高压旋喷桩+锚管组合式支护结构在软土地区基坑工程中的应用.doc

龙源期刊网 高压旋喷桩+锚管组合式支护结构在软土地区基坑工程中的应用作者：周国金来源：科技创新导报2011年第14期摘 要:基坑支护形式多样,但在软土中由于其土体的特殊性,本文介绍高压旋喷桩+锚管组合式支护结构在厦门内岛外沿海地区软弱土层中的应用,对设计、施工与监测等方面进行分析与总结,旨在为同行们在软弱土层中高压旋喷桩及锚管支护结构的应用积累经验。 关键词:基坑支护高压旋喷桩锚管软弱土层监测 中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)05(b)-0116-04 1引言 20世纪八十年代中期特别是进入九十年以后,高层和超高层建筑项目大增。在城市建设不断发展的同时,各种地下建筑物也迅速兴建,如地铁、地下商场及高层建筑的地下人防、停车场。地下工程往大深度方向发展给高层建筑基坑支护施工带来许多困难。土钉墙支护在1979年国标会议中对其经济性和安全性均予以肯定。我国80年代将其引入国内,主要在治理滑坡、隧道支护等大型土木工程中应用。该项技术用于高层建筑基坑开挖是进入90年代才用于工程实际的;在软土层中采用高压旋喷桩及锚管式土钉支护是近十几年才出现的挡土技术,在浙江、福建、上海、广东等沿海地区软土层中得到成功的应用。本文主要介绍此技术在厦门沿海软土层中的应用,并对设计、施工与监测等方面进行分析与总结,旨在为同行们对高压旋喷桩及自钻式锚管在基坑支护结构中的应用积累经验。 2 工程概况 本工程位于厦门市集美区马銮湾北侧,为某公司国际营运中心,地上十三层、地下一层,总建筑面积约9500m2,地下室基坑开挖面积约1200m2,基坑开挖深度约4m。 3 场地工程地质条件 拟建场地南侧为杏林湾,其余三侧均较空旷,50m范围内无建、构筑物分布。本场地土层自上而下分为:耕植土、粘土、淤泥质土、中砂、残积砂质粘性土。各土层主要物理力学指标见表1。 耕植土:灰褐色,主要成分为粘土,含较多植物根茎;稍湿,松散,力学强度低。 粘土:灰黄、褐黄、褐灰色,多含铁锰质氧化物、腐植物根茎;可软塑,中高压缩性。 淤泥质土:青灰色,有时含少量粉细砂,腐植物碎屑,贝壳残片,流软塑、高压缩性、高灵敏度。 中砂:浅黄、灰白色,泥质含量约占15-30%,砂、砾成分以石英为主,颗粒级配差,稍密状。 残积砂质粘性土:浅黄、褐黄色,成分由长石风化的粘土矿物及石英、云母碎屑等组成,无摇震反应、干强度中等、韧性较差（如表1）。 4 基坑支护方案设计 4.1 本工程基坑支护采用高压旋喷桩+锚管组合式支护结构,设计验算内容如下: 1)锚管抗拔强度验算; 2)基坑抗倾覆稳定验算; 3)基坑抗滑移稳定验算; 4)基坑整体稳定验算; 5)基坑底抗隆起稳定验算。 4.2 设计参数取值说明 1)地面严禁超载,地面堆载取10kN/m2; 2)土体内聚力、内摩擦角考虑雨季、台风影响折减20%; 3)土压力计算:采用朗肯土压力理论进行计算,水土合算。验算时淤泥质土中的抗拔力控制在6kN/m内(可以根据锚管抗拔试验进行调整);设计中的锚管的抗拉安全系数应大于1.5;抗隆起、抗滑动、抗倾覆的安全系数应大于规范要求。 4.3 设计方案 1)旋喷桩直径为1000m,桩与桩搭接长度为150mm,桩长为9000mm。 2)锚管采用48mm3.5mm钢管制作,在管壁上呈梅花形开设8mm出浆孔,孔距300mm,锚固端2000mm范围内管壁上不得开设小孔;锚管大样详见图1。 