混凝土灌注桩支护结构在深基坑中的应用

混凝土灌注桩支护结构在深基坑中的应用 中铁二十二局集团 摘 要:本文结合厦门翔安南路二期工程Ⅱ标翔安东路地道深基坑工程，总结灌注桩在深基坑支护中的应用，根据工程实际情况，经方案对比，采用混凝土灌注桩支护基坑，以“技术可行、安全可靠、经济合理”原则顺利完成了主线段深基坑施工。 关键词:深基坑支护、混凝土灌注桩。 近年来地下工程建设项目的数量和规模迅速增大。由此而产生了大量深基坑工程，而由深基坑施工诱发的事故时有发生，深基坑支护方案比选的原则为首先根据地层、开挖深度、周边环境的不同，详细地对基坑支护分段，然后对每一段按由简单到复杂、由低价到高价的先后顺序进行试算、比较，同时兼顾工期及其它工程条件，在经过计算、比较分析后，选择本工程支护结构采用的支护体系。随着我国城市经济和建设的迅猛发展，可提供的建筑空间已变得愈来愈小，往往需要在狭窄的场地上进行深基坑的开挖，四周不存在放坡空间，并且开挖深度不断加深，必须采取支护和加固措施才能保证基坑的安全施工。当前在深基坑施工过程中混凝土灌注桩以其特有的技术特点在施工中得到了广泛应用。 （一） 深基坑工程概述 基坑支护工程是指建筑物地下部分在施工过程中，需开挖基坑、进行降水和对坑壁围挡，同时要对周围建筑物、道路和地下管线进行检测及维护，确保整个过程的正常、安全施工。基坑工程主要包括维护体系的设置和开挖两个方面。围护结构通常是一种临时结构，安全储备较小，具有比较大的风险。围护结构应满足基本的要求，保证基坑周围未开挖土体的稳定，保证相邻建筑物、地下管线的安全和不受损害，还要保证作业面在地下水位以上。基坑支护虽属临时性工程但其技术复杂性很高，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建筑物，给道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失。所以基坑支护和加固工程，不仅要求确保边坡的稳定，而且要满足边线控制要求，确保基坑周边的建筑物、地下管线、道路等的安全。 厦门翔安南路（翔安大道~莲河段）二期工程2标翔安东路地道工程与翔安南路桩号在K2+867.393处下穿，与翔安南路斜交，斜交角为71.31°，主线结构范围为K0+700~K1+280,全长580米，分为29个节段，(S15~S1，N1~N14)。其中暗埋段（K0+880~K1+123）长243米，分为12个节段，（S6~S1,N1~N6）;南侧敞开段（K0+700~K0+880）长180米，分为9个节段（S15~S7）;北侧敞开段（K1+123~K1+280)长157米，分为8个节段（N7~N14）。ES匝道结构范围为ESK1+040~ESK1+172,全长132米，分为7个节段。（ESW1~ESW7）.其中暗埋段92米，分为5个节段（ESW1~ESW5）敞开段长40米，分为2个节段（ESW6~ESW7）。下面结合本工程浅谈混凝土灌注桩在深基坑工程中的应用。 （二）影响基坑稳定的主要因素 翔安东路地道工程为翔安南路-翔安东路立交的组成部分，在原翔安东路的基础上下挖通道，下穿翔安南路。现状道路沿线主要为民房（距基坑40m）、学校（厦门安防科技职业学院，距基坑55m）、商铺（距基坑40m）、农田等。 翔安东路地道工程位于翔安东路和翔安南路的交叉口，交通流量较大。为进行翔安南路-翔安东路立交施工，翔安南路南侧封闭施工主线桥，北侧道路给位双向两侧道通行。翔安东路南侧两侧修建临时交通便道，两侧双向通行。因此交通因素对工程施工影响很大，施工时需采取有效支护措施保证交通安全。 基坑最大挖深达20m，地下水丰富，基坑底为软土地质，软土一般是在静水或缓慢的流水环境中沉积 ,含有机质 ,天然孔隙比不小于 1.0,且天然含水量大于液限的细粒土 ,包括淤泥、淤泥质土(淤泥质粘性土、粉土) 、泥炭和泥炭质土、饱和粘性土等。由于软土的特殊性 ,使软土深基坑工程具有自身独特的特点:1)软土的抗剪强度很低 ,基坑边坡的自立能力低 ,使支护结构体系承受荷载较大 ,需要强大的支护结构。2)由于软土的变形大 ,使软土基坑的开挖变形也非常大 ,工程实践中常有一些软土基坑的围护结构侧向位移达十几甚至几十厘米 ,这使开挖引起的环境破坏后果更严重 ,重大工程环境事故一般发生在软土地区。 （三）深基坑工程支护 根据上述的施工难点，综合场地地理位置、土质条件、基坑的开挖深度和周围环境等因素，本工程开工前对基坑支护形式进行方案比较： 1)采用放坡开挖形式 ,一方面拟开挖基坑下挖深度大，与周围建筑物、道路相邻很近 ,没足够空间放坡，为保证邻近建筑物、道路的安全和正常使用 ,需垂直开挖基坑。另一方面基坑周围紧挨立交主线桥及匝道桥施工作业面 ,施工工序交错复杂 ,工期较长 ,而该工程工期较紧 ,所以放坡开挖在本工程中不适合。 2)混凝土灌注桩支护结构,所占空间小，一方面该方案在基坑的稳定性及变形控制方面均有保证, 安全系数高，另一方面保证周围的建构筑物和其它设施不受施工影响，产生的噪音较小，对周围居民生活干扰小。 根据工程实际情况，经过对上述方案进行比较和分析，确定设计方案如下：对开挖深度大于7m的路段基坑两侧采用混凝土灌注桩加高压喷射注浆止水支护 ,桩径 800mm、间距 1300mm,桩顶施作压顶冠梁及对撑梁连接成一个整体。具体基坑围护结构见下图：

