溶蝕地質(zhì)深基坑開挖支護施工工法重力式錨碇基坑

錨碇溶蝕地質(zhì)深基坑開挖支護施工工法中鐵四局六公司二○一○年七月錨碇溶蝕地質(zhì)深基坑開挖支護施工工法1.前言隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模擴大，深基坑工程應(yīng)用越來越廣泛，涉及到不同水文、地質(zhì)特點的支護技術(shù)，一直以來都是深基坑施工的關(guān)鍵。可用于基坑支護的方法較多，如放坡、護壁樁、錨桿、水泥攪拌樁及連續(xù)墻等等，各種方法都有其優(yōu)點和局限性。在廣西XX市XX大橋單主纜斜吊桿地錨式懸索橋工程施工中，針對臨近XX、臨近既有建筑物、具有典型溶蝕地質(zhì)特點的重力式錨碇深基坑工程施工，采用放坡與垂直開挖相結(jié)合，錨桿支護、排樁支護、環(huán)形混凝土板墻及止水措施相結(jié)合的聯(lián)合支護方法，在國內(nèi)尚屬首次。該溶蝕地質(zhì)錨碇深基坑為圓形，位于XX岸側(cè)100m處，距離城市道路25m，距離鐵路營業(yè)線75m，距離廠區(qū)樓房25m，開挖深度為22m，地下水位與XX常水位一致，距離基坑頂12m。結(jié)合場區(qū)環(huán)境特點、水文地質(zhì)特點，基坑上部12m放坡開挖，下部10m垂直開挖，坡頂直徑98m，垂直開挖直徑60m。土層采用高壓旋噴樁止水，巖層與基坑底部注漿帷幕止水。通過科研攻關(guān)成功實施，有效地解決了技術(shù)難題，并進行總結(jié)形成工法。2.工法特點2.1場區(qū)環(huán)境復(fù)雜，同時需考慮洪水水位上漲10m的影響，基坑開挖深度大，開挖后產(chǎn)生的水平荷載大，對基坑支護結(jié)構(gòu)的強度要求高、位移控制要求高、止水措施要求高。2.2充分考慮場區(qū)環(huán)境特點、水文地質(zhì)特點，采用放坡與垂直開挖相結(jié)合，在確?；影踩幕A(chǔ)上，同時又兼顧經(jīng)濟合理性。2.3基坑底位于水位下10m，且坑底巖面起伏大，基坑位置有區(qū)域斷層通過，基巖破碎，裂隙及巖溶管道發(fā)育，可與江水貫通，施工中需充分考慮水力特點，充分驗證止水效果。2.4基坑臨近城市道路、鐵路營業(yè)線，且交通量大，臨近廠區(qū)建筑物等，需嚴(yán)格進行位移監(jiān)測控制?；觾?nèi)巖石采用控制爆破，多用破碎錘鑿除、解小，避免破壞基坑支護。2.5基坑施工中進行動態(tài)管理、專項檢查，建立信息施工系統(tǒng)，位移監(jiān)測及時預(yù)警，監(jiān)控地質(zhì)、水位等設(shè)計參數(shù)變化情況，及時反饋，進行比對分析。3.適用范圍適用于溶蝕地質(zhì)深基坑開挖支護施工。4.工藝原理地下水位以上部分；基坑按1:0.8放坡開挖，采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴混凝土支護，同時在坡面均勻設(shè)置泄水孔。地下水位以下部分；基坑垂直開挖，采用排樁+環(huán)形混凝土板墻支護。環(huán)形混凝土板墻與排樁構(gòu)成一個整體，形成一個封閉的環(huán)形支護結(jié)構(gòu)，使支護結(jié)構(gòu)滿足抵抗外側(cè)水平荷載的需求，確保支護結(jié)構(gòu)既達到力學(xué)強度方面的要求，又能控制基坑整體位移變形。垂直開挖部分基坑止水措施：土層采用高壓旋噴樁，巖石及基坑底采用鉆孔注漿，使基坑形成封閉的止水體系。建立信息反饋系統(tǒng)，進行正常的監(jiān)控量測，確保施工安全。5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程圖5.1-1施工工藝流程圖5.2工藝原則維護好基坑開挖及施工期間邊坡的穩(wěn)定及基坑抗?jié)B防水，滿足后續(xù)施工及安全要求。