复杂地质条件下基坑支护灌注桩施工技术

　　关键词：复杂地质条件；钻孔灌注桩；人工挖孔；施工技术

　　随着我国城市建设的发展，城市用地越来越紧张，为充分利用地下空间资源，基坑的深度也越来越深。随着众多深基坑的出现，桩锚支护体系因其具有受力合理、变形小、造价低、支护稳定性好、支护深度大、基础施工便利等优点，在深基坑支护中的应用越来越广泛[1-4]。但是由于锚杆在地下沿基坑四周的向外辐射,施工结束后，往往一直保留在土体中，成为了邻近后续建筑物或市政工程等地下结构设施的施工障碍。桩锚支护体系中的灌注桩施工过程中，经常会遇到地下障碍物需要处理。以往关于灌注桩遇到地下障碍物的处理措施[5] [6]，是针对水泥预制方桩、沉管灌注桩、木桩、古水井、块石、条石、地下人防工事、污水化粪池等障碍物的。但是灌注桩遇地下钢绞线的处理措施较为少见。
　　本文结合工程实例，介绍了复杂地质条件下基坑支护钻孔灌注桩施工技术，提出了灌注桩遇钢绞线的处理措施，可供类似工程参考。
　　1工程概况
　　政泉花园公建工程，位于北京市朝阳区大屯村，北苑路西侧,大屯路北侧，北小河路南侧，总建筑面积约50万平米，商业A、B区地下室为连体结构，地上为独立结构，地下室均为三层，基坑开挖深度15.0ｍ。受现场施工条件限制, 先施工主体结构工程，然后进行4个汽车坡道施工。
　　主体结构基坑开挖深度15.0m，采用土钉墙+桩锚联合支护。采用φ800mm钢筋混凝土护坡桩，桩间距1600mm，桩顶（连梁顶）位于-2.00m，桩身混凝土标号为C25；桩顶连梁500mm×800mm，混凝土标号为C25。分别在-5.0m、-10.0m各设置1道锚杆，第1道锚杆长度为22.0ｍ，锚杆直径φ150mm，锚杆倾角为15°，锚索选用2束7φ5预应力钢绞线，两桩一锚；第2道锚杆长度为20.0ｍ，锚杆直径φ150mm，锚杆倾角为15°，锚索选用3束7φ5预应力钢绞线，一桩一锚；桩顶连梁以上部分内采用1：0.3放坡土钉墙支护。
　　汽车坡道基坑最大开挖深度15m，根据基坑周边情况和基坑开挖深度，不同地段采用放坡挂网、土钉墙、复合土钉墙和桩锚支护，大部分地段采用桩锚支护,本次共施工护坡桩286根，桩长15～19m。由于桩锚支护部位距离基坑外侧管线、建筑物比较近，桩顶标高同自然地面。护坡桩采用φ800mm钢筋混凝土灌注桩，桩间距1600mm，桩身混凝土标号为C25。
　　2 工程地质与水文地质
　　2.1工程地质
　　根据地质勘察报告,本工程勘察揭露地层40m范围内，按其年代、成因类型划分为人工堆积层和第四纪沉积层两大类，并按岩性特征进一步可划分为10个大层及亚层，简述如下：
　　人工填土①层，杂色，稍密，稍湿-湿，主要为砖渣、灰渣，局部表面为混凝土路面；粘质粉土-粉质粘土②层，褐黄色，湿-饱和，中密，局部夹有重粉质粘土、砂质粉土、粘质粉土；粉质粘土-粘质粉土③层，灰色，湿-饱和，中密，含云母、有机物，夹有砂质粉土、粉细砂、重粉质粘土；细砂-中砂④层，褐黄色，湿-饱和，密实，夹有圆砾；粘质粉土-粉质粘土⑤层，褐黄色，湿-饱和，中密，夹有砂质粉土、粉质粘土、重粉质粘土、粉细砂；粉质粘土-粘质粉土⑥层，褐黄色，湿-饱和，中密，夹有砂质粉土、粉质粘土、重粉质粘土、粉细砂；
