及锚索与围护桩连接大样见图6； 图4 锚索施工流程 图5图5 锚索构造及锚索与钻孔桩连接大样图4.3.1 锚索钻孔根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件等选择采用潜孔冲击式钻机，孔位误差不得超过50mm，钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值；为确保锚孔直径和深度，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径、实际钻孔深度大于设计深度0.5m以上；钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻12分钟，防止孔底尖灭。4.3.2 锚索制作及安装钢绞线采用高强度低松弛无粘结预应力钢绞线，安装前要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉、排列均匀，除锈、除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处剔出；钢绞线沿锚索体轴线方向每1.01.5m设置一架线环，保证锚索体保护层厚度不小于20mm。4.3.3 注浆采用排气注浆，注浆管插至孔底，砂浆由孔底注入，空气由锚索孔排出；锚索灌浆材料采用强度不低于25MPa的水泥浆，注浆材料宜采用水灰比为0.40.45的纯水泥浆，注浆压力宜为0.51.5MPa;二次高压注浆宜使用水灰比为0.450.50的纯水泥浆,注浆压力宜为2.03.0MPa；注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净，同时做好注浆记录。4.3.4 锚索钢腰梁制作安装桩-锚体系防护是以钢围囹作为锚索梁，钢垫垫板置在钢围囹腰梁上，方向与锚孔方向一致，垫板与腰梁间要紧密贴紧，尺寸厚度要满足要求，钢围囹腰梁采用2根32c型组合工字钢焊接而成，与锚索的倾斜角度一致。4.3.5 锚索的张拉当注浆体达到设计强度80%后，一般为7天，进行锚索张拉，锚索张拉采用OVM15-3锚具，张拉锚索前需对张拉设备进行标定，张拉应按设计要求的预加力进行张拉（图7），张拉前钢围囹应与围护桩密贴防止张拉后锚索预应力损失；张拉完并测定预应力无损失时可进行封锚，否则，必须进行补张拉；张拉后，立即进行封孔注浆，封孔注浆后，从锚具量起留5Omm钢绞线，其余的部分截去，在其外部包覆厚度不小于50mm的C25细石砼。 图5 锚索张拉情景5 挂网喷浆在围护桩侧应及时喷浆，以保持围护桩间土体的稳定，在围护桩间土体如是砂层或土质较差部位应采用挂网喷浆，应采用湿喷确保喷浆质量，桩间如有渗水部位应及时安装PVC管引水。6 监测措施在深基坑开挖过程中监测是非常重要的项目，根据监测资料能够及时发现问题，调整施工进度和方法，确保基坑围护的质量和安全；监测内容主要有：6.1 围护桩顶水平位移监测：主要用于观测围护桩桩顶及邻近建筑物的水平位移。6.2 锚索拉力监测：锚索监测点纵横向每隔米设一个监测点，锚索张拉前，在垫板处安装锚索应力传感器，然后在锚索应力传感器外安装锚头进行张拉锁定，用于观测基坑开挖过程中锚索拉力的变化，以及时控制锚索的施工质量。6.3 地下水位监测：在基坑外典型及重点部位布置地下水位观测井，监测坑外地下水位的波动情况，在整个基坑开挖期间定期观测井下水位。6.4 测斜监测：观测基坑开挖过程中围护桩桩身和土体的位移，该项目在基坑四周围护桩内预埋一定数量的测斜管。 7 深基坑施工工艺一些注意事项7.1 基坑开挖时应分层、分段开挖,靠围护桩处需预留三角土护边,以免围护桩侧开挖后暴露时间过长影响稳定；开挖至距坑底200mm时应由人工开挖，同时应立即进行基底承载力检验，监理工程师书面签认后及时混凝土垫层封底，避免基底暴露时间过长造成承载力不符设计要求。7.2 加强围护结构施工质量的控制，保证隔水帷幕的作用；在基坑开挖过程中，严禁“大锅底”开挖，并做好基坑内的排水工作，维持基坑开挖干燥稳定；如在雨季和台风期间施工必须准备足够的抽水设备；基坑开挖过程中加强对围护结构的渗水渗泥现象的观察，如有此现象，应及时有效地进行封堵。7.3 基坑开挖期间应加强对边坡、围护结构、建筑物及管线的沉降及位移观测，规定报警值，如发现基坑位移沉降超过设计警戒值，应立即采取措施加强支护，保证基坑周围附近建筑物的稳定。7.4 锚索施工质量是整个深基坑支护体系的关键工序，钢腰梁要严格按设计尺寸施工，与围护桩之间的间隙应用混凝土或钢板填充，并在锚索初张时加长持荷时间，以消除锚索与围护桩之间的间隙对预加力的影响；锚索插入孔内的深度不应小于成孔深度的95%，亦不得超深，实际注浆量一般要大于理论的注浆量，或以排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。7.5 在锚索大面积施工前，必须先进行锚索试验，总结锚索施工工艺和注浆、张拉数