5.3操作要點5.3.1溶蝕地質(zhì)基坑開挖支護由于XX市XX大橋北錨碇基坑為溶蝕地質(zhì)，開挖深度大，從安全、成本、施工可操作性等方面進行綜合考慮，做出如下示意的放坡與垂直支護開挖方式，既縮小了放坡開挖的范圍，也減小了垂直開挖的深度和難度。下圖標(biāo)注不詳：圖5.3.1基坑支護結(jié)構(gòu)示意圖5.3.2基坑上部放坡開挖支護本工程北錨碇基坑地下水位上部分開挖深度12m，分兩級放坡開挖，坡度1∶0.8；兩級間設(shè)1.4m平臺與截水溝。每級6m高，豎向分層開挖，每層1.5m～1.6m不同；開挖時采用機械開挖，人工配合修整坡面，先基坑中間后邊坡坡腳的環(huán)形掏槽開挖方式。坡面錨桿為Φ25mm無應(yīng)力M25砂漿錨桿，面層為φ8mm鋼筋網(wǎng)片150mm厚噴射C20混凝土。5.3.3坡腳反壓梁及平臺施工1、坡腳反壓梁：測量放樣坡腳圈梁位置，機械開挖基坑。按照墊層施工、鋼筋制安、模板安裝、混凝土澆筑與養(yǎng)護分段間隔跳躍施工，每段長度9m，確保坡腳位置受力的穩(wěn)定。2、平臺施工：垂直開挖平臺上因支護排樁、高壓旋噴樁、注漿、土石方開挖、混凝土澆筑等工程施工，施工機械多，是一重要的工作平臺，采用C20混凝土封閉硬化，同時設(shè)置環(huán)形排水系統(tǒng)，確保平臺滿足垂直開挖施工需要。5.3.4環(huán)向支護排樁錨碇基坑地下水位以下部分垂直開挖深度10m，支護排樁環(huán)向布置共采用76根環(huán)向間距2.55m、樁徑φ1.5m的鋼筋混凝土樁，樁長不小于12.5m，伸入錨碇基底以下嵌巖深度2.5m；施工時可采用11臺沖擊鉆機進行同步作業(yè)，要求每根樁成樁后，在進行下根樁施工時隔3根樁的距離，以確保成樁混凝土質(zhì)量。5.3.5環(huán)向高壓旋噴樁土層止水錨碇深基坑垂直開挖部分止水通過坑外側(cè)的土層旋噴樁帷幕體和巖層注漿帷幕體實現(xiàn)，既對基巖面以上覆蓋層采用雙排高壓旋噴樁處理，高壓旋噴樁間相互搭接，在環(huán)向支護排樁外側(cè)形成帷幕進行止水，旋噴樁施工按“之”字型連續(xù)施工，樁長根據(jù)土層厚度確定，樁徑0.6m、1m。圖5.3.5高壓旋噴樁施工示意圖5.3.6環(huán)向及基坑底部鉆孔注漿巖層止水1、基坑外圍巖層環(huán)向注漿止水帷幕體設(shè)三排孔，每孔深度5m～9m，先施工第一排和第三排，然后施工中間的第二排孔；每排孔均分三序施工，先施工Ⅰ序孔，然后是施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔，施工時分三批實施，確保漿體擴散半徑相互咬合，為保證土層與巖層止水帷幕的銜接，注漿范圍需從巖層延伸至土層1m。圖5.3.6注漿施工示意圖2、底板封堵孔排距均為3m,梅花型布置,分三序施工.每個孔入巖5m，鉆孔過程中如遇到溶洞,鉆孔必須穿過溶洞底板,進入巖石1m以上,預(yù)埋注漿花管,待全部鉆孔注漿完成后,對遇到溶洞的鉆孔進行風(fēng)水聯(lián)合沖洗，后再注漿。3、在高壓旋噴樁和注漿止水帷幕施工完成后，在錨碇止水帷幕范圍內(nèi)基坑位置設(shè)置直徑為150mm水井，進行120小時過濾抽水，根據(jù)總抽水量及抽水時間計算基坑經(jīng)止水帷幕施工后的滲透系數(shù)及滲水量。實際證明錨碇高壓旋噴樁和注漿止水帷幕止水效果良好。5.3.7垂直開挖、樁頂冠梁及混凝土板墻施工1、垂直開挖在主要的支護體系和外圍的止水施工完以后，開始進行基坑開挖施工。由于是垂直開挖，開挖過程中分為4個階段，采用豎向分層，分層厚度根據(jù)每層混凝土板墻高度定為：樁頂冠梁2.5m、混凝土板墻三層各2.3m、2.3m、2.266m，水平跳槽間隔開挖，跳槽間距為9m。巖石部分采用爆破進行施工，爆破施工時需要加強對支護樁和已經(jīng)完成止水施工的保護，支護樁附近的巖石和土層采用人工進行清理。2、樁頂冠梁、混凝土板墻施工樁頂冠梁、混凝土板墻按照基坑開挖分為四層進行施工，均采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆成環(huán)形連續(xù)板墻，從上至下冠梁、板墻厚度分別為1.8m、1.2m、1.4、1.6m，根據(jù)基坑的開挖順序采用逆作法進行施工，開挖一段施工一段，及時對基坑的開挖面進行封閉。