结合实际工程谈基坑降水与支护的施工技术应用
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摘要：作者结合工程施工实例，重点介绍了采用管井降水方案和桩锚支护,土钉墙与预应力锚索相结合的支护方案,在地下停车库工程中应用，并取得了较好效果。
关键词：深基坑;护坡桩，土钉墙，支护技术
本工程为三层地下停车库，地下室建筑面积约为30000平方米，地下室层高均为5.5m，基坑开挖深度约16.5m，地下水渗透系数不一、水量分布不均、水位高、降深大、地下水丰富、基坑开挖深度大，距周边建筑物和道路近。要确保工程顺利进行，基坑降水和支护就成为施工的一个关键。
1.1基坑降水设计
根据场区水文地质条件，工程具体情况和各种降水方法的适用条件，经过工程类比和理论验算，基坑四周设计深井管降水，设置56 口深井(包括基坑中间2口观测井) ，井径600mm，井深22m，井距6～8m，井中心距槽边1m，无砂水泥管直径400mm，滤料2～8mm 碎石，基坑四周每50m 左右设一集水池。采用潜水泵抽水，直接排入集水池，再进入地面排水系统，排至市政污水井。如图1所示：
图1
1.2基坑支护设计
根据基坑周边环境、工程地质条件、支护结构适用条件，通过技术经济分析和论证，同时参考类似工程实际经验，基坑支护采用桩锚支护、土钉墙与预应力锚索相结合的支护方案。基坑西北两侧壁由于紧邻建筑物和道路，- 5.0m以上的边坡，采用土钉墙支护，其以下部分采用桩锚支护(即排桩与预应力锚索联合支护结构的简称) 。基坑东南两侧壁采用土钉墙与预应力锚索相结合支护。
(1) 桩锚支护
护坡桩直径800mm，单排，桩底嵌固深度4m，桩中心距1.16m，主筋为Ⅱ级钢筋8 ø 25 +5 ø 25 。护坡桩顶设冠梁, 冠梁位于地面以下- 0.5m处，截面尺寸600mm×800mm,主筋为Ⅱ级钢筋6 ø 18 ，箍筋为ø 8 @200 , 桩身和冠梁混凝土强度等级均为C25 。桩间挂20mm 规格的钢板网，外喷厚50mm 混凝土。在桩顶冠梁- 5.25m处设置1 道预应力锚索，一桩一锚。预应力锚索采用3 根7 ø s5 钢绞线，孔径150mm，自由段长度5m，锚固段长度15m,倾角15°，注浆用水灰比为0.5的素水泥浆，锚固力为300kN。护坡桩冠梁( - 0.50m) 以上的边坡，采用土钉墙支护，坡度1∶0.1 。土钉孔径100 mm,纵横向间距均为1.5m,主筋为Ⅱ级钢筋为ø 18 ，长度3～6m，倾角10°～15°，土钉长度和倾角视障碍物情况可做适当调整。土钉墙面层喷射混凝土和钢筋网同基坑东南两侧壁的土钉墙。如图2所示：
图2
(2) 土钉墙支护
土钉墙上部- 5.0m 以上垂直放坡，下部- 5.0～ - 16. 5m 按1∶0.2 放坡。土钉共设11排,按梅花形布置，竖向间距1.4m，水平间距1.5m，主筋为Ⅱ级钢筋ø25 ，长8～16m，倾角10°，直径100mm。土钉水泥浆体强度20MPa ，土钉水泥浆体配比WPC =0.5 ，土钉墙面层喷射混凝土强度等级C20 ，厚100mm,双向钢筋网为Ⅰ级钢筋ø6 @200 。另外，在土钉墙中间- 5.6m和- 9.8m处分别设置1 道预应力锚索。采用2 根7 øs5 的钢绞线, 孔径100mm，自由段长度均为3m, 锚固段长度- 5.6m 处为13m,，- 9.0m处为12m，倾角10°,水平间距115m，用[ 22钢腰梁锁定，注浆用水灰比为0.5 的素水泥浆，锚固力为100kN。土钉墙支护如图3 所示：