3)锚管内注浆用水泥浆水灰比0.4,注浆压力为0.5MPa,注浆量不小于25kg/m; 4)基坑斜坡面喷射混凝土强度等级为C20,水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥,喷射厚度100mm,内配6.5200双向钢筋网片,横向连接筋为18; 5)锚管长度为8m,锚管水平、竖向间距为1.5m; 6)放坡坡度为1.51; 7)挖土至第一道锚管标高深度,沿基坑各边,每完成15m长度的土方开挖立即进行相应范围内的土钉及坡面施工; 8)待已施工完的土钉达到70%设计强度后,即土钉施工完67天后,可挖土至下一道土钉标高深度,进行下一道锚管的施工; 9)基坑地表设置明沟排除地面水,坑内采用集水井方式排水; 10)基坑监测内容:土钉墙沿深度方向深层土体水平位移(利用测斜管监测); 11)基坑支护沿深度的水平位移监测:最大侧向水平位移控制值为连续三天不大于5mm/天,当天不大于15mm,累计最大值不超过50mm。 5 旋喷桩及锚管施工工艺 5.1 旋喷桩施工工艺 钻孔 旋喷引孔钻机安设在所布孔孔位上。开钻前通过附近的人工探坑确认了孔位处地下预埋管线及其他障碍物的位置,进行了合理避让。为了保证钻孔达到要求的垂直度,钻机安装时垫牢基座,钻机就位后,做了必要的水平校正。钻进过程中,根据钻进情况随时进行了检查和校正。钻孔深度按试验要求进行。 地面试喷 旋喷钻机就位后,下喷射管前在地面进行了试喷,检查各项工艺参数是否达到试验选取要求,在浆压、气压及所有设备运行正常后,封堵喷头下到孔底。 下喷射管 下喷射管是将喷嘴插到预定的位置,在下管过程中,应将浆、气嘴用胶布或皮塞堵塞起来,以防泥沙进入管路,下管深度达到试验要求后,严格按试桩要求进行高压注浆施工。 喷射提升 当喷射管下至预定深度后,启动有关旋喷设备,在桩底部边旋转边喷射,待孔口回浆正常后,再按试验要求参数旋转提升。喷射过程中,各种工艺参数严格按照试验选取要求控制。再次喷射时应将喷射管下至原停喷深度以下0.5m,以使桩体能够很好地连接。旋喷施工过程中做好了冒浆的管理,避免了周边环境受污染。 回灌 当喷射提至离地面50cm后停止喷射,然后冲洗机具管路,喷射即告结束。 由于水泥浆液在析水固结过程中,将产生一定的凹陷,虽然喷射结束,但静压灌浆工作应继续进行。回灌工作的好坏,直接影响桩体质量。为此,现场设置了专人进行回灌工作,使泥浆液面始终保持在孔口。 5.2 旋喷桩施工参数 喷嘴个数及直径:12.2; 注浆压力P30MPa; 压缩气压力P0.7MPa; 水泥浆液比重1.50; 旋转速度:20转/ min; 提升速度:1520cm/min。 5.3 旋喷桩施工设备及人员配备 如表2。 5.4 旋喷桩施工用注浆材料、数量及制浆 旋喷桩试桩采用P.O42.5的普通硅酸盐水泥,每米桩计划用水泥250kg,一根800的长20m的桩,计划用水泥5吨,但实际施工时由1根试验桩增加为3根试验桩,总桩长318.5m,共用水泥14吨。 水泥浆搅拌用水为天然地表水。由自制搅拌机搅拌11的水泥浆,浆液密度1.41.5g/cm3,制浆时严格检测其浆液密度。水泥浆液自制备至用完的时间:不超过3h。 5.5 旋喷桩施工质量控制 严格按照旋喷桩施工技术交底书要求进行试验桩施工,根据选定的施工参数,定期进行检查测定,如发现不符合规定要求时,及时采取措施纠正,施工人员按试验规定做好试验施工记录,并接受甲方及监理人员的检查。 5.6 试验桩质量检测结果 旋喷桩的质量检测采用开挖检查桩径及用钻孔取样方法进行: 1)开挖检查 2008年3月1516日对试1号、试2号、试3号桩分别进行了桩体的人工开挖工作，开挖深度1.5m，于2008年3月17日上午9时，有现场驻地监理、项目部技术人员及施工队负责人在场的情况下进行了桩体的观察和量测工作，重点对试2号桩进行了检查。