5.3.8監(jiān)控量測及施工動態(tài)管理1、基坑水平位移變形觀測基準(zhǔn)網(wǎng)布置為三等邊角網(wǎng)，在基坑四周均勻布設(shè)5個基準(zhǔn)點，各基準(zhǔn)點埋設(shè)標(biāo)石，坑平臺上埋設(shè)的變形觀測點。變形觀測點觀測等級為“三等”，技術(shù)要求為變形點的點位中誤差不超過±10mm。2、基坑沉降觀測基準(zhǔn)網(wǎng)各基準(zhǔn)點均為鉆進到基巖未風(fēng)化層后埋設(shè)深層金屬管。各點均設(shè)半圓銅頭標(biāo)志，做成窨井式點位，并用水泥蓋板或金屬蓋板保護3、基坑監(jiān)測進程安排：基坑開挖深度之前，測得坡頂監(jiān)測點初始值；開挖至一級平臺處后，及時布設(shè)一級平臺處監(jiān)測點，并及時對監(jiān)測點進行初始位移值監(jiān)測；第一平臺至第二平臺施工期間，每開挖一層觀測一次；第二平臺施工期間，7天/次；第二平臺至坑底施工期間，3天/次；當(dāng)變形數(shù)據(jù)超過報警值后，應(yīng)加密觀測次數(shù)；當(dāng)有事故征兆時，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測；在暴雨季節(jié)，及連續(xù)雨天等條件下加密觀測。4、隨現(xiàn)場施工進度，每天對監(jiān)測項目進行數(shù)據(jù)收集，結(jié)合監(jiān)測報告對比分析界定基坑安全狀態(tài)，書面通報基坑安全狀態(tài)；簽發(fā)開挖指令，指導(dǎo)下一步是否能進行下一道工序施工。5.4勞動力組織（見表5.4）表5.4勞動力組織情況表序號班組名稱人數(shù)備注序號班組名稱人數(shù)備注1現(xiàn)場管理人47普工人102安全員人28電工人23電焊工人49鋼筋工人84裝卸工人610模板工人55駕駛員人1211混凝土工人56噴漿工人412鉆機工人216.材料、設(shè)備6.1材料主要材料數(shù)量表序號材料名稱規(guī)格型號單位數(shù)量1鋼筋錨桿HRB335ΦΦ25t1502鋼筋HRB335t17963混凝土C20m320144混凝土C30m377305水泥P.O42.55t95006.2機械設(shè)備主要機具設(shè)備表序號機具設(shè)備名稱規(guī)格單位數(shù)量備注1挖掘機1m3臺32自卸汽車6t輛93空氣壓縮機10m3臺24壓漿機ZJB-85臺25濕噴機GSP-A臺16拌合機0.5m3臺27抽水機10m3/h臺68取芯機Φ100mm臺12錨桿孔9鉆孔樁機械臺1110高壓旋噴樁機械械臺611鉆孔注漿機械臺612鋼筋機械套413電焊機臺414混凝土運輸罐車車臺415汽車泵臺116塔吊臺17.質(zhì)量控制針對錨碇基坑開挖支護工程的技術(shù)難點與現(xiàn)場施工條件，結(jié)合相關(guān)施工經(jīng)驗和規(guī)范，采取以下質(zhì)量控制措施：7.1實施《施工現(xiàn)場安全、質(zhì)量、文明、環(huán)保管理辦法》，責(zé)任落實到人；實行過程中檢查和周、月季度檢制度；7.2編制下發(fā)《錨碇深基坑施工方案》，分工序編制了特殊工種作業(yè)指導(dǎo)書；7.3組織操作人員學(xué)習(xí)深基坑施工相關(guān)知識，研究、交流溶蝕地質(zhì)施工技術(shù)及工序，提高質(zhì)量意識；7.4工序逐級檢驗與復(fù)查制度，加強成品標(biāo)識，不合格品不得使用；7.5結(jié)合相關(guān)工序制定各工序質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，加強錨桿、護坡鋼筋混凝土、支護樁、高壓旋噴樁和注漿止水帷幕、混凝土連續(xù)板墻等工程施工的過程質(zhì)量控制；8.