　　细砂-中砂⑦层，褐黄色，饱和，密实，夹有圆砾、砂质粉土；粉质粘土-粘质粉土⑧层，褐黄色，中密，湿-饱和，夹有砂质粉土、粉质粘土、重粉质粘土、细砂；粉质粘土-粘质粉土⑨层，褐黄色，中密，湿-饱和，夹有粘土；细砂-中砂⑩层，褐黄色，密实，饱和，夹有卵石，一般粒径20～40mm，最大粒径80mm。
　　2.2水文地质
　　根据勘察报告，本施工区共有三层地下水，第一层为潜水，埋深4.9～8.2m；第二层为层间水，埋深12.70～13.2m；第三层为承压水，其水位埋深22.5～24.1m。
　　根据近3～5年地下水位观测资料分析，其水位年变化幅度一般为1.0m左右。场区潜水天然动态类型属于渗入～径流型，主要接受地下径流补给，并以地下径流等方式排泄。从水位长期动态资料看，其水位季节变化规律一般为：5～7月水位较低，11月～来年3月水位较高，年变化幅度一般为1.0～3.0m。
　　3 施工难点
　　3.1现场条件概述
　　A1汽车坡道北侧护坡桩中心线距人行道边缘约1.0m；A2 汽车坡道东侧紧邻北苑路，基坑东侧有10kv高压电缆沟槽，埋深约1.0m，距基坑边约1.0m，施工围档距基坑边约2.0m；B1 汽车坡道南侧为停车场，基坑边距邻停车场铁质围栏距离约2.0m；B2 汽车坡道东侧紧邻北苑路，基坑东侧有10kv高压电缆沟槽，埋深约1.0m，距基坑边约1.0m，施工围档距基坑边约2.0m；B2 汽车坡道南侧有埋深约2.6m的φ600污水管，在东西向20m的范围内护坡桩外边缘紧贴污水管。
　　本工程施工区原为居住区，地下留有各种旧管线、旧基础且分布情况不明确，以及原施工基坑支护留在地层中的土钉、钢绞线等障碍物。
　　3.2施工难点
　　1）基坑紧邻地下电缆和施工围墙等，施工空间非常有限，不具备采用大开挖整体清除地下障碍物的条件；
　　2）灌注桩设计桩长15～19m，人工挖孔桩需穿越含地下水的粉土、细砂层，对人工挖孔施工困难，且风险较大；
　　3）灌注桩紧邻地下高压电缆，采用钻机直接从地面开始开孔，施工风险大，不可行；
　　4）遇旧管线、旧基础，以及原施工基坑支护留在地层中的钢绞线等障碍物，长螺旋钻机无法钻孔；
　　5）本工程基坑最大开挖深度约15m，基坑降水至地面以下约16m即可满足基坑土方挖运、支护和基础施工要求，如采用人工挖孔则需要降水至地面下20m（本工程最大桩长为19.0m），降水难度加大，增加施工成本。
　　4施工技术
　　人工挖孔桩具有施工方便、速度较快、施工设备简单，便于对地下障碍物的处理等优点[7],[8]，在公路、民用建筑中得到广泛应用。但是人工挖孔作业条件差、环境恶劣、劳动强度高，在有地下水的地层中施工更是具有较大的风险，孔深越大风险越大。长螺旋钻孔后插钢筋笼法灌注桩施工工艺，具有施工简便、施工速度快、成桩质量可靠性高、成本低及地层适用广泛等优点，在工业与民用建筑地基基础施工中应用广泛[9-11]。
考虑到本工程实际情况，采用人工挖探孔的方式对回填土层中的各种地下障碍物进行处理，挖孔至挖到原状土，然后采用长螺旋钻孔后插钢筋笼施工灌注桩。
　　4.1 总体施工流程
　　施工测量→地面障碍物处理→桩位布置→人工挖孔→人工挖孔质量检查→钻机就位→用长螺旋钻孔后插钢筋笼施工→桩身混凝土养护。
　　4.2 障碍物处理
　　1）对于建筑物基础、混凝土地面及化粪池等地面可见障碍物，视情况采用人工或机械进行破碎清除。