试2号桩桩体形状呈圆柱状，上下均匀，随着不同深度土层的变化，桩体外部颜色也略有不同，在选取几个不同深度处的截面周长用钢卷尺进行丈量后，反算试2号桩桩径平均可达850mm。试1号、试3号桩也进行了检测，但桩径略小于试验要求的800mm，分别是700mm、750mm，这是因为在施工各试验桩时选去不同工艺参数的不同结果。 2)取样检查 开挖检查结束后对开挖留下的土坑进行了回填,2008年3月17日下午2时组织人员安放钻机进行钻孔取芯工作,经过一天半的钻孔取芯,于2008年3月18日下午5时结束了钻孔取芯工作。钻孔取芯工作采用钻灌合一的MGJ50型旋喷钻机进行,取芯钻头采用89mm的金刚石钻头,取芯深度12m,进入中砂层内桩体6m。由于旋喷桩体属于水泥土范畴,桩体强度低,89mm的钻头用于取芯略为偏小,所以芯样的完整性不甚理想,尤其在上部粘土层中芯样还略显破碎,呈黄褐色,但位于中砂层中的芯样就比较完整,浅灰色的芯样呈长节圆柱桩,最长的有35cm,取芯率较高。2008年3月19日上午9时,现场驻地监理、项目部技术人员、试验人员及施工队在试验桩钻孔取芯现场共同提取了桩体芯样送试验室进行物理力学性能试验(主要是无侧限抗压强度试验),物理力学性能试验工作正在进行中,桩体无侧限抗压强度试验结果为fccu 5.0MPa。 5.7 锚管施工工艺流程 锚管施工与挖土交错进行,相互影响,其工序为:先开挖第一层土体,再进行第一道锚管施工,待支护强度达到要求后再进行第二层土方开挖,依此类推。 5.8 锚管支护 锚管在施工过程中的定位偏差应小于50mm,锚管头采用专用锚具与通长横向22#槽钢锚固。支护结构剖面图如图3: 5.9 锚管抗拉试验 锚管拉力试验采用液压式ZY-30型锚杆拉力计,张拉试验数据如表2: 试验表明,锚管式土钉在软土地区抗拔力能达到设计要求。 5.10 施工注意事项: 1)严格按设计相关要求施工; 2)严禁基坑边出现大的震动荷载,砼搅拌机等机械放在基坑影响范围之外; 3)软土基坑必须分层开挖,到淤泥质土层后,必须跳挖,挖土长度不超过10m。挖好后及时顶管,严禁暴露。已施工完的土钉墙达到70%设计强度后,即土钉墙完成67天后,方可挖土至下一道土钉标高深度,进行下一道锚管的施工,严禁盲目超挖; 4)基坑开挖过程中,采取措施防止碰撞支护结构,避免扰动基底原状土;挖土深度控制在设计锚管下30cm内; 5)开挖至坑底标高后,坑底及时进行基础工程施工; 6)锚管打入角度严格控制在15内,防止打入角度过大,降低锚管设计有效长度,特别是最下面二排锚管1; 7)开挖之前编制监测方案,开挖时及时观测,特别是大面积退土时增加监测频率;遇到监测数据超过警戒值或不收敛必须及时报告设计单位,并采取应急措施控制支护变形; 8)编制应急处理方案,准备应急回填沙袋、挖土机、运输车辆,准备应急抢险人员、物资; 6 旋喷桩及锚管质量控制要点 1)施工前,项目技术负责人将设计要求及技术要求向全体作业人员进行技术交底;对施工现场地下的埋设物做好定位标识,按照施工平面图的要求布设桩位和标高;检查进场设备完好情况。 2)在插入旋喷管前应先检查高压水和空气喷射情况,各部位密封圈是否密封,插入后先作高压射水试验,各项参数合格后方可喷射浆液;如因塌孔插管困难时可用低压(0.10.2MPa)水冲孔喷射,但须将高压水喷嘴用塑料布包裹,防止土石混入堵塞。 3)如果土层分布不均,存在层位差异时采用非匀速提升,即较硬的土层提升慢些,较软的土层提升快些,以弥补桩径不等的缺陷。 4)发现浆液喷射不足而影响成桩直径时,必须进行补喷。 5)施工作业时出现故障时,应停止喷射和提升,以防桩体中断;如果故障不能在短时间内排除(浆液初凝前),应提起喷浆管,待故障排除后重新成孔和喷射,但成孔深度应超过停喷深度至少1m,以防搭接不良造成质量缺陷。 