1.混凝土灌注桩的施工工艺

该施工法的过程是：平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定

位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拔出护筒检查质量。 1.1钻孔机的安装与定位 安装钻孔机的基础如果不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响，因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基，可用推土机推平，在垫上钢板或枕木加固。 1.2埋设护筒 钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持壁地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外，同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。制作护简的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大(旋转钻约大20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm)，每节长度约2～3m，一般常用钢护筒。 1.3泥浆制备 钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。 1.4钻孔 钻孔是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量，首先要注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度，并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣(冲击式用)，还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时，附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔，下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应事先规划好，既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔，又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰，一般可采用的交叉钻孔。 1.5清孔 钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此，除了钻孔过程中密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时，应立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm；当孔壁不易坍塌时，不大于20cm。清孔方法根据使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔，所需设备不多，操作方便，清孔也较彻底，但在不稳定土层中应慎重使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。 1.6下放钢筋笼 桩的钢筋骨架，应紧接在混凝土灌注前，整体放入孔内。如果混凝土不能紧接在钢筋骨架放入之后灌注，则钢筋骨架应从孔内移去。在钢筋骨架重放前，应对钻孔的完整性，包括孔底松散物的出现，重新进行检查。钢筋骨架应有强劲的内撑架，防止钢筋骨架在运输和就位时变形，在顶面应采取有效方法进行固定，防止混凝土灌注过程中钢筋骨架上升。支承系统应对准中线防止钢筋骨架倾斜和移动。 1.7灌注水下混凝土 将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内定位后加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，否则易出现断桩现象。 2.混凝土灌注桩支护应用情况 2.1基坑开挖及施工情况 土方开挖至混凝土灌注桩桩顶标高时，进行压顶冠梁施工，混凝土强度达到80%时，进行水平支撑施工，然后进行土方开挖。开挖后，发现混凝土灌注桩的围护效果比较理想，周边环境没有发生明显的改变，基坑底部比较稳定。 2.2基坑变形监测结果 基坑侧壁的变形观测是支护工程设计和施工的重要组成部分。通过现场施工中对基坑边壁变形的观测 ,可及时掌握边壁的稳定状态、安全程度和支护效果 ,为设计和施工提供信息 ,以便随时修改支护参数和施工方案。同时 ,测量控制还可以作为检验和评价边壁最终稳定性的依据。基坑开挖初期,每隔2-3天监测一次,随着开挖过程进行,适当增加观测次数,以1天观测一次为宜。围护结构顶部水平位移是围护结构变形最直观的体现,是深基坑监测工作中最重要的一个监测项目。从基坑变形监测结果来看 ,在施工过程中混凝土灌注桩支护结构稳定 ,桩顶位移小 ,基坑开挖对周边建筑物、道路、市政管线设施基本没有影响，基坑施工对周围居民正常生活的影响较小，证明这种结构是稳定的 ,设计方案是合理的。 （四） 结语 混凝土灌注桩具有入土深、能进入岩层、刚度大、承载力高、桩身变形小、并可方便的进行水下施工等优点，适应性强。本工程采用灌注桩支护形式 ,既保证了邻近建筑物的安全 ,又缩短了工期加快了施工进度，经济合理、安全可靠且施工方便，目前厦门翔安东路地道主线段已顺利完工，为混凝土灌注桩支护结构在深基坑工程中的应用提供了参考与借鉴。