　　2）在护坡桩桩位处人工向下挖桩孔，孔径为1.0m，孔深以穿过回填土层为限。人工处理遇到的旧管线、土钉、旧基础等地下障碍物。
　　3）长螺旋钻机钻孔遇到原基坑支护钢绞线时换用筒钻钻进，利用筒钻将钢绞线切断后，再换用原钻头钻进。
　　4.3 人工挖孔施工
　　4.3.1 施工工艺流程
　　场地平整→测量放线、定桩位→开孔成孔作业→安装护壁钢筋→安装护壁模板→灌注护壁混凝土→拆模→重复作业至设计深度
　　4.3.2施工要点
　　(1)测量放线、定桩位 按设计图纸放线、定桩位，放出桩位中心线并进行复核，以桩孔中心为圆心，以桩的设计半径加护壁厚度为为半径，画出桩的开挖轮廓线并撒白灰标示。
　　(2)开孔成孔作业 挖土应分层进行，每层应先挖中间后挖周边部分，每段高度决定于土壁保持直立状态的能力，一般以0.8～1.0m为一个开挖节段；挖土时，应保证桩位、垂直度和截面尺寸符合要求。
　　(3)安装护壁钢筋 护壁钢筋应严格按设计图安装，插入下层护壁长度应大于300mm，上下主筋应搭接。
　　(4)安装护壁模板 模板高度取决于开挖土方施工段的高度，一般为1.0m，由4块活动钢模板组合而成。
　　(5)灌注混凝土 桩孔护壁采用现浇混凝土护壁，护壁厚度不小于100mm，混凝土强度等级为C20，每挖一节，灌注一节；首节护壁应按施工放线施工沿口圈，沿口圈应高出地面100mm，厚度不小于300mm。
　　（6）拆模 拆模时间一般为48h，不得小于24h。
　　4.3.3人工挖孔质量检查
　　人工挖孔完成后，对孔底土进行检查，检查是否进入原状土；检查人工挖孔孔径、孔壁、垂直度，不符合质量标准要求时，应处理合格后再进行下道工序。
　　4.4 长螺旋钻孔后插钢筋笼施工
　　4.4.1施工工艺流程
　　施工准备→钻机就位→钻孔→压灌混凝土→清理孔口→钢筋笼制作与安装→混凝土振捣→成桩。
　　4.4.2施工要点
　　（1）施工准备 主要施工平整场地，清理人工挖孔堆积在现场的土；
　　（2）钻机就位 采用长螺旋钻机成孔，钻机坐落面应坚实、平整、不塌陷；
　　（3）钻孔 根据土层情况合理调整施工参数，严格控制钻进深度；钻机钻进过程中，不宜反转或提升钻杆，如需提升钻杆或反转应将钻杆提至地面，对钻尖开启门须重新清洗、调试、封口。随时清理孔口积土，保证下部孔土顺利排出，防止提钻时向孔内落土。
　　（4）压灌混凝土
　　　1）达到设计桩底标后，进行压灌混凝土作业，首次泵送前或停工时间过长时，应先开机润管；2）混凝土开始压灌时，宜先提升钻杆200～300mm，开始泵送混凝土，确认钻头阀门打开后方可提钻；3）混凝土的泵送宜连续进行，边泵送混凝土边提钻，提钻速率按试桩工艺参数控制，控制提钻速率与混凝土泵送量相匹配，保持料斗内混凝土的高度不低于400mm，并保证钻头始终埋在混凝土面以下不小于1.0m。
　　（5）清理孔口 中心压灌混凝土完成后，钻头暂不移离孔口，及时清理孔口积土，防止积土落入孔中。
　　（6）钢筋笼制作与安装