6)喷射到设计标高后应迅速拔出喷浆管,并用清水冲洗管路,以防浆液凝固堵孔。 7)调制水泥浆及喷射用水应为可饮用水,不得使用污染严重的工业废水和酸性水。 8)浆量Q可按下式确定: Q=H/V.q.(1+A) 式中H设计桩长(m) V喷嘴提升速度(m/min) q浆液泵排量(L/min) A浆液损失系数(可取A=0.10.2) 9)高压喷射过程中,冒浆量应控制在10%25%之间,高压泵吸水口应经过孔径1mm筛网过滤。 10)桩位偏差应小于5cm,桩身垂直度偏差1/100;旋喷加固土体试件28d的无侧限抗压强度应不小于4.0MPa;桩身浆液与土体搅拌均匀,无缺浆段;桩顶、桩底标高达到设计要求;所使用的材料必须具有质量保证书及检验合格试验报告 11)检测点应布置在下列部位:有代表性的桩位、施工中出现异常的部位及地基情况复杂可能对高压喷射注浆质量产生影响的部位;检测点的数量为总桩数的1%,并不小于3个点;检测工作宜在喷射注浆结束28d后进行 7 质量保证措施 1)管理措施（如图4） 按施工工艺要求健全岗位分工责任制; 把质量责任目标的考核放入其他责任考核的首位,只有质量满足要求才能实现其他考核; 按项目的检验和试验计划,做好进场材料检验与复验,保证材料的质量; 认真做好施工过程控制,对施工准备、图纸会审、进场设备验收、隐蔽工程验收及工程竣工资料管理等过程; 对工程质量较重要的、容易发生差错的工序和环节设置管理点,全过程实行三级验收制度,对不合格品及时进行评审与处理、返工,并针对性查找不合格品产生的原因,予以纠正; 施工和质量发生矛盾时,质检员有质量一票否定权,上一道工序不符合规范要求时,不得进入下一道工序; 确保各道工序连续施工,并使各道工序都处在受控状态,做好成桩全过程的原始施工记录,并做好归档; 喷射注浆前台与搅拌后台等主要岗位,施工时应实行挂牌制,牌上注明管理人员、操作人员、施工日期; 前台操作与后台供浆密切配合,联络信号要简单明了。 2)技术措施 为保证本基坑围护工程质量合格,着重抓住各施工环节的施工质量、技术管理不放松,对本项目各工序质量控制按全优目标的要求把好每一道关,并采取如下措施: 测量人员按设计要求进行桩基轴线和桩位放样、定位,保证测量精度误差不超过20mm,并报监理验收,以保证桩位准确,并对各控制点加以保护; 根据试桩施工情况,选择合理的施工技术参数,并报监理审批; 注浆管下沉时,要认真检查浆、气管路以及喷嘴是否通畅,密封圈是否完好; 严格按照设计配合比投料拌制浆液,做好记录,复核进库水泥消耗量与设计施工用量,严禁偷工减料,制备好的浆液不可发生离析现象,并在送浆前保持不停的搅拌; 严格按照确定的速度施工,保证桩身浆液连续、均匀,当机械因故障或停电暂停施工时,应记录其送浆深度,待恢复施工时使钻头下沉至停浆深度位置以下1.0m处重新喷浆提升; 钻机定位安装水平、竖向稳固,由质检员进行孔位、钻杆垂直度校正后方可引孔;喷射注浆施工必须隔孔跳打,防止邻桩串浆而影响成桩质量; 高压喷射注浆结束后应立即用清水将输送管路内残留浆液全部喷射排出,钻具及其他设备用低压水冲洗干净; 严格执行设计文件规定的技术规范、标准、法规并自觉接受监理监督; 对施工中发生的有可能危及工程的意外情况时须及时上报处理,方案须经总工和监理签认同意后方可实施; 采用信息化施工并贯穿整个施工过程,基坑土方开挖全过程中由专业监测单位对周边道路和建筑物实施位移和沉降观测;并对监测反馈的信息加以分析、判断,随时调整施工工艺和顺序。 3)内业资料整理 施工结束后,由施工技术员汇总现场各类记录及其他技术资料,资料主要内容有:技术交底记录、施工记录、隐