安全措施8.1建立健全各級各部門的安全生產(chǎn)責(zé)任制，責(zé)任落實到人，簽訂安全生產(chǎn)協(xié)議書；實行周檢、月檢、季檢制度；8.2依據(jù)《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》編制下發(fā)《XXXX橋錨碇工程深基坑專項安全施工組織設(shè)計》及安全交底；8.3實行三級教育，加強崗前、工序、轉(zhuǎn)崗等培訓(xùn)與教育；組織高空作業(yè)、吊裝等工序的學(xué)習(xí)；實行班前教育制度；8.4每月開展一次高空墜落、深基坑坍塌、通道逃生、傷員救治等專項應(yīng)急預(yù)案的演練；8.5實行專業(yè)工種組長負(fù)責(zé)與簽認(rèn)制，統(tǒng)一指揮、分級管理、規(guī)范施工。9.環(huán)保措施9.1建立健全各級各部門的環(huán)保責(zé)任制，責(zé)任落實到人，簽訂環(huán)保協(xié)議書；實行周檢、月檢、季檢制度；9.2依據(jù)現(xiàn)行《環(huán)保法》編制下發(fā)《錨碇深基坑工序環(huán)保實施細(xì)則》；9.3環(huán)保工程師對工序中存在的環(huán)保隱患及時派專人跟蹤整改，環(huán)保小組每天錨碇施工的雜物等及時進行清理；9.4施工污水采用收集集中處理，土方施工時灑水防塵、棄土場采用集中堆土，分層碾壓。10.效益分析10.1技術(shù)效益：該溶蝕地質(zhì)基坑開挖支護屬國內(nèi)首例，填補國內(nèi)溶蝕地質(zhì)基坑開挖支護設(shè)計與施工空白；10.2經(jīng)濟效益：該溶蝕地質(zhì)基坑開挖支護方法安全可靠且防水效果好，是一種安全、高效、實用的開挖支護施工方法；較完全垂直支護開挖方法節(jié)約成本200余萬元，工期縮短30天。10.3社會效益：錨碇深基坑施工為早日建成XXXX大橋提供了工期保證，在施工中安全可靠、防水效果好，得到了專家的好評。表10.3XX大橋錨碇溶蝕地質(zhì)深基坑施工方案對比項目施工方法工序繁簡度安全度工效工期成本增量（萬元元）結(jié)論放坡開挖、支撐撐支護、常常規(guī)集水和和降水簡單危險低（降水）長260劣放坡開挖與垂直直開挖結(jié)合合，支護樁樁與連續(xù)板板墻聯(lián)合支支護，在土土體和巖層層內(nèi)止水復(fù)雜安全高（止水后干作作業(yè)）短60優(yōu)11.應(yīng)用實例XXXX大橋南北岸錨碇深基坑施工于2009年3月開始施工，2010年6月完成；11.1工程概況廣西XX市XX大橋地處喀斯特溶蝕地區(qū)，該區(qū)域的巖層多溶洞和溶蝕裂隙，地質(zhì)勘察資料顯示，基巖儲水條件較差，圓礫層的空隙受粘性土充填，透水性較差。潛水一般賦存于近河岸處基巖淺部的裂隙中，地下水位為+77.0m，基本與XX水位+77.4持平，水量較小。該層水埋藏于巖溶洞穴和裂隙中，受巖溶發(fā)育不均勻性的影響，其均勻性較差。開挖過程中在水頭作用下，溶洞或溶槽內(nèi)的軟塑填充物有向基坑移動的趨勢，施工中應(yīng)維持水頭平衡，并采取固化填充物等措施進行止水。地質(zhì)基巖面總體起伏較平緩，凹凸不平，落差5m左右。溶蝕較發(fā)育，多為串珠狀溶洞多為充填性溶洞，充填物為紅粘土?；鶐r為灰色石灰?guī)r，覆蓋層從下至上依次為硬塑粘土、紅粘土、新四紀(jì)沖填紅粘土，厚薄不均，最厚達30m。大橋的南北岸錨碇的平面投影為半徑28.5m的圓形，地表以下的埋置深度為22m，基坑采用明挖的方式進行施工。11.2施工情況XX大橋南北岸錨碇基坑開挖以地下水位+77.0m為分界線，其中+77.0m以上部分12m深采用放坡開挖，放坡坡率1:0.8，并采用錨桿及坡面噴混凝土支護。+77.0m以下部分10m深采用垂直開挖。采用鋼筋混凝土支護排樁環(huán)向支護，土層采用高壓旋噴樁止水，巖層與基坑底部注漿帷幕止水，垂直開挖時施工混凝土板墻加強基坑壁的支護，形成基坑支護防水體系。11.3工程監(jiān)測與結(jié)果評價11.3.1工