　　　1）钢筋笼所有钢材必须有材质证明，制作钢筋笼前，应先进行钢筋原材验收、复验及焊接试验；2）钢材表面有污垢、锈蚀时应清除，主筋使用前应调直；3）钢筋笼纵向钢筋的接头采用搭接焊，双面焊缝长度≥5d，单面焊缝长度≥10d(d为钢筋直径)，同一截面上的钢筋接头不得超过主筋总根数的50％，且两相邻接头位置应错开35d；4）加劲箍筋与主筋采用点焊连接；螺旋箍筋与主筋采用点焊或细铁丝绑扎连接，点焊或绑扎点应呈梅花形；5）钢筋笼的焊接质量如直径、间距等外形尺寸、焊缝长度、高度及钢筋笼断面接头间距等，均应符合设计及技术标准的要求；6）采用25t汽车起重机吊装钢筋笼，设双吊点，吊点设在加劲箍筋处；7）桩身混凝土灌注完成后应立即进行钢筋笼插入作业，钢筋笼应连续下放，不宜停顿；8）利用吊车、振动头辅助插入钢筋笼，先依靠钢筋笼与导管的自重缓慢插入，当依靠自重不能继续插入时，开启振动装置使钢筋笼下沉到设计深度，断开振动装置与钢筋笼的连接，缓慢连续振动拔出导管。
　　（7）混凝土振捣 混凝土灌注结束后应立即用振捣棒进行振捣，振捣深度不得小于2.0m，振捣时间不少于5min。
　　（8）桩身混凝土养护 混凝土灌注结束后对桩体进行养护（一般为3～7天），养护期间应做好保护工作，尤其应保护好桩头不受扰动破坏。
　　5施工效果
　　5.1 浅层地下障碍物的处理
　　据统计，本次施工的286个人工挖孔中，遇到了96处地下障碍物，主要有原基坑支护土钉（φ18螺纹钢筋）、废弃的混凝土污水管线、建筑基础、废弃铁质供水管线、混凝土块等各类地下障碍物，并进行了有效的处理，为后续的长螺旋钻机钻孔顺利进行提供了条件。
　　采用人工挖孔，紧邻基坑护坡桩的高压电缆、污水管线得到了有效及时的保护，避免了长螺旋钻机钻孔对其的破坏和影响。
　　5.2 原基坑支护钢绞线的处理
　　护坡桩施工，采用长螺旋钻机成孔，当遇到基坑支护钢绞线时，换用筒钻钻进，利用筒钻将钢绞线切断后，再换用原钻头钻进。据统计，本工程施工的286根桩中，有103根桩遇到了钢绞线，采用筒钻钻进均获得成功处理。
　　5.3 经济效益、社会效益显著
　　本工程灌注桩施工结束后，经检测各项指标满足设计要求，工期提前5d；最初的施工方案是考虑全部采用人工挖孔桩，以克服因存在众多地下障碍物钻机无法直接施工的困难。经仔细研究和考察论证后，采用上部回填土部分采用人工挖孔，其余采用长螺旋钻孔后插钢筋笼施工工艺进行施工。施工工艺改进后，大大减少了人工挖孔工程量，可节省钢筋混凝土护壁，减少土方开挖量，经初步计算可节省施工费用约36万元。
　　本施工工艺可以有效解决灌注桩遇浅层地下障碍物问题，发挥了人工挖孔和长螺旋钻孔后插钢筋笼两者的优点，具有安全性好、施工速度快、节约劳动力、施工成本低，施工质量可靠性高、无泥浆污染、环保等优点，具有显著的经济效益和社会效益。
　　6 结束语
　　采用人工挖孔、长螺旋钻孔后插钢筋笼的灌注桩施工工艺，能够有效处理浅层地下障碍物和保护地下管线，同时具有简单、直观、易行、快速等优点，灌注桩施工安全、质量可靠性高、施工速度快，可以扬长避短，充分发挥两者的优点具有较好的经济效益和社会效益。
　　随着我国城市建设的发展和桩锚支护应用越来越广泛，桩锚支护施工过程中将越来越多的遇到老基坑支护留在土体中的钢绞线。在灌注桩施工过程中将越来越多的遇到各种地下障碍物和基坑支护留在土层中的钢绞线，相应的处理措施也将引起更广泛关注。

参考文献
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