图3
2 基坑降水施工
(1) 管井采用反循环钻机ø600mm 的钻头成孔，自造泥浆护壁。成孔完毕后立即下ø400mm 无砂水泥管，下管要保证垂直居中。滤料从井口四周均匀回填,以防将井管挤偏，井管离地面2m范围四周用粘性土回填封口。管井抽水前，要先用空压机洗井，清除管内泥砂，洗出清水为止，以保证出水畅通。
(2) 由于含水层渗透系数不一、水量分布不均，加上抽降周期短的原因,在开挖基坑下半部时，地下水不会完全疏干，坑壁局部土层有渗水。在该处土钉墙喷射面层混凝土的同时，在其坡面水平插入土中长度为0.4～0.6m，间距3m 左右，直径≥40mm 的塑料排水导管。上半部管壁钻一些透气孔，外包滤网，外端伸出混凝土面层,以便将坡内滞水导出排走。
(3) 基坑坡脚挖设排水明沟，将基坑内和侧壁局部渗水和雨水排走。排水沟和集水井布置在基础轮廓以外1.4m，排水沟边缘离开边坡脚1.3m，沟底比基坑底面低1.4m，排水坡度1.1 % ，沟底填碎石。基坑四角及四边每隔30m左右设置1 个集水井，井径0.8m，井壁用红机砖砂浆砌筑，底面比排水沟底面低0.8m。集水井中积水应及时排至基坑外地面排水系统。
3 基坑支护施工
3.1 护坡桩施工
采用长螺旋钻机成孔,中心压灌混凝土,插入钢筋笼成桩的施工工艺。
(1) 依据设计护坡桩的桩位平面图，定出桩位及高程控制点，同时在现场制作绑扎桩身钢筋笼，进场钢筋复检合格方可使用，钢筋笼的钢筋直径、数量、长度要严格按照施工图加工制作，箍筋为Ⅰ级钢筋ø10 @100～250 ，在主筋内侧每隔2m 焊1 道Ⅱ级ø14 钢筋作为加劲箍筋，主筋为通长筋，其接头采用焊接，保护层厚50mm。钢筋笼在存放、搬运和吊装过程中要保证不变形，堆放场地要平整。
(2) 钻机就位成孔
钻机对位允许偏差20mm。钻机就位后应保持机身平稳、钻杆垂直，钻进过程中要确保孔壁垂直，随钻随注浆成孔，并做施工记录，收集水文地质资料。当钻至设计深度时即可停钻，验收符合要求后，进行压灌混凝土的施工。对于砂土层，护坡桩成孔时加2～3 节护筒护壁，以避免发生坍孔。
(3) 压灌混凝土
随着钻具的提升，通过钻杆压灌混凝土。桩身混凝土坍落度160～180mm。浇筑混凝土时要掌握好混凝土用量和桩顶标高。
(4) 混凝土压灌完成后，应迅速将钻机移走，立即进行钢筋笼吊放。钢筋笼就位采用汽车吊，专人指挥，夹具夹紧钢筋笼,使振动锤的激振力通过导入管传到底部,缓慢放入桩孔中，并一直振动到就位完成。防止钢筋笼放偏和避免碰撞孔位,要特别注意主筋的方向和保护层的厚度，在钢筋笼的四周每隔1.5m 设置混凝土垫块来保证钢筋笼的保护层厚度。
(5) 护坡桩顶浮浆凿除清理干净后,施工冠梁。
3.2 预应力锚索施工
(1) 锚索施工前，要求挖土至锚索位置以下0.5m，离护坡桩或土钉墙大于10m范围内场地平坦。定位放线，每隔10m设1 个控制点，保证锚索在同一标高。
(2) 锚索杆体制作
杆体用预应力钢绞线加工而成，在施工现场平坦开阔地方进行制作，必要时在地面上铺塑料布。杆体下料长度为锚杆设计长度+ 1.2m。钢绞线每隔2m用火烧丝同隔离架绑扎在一起,钢绞线夹在隔离架缝隙里。杆体保护层厚度为20mm,自由段涂上黄油，套上ø20mm软塑料管，两端用胶带密封，杆体下端用胶带缠紧，以便入孔。
(3) 成孔
根据地层条件，锚索施工选用普通锚杆钻机和液压套管钻机进行成孔。在粉质粘土中采用普通锚杆机配备螺旋钻杆进行钻进，在砂、砾岩层中采用套管钻机进行钻进。
(4) 锚索成孔后，杆体下放时，把注浆塑料管插入隔离架中心孔，跟杆体一同沿孔中心线徐徐送入孔内。中途遇阻时，可适当提动杆体，调整方向再下，如处理无效时，应将杆体提出孔外，重新成孔。
(5) 注浆
使用高压注浆泵，浆液中掺加早强剂,以加快施工速度。锚索注浆分两次进行，第1 次以小于1MPa 的压力注浆，直至孔口处溢出水泥浆。第1 次注浆完成后1h 左右进行第2 次注浆，注浆压力1 ～3MPa ，要求水泥浆再次自孔口溢出为止。
(6) 腰梁安装、上锚具、张拉
锚索施工完毕后，安装腰梁，并将腰梁焊接连成一个整体。锚杆张拉前，首先检查浆体的强度，试块抗压强度达到15MPa 以上时方可进行集中张拉。张拉设备采用配套的电动机油泵和千斤顶，根据千斤顶油压表控制张拉荷载。
3.3 土钉墙施工
(1) 为缩短工期并及时保护已有开挖面，土方开挖与土钉墙支护施工分段分层，交叉进行，开挖一面支护一面。优先开挖基坑周边10m以上土钉墙施工作业面处的土方，在未完成上层土钉及喷射混凝土面层之前，不得开挖下层土方。
(2) 机械开挖后，挂线定位人工修整坡面，清除坡面上的虚土，坡面平整度偏差≯±20mm。
(3) 用锚杆钻机成孔，局部用洛阳铲成孔。钻孔后要将孔内残留或松动的杂土清除干净，对孔中发现的局部渗水坍孔或掉落松土，应立即进行压浆处理。孔深允许偏差±50m；孔径允许偏差±5mm；孔距允许偏差±100mm；成孔倾角允许偏差±5 %。
(4) 及时安放土钉钢筋，主筋按土钉长度+ 200mm下料，外端设200mm 长90°的弯钩。主筋每隔2m 设对中定位支架，防止主筋偏离土钉中心。
(5) 注浆锚杆钢筋安放好后，采用底部注浆方式，将注浆管插入孔底,及时注浆。注浆过程中，导管拔出要缓慢均匀，使注浆管口始终处于孔中浆体表面以下，以便将孔中空气排出，保证浆体灌实灌满。
(6) 钢筋网绑扎时上下左右一根对一根搭接绑扎，搭接长度≥300mm，并不少于两点点焊，保护层厚度30～50mm。竖向每3 排土钉，横向每排土钉设置1 道Ⅱ级ø14 的通长压筋。土钉端部埋设500mm 长“L”形锚筋，通长压筋与“L”形锚筋和土钉钢筋外端的弯勾焊接成一个牢固整体。
(7) 喷射混凝土应自上而下进行，喷锚施工先后顺序应根据地层土质条件灵活掌握。对于含水量高、自稳能力较差的粘性土和砂土部位，采取“先喷后锚”的方法施工，即在作业面上先绑扎钢筋网、喷射混凝土面层，而后再进行钻孔并设置土钉。混凝土终凝2h 之后，应洒水养护,时间≥7d。
(8) 对于砂土层,因砂土遇水易形成流砂，给基坑支护造成困难，根据土层含水量大小， 采取小分层(600mm左右) 、小分段(10m 左右) 、开挖支护密切配合的施工方法，为使下层土方开挖尽快连续进行，在混凝土中掺加速凝剂，为保证边坡稳定，在坡顶做1.0m 宽的混凝土翻边等。
4 降水和基坑支护效果
在土方开挖至上层覆土回填基本完成的施工过程中，基坑内比较干燥。通过监测点观测，基坑支护结构顶水平位移最大为16mm，基坑周边沉降量仅3mm，各项监测值未超过报警值。基坑边坡稳定，周围建筑物和道路无损坏、无塌陷，表明支护效果良好。
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