毛 潔

(山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013)

0 引言

隨著我國城市化進程的不斷加快，城市地下空間的建設(shè)進入新的紀元，基坑工程建設(shè)向著規(guī)模更大、深度更深、環(huán)境條件更復雜的方向發(fā)展。這給基坑工程設(shè)計、施工和監(jiān)測帶來巨大挑戰(zhàn)，如何保證基坑安全并盡量減小對周邊設(shè)施的影響成為基坑工程研究的熱點[1]。近幾年來關(guān)于基坑及環(huán)境復雜設(shè)計方面有很多相關(guān)文獻[2-5]，給后來的工程設(shè)計提供了相當多的參考和借鑒，但仍出現(xiàn)了基坑施工過程中對周邊建筑物造成不同程度的損害，分析原因為4點：基坑設(shè)計時對周邊環(huán)境不完全掌握，設(shè)計時出現(xiàn)偏差；施工過程中部分未能完全達到設(shè)計意圖；施工過程中施工工藝對周邊建筑物影響過大；開挖階段，環(huán)境變形量迅速遞增，是整個施工的關(guān)鍵。

本文以通裕陽光豪庭工程支護樁施工過程中出現(xiàn)的問題及解決方案來分析，結(jié)合調(diào)整后的施工工藝及施工順序探討施工工藝對周邊建筑物的影響，為以后相似復雜環(huán)境基坑及基樁施工提供參考。

1 工程概況

通裕陽光豪庭位于山東省禹城市行政街以北，市中路路西。項目包括1、2、3號樓共計3棟住宅及地下車庫，地上30層、地下2層。地下室埋深9.8 m，需采用基坑支護方式施工地下室。

基坑東西長約63 m，南北長約142 m，大致呈矩形，基坑深度9.65～10.40 m，基底標高為9.500～10.300 m。

基坑北沿距離圍墻最近處約6.0 m，距離5層居民樓約20 m；基坑東沿距離圍墻4.3～6.0 m，距離1層民房6.0～7.5 m，距離3層沿街樓約19 m，距離4層沿街樓約18 m；基坑東南側(cè)距離圍墻0.0～1.0 m；基坑南沿距離圍墻4.0～5.5 m，墻外為行政街；基坑西沿距離圍墻5.0～8.0 m，距離3～4層檢察院辦公樓(條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約1.5 m)約10 m，距離5層居民樓(條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約1.5 m)最近處約6.0 m(參見圖1)。

2 場區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭露，勘察深度范圍內(nèi)場地地層共分為13層，基坑開挖范圍內(nèi)地層由上至下分別為：①1素填土，②粉質(zhì)粘土，③粉砂，④粉質(zhì)粘土，⑤粉砂，⑤1粉質(zhì)粘土。③粉砂輕微液化。

場地地下水屬第四系孔隙潛水。淺層地下水補給來源以大氣降水為主，同時還有灌溉滲入，地表水及外區(qū)逕流補給，地下水以0.2‰的水力坡度由西南向東北緩慢運動，勘察期間地下水位埋深2.90～4.70 m。

3 基坑設(shè)計情況

復雜環(huán)境中深基坑一般采用灌注樁支護[4-5]。本基坑采用灌注樁樁錨型式支護，按周邊環(huán)境及地層情況不同設(shè)計分7個剖面，基坑坡底線距地下室外墻基礎(chǔ)留1.2 m施工面，止水帷幕采用三軸攪拌樁，降水采用管井降水，錨固采用錨索?；又ёo平面布置見圖1。

3.1 支護結(jié)構(gòu)

上部1.5 m 1∶1放坡，下部采用排樁+預應力錨索支護，支護樁直徑800 mm，樁長22.0 m，樁間距1.5 m；樁身混凝土強度等級C30，主筋HRB400熱軋帶肋鋼筋，箍筋HPB300鋼筋，采用一樁一錨，錨索孔直徑為150 mm，桿體材料采用?S15.2-1×7鋼絞線，錨索注漿采用水泥漿，注漿固結(jié)體強度≮20 MPa。水泥強度等級為P.O42.5。

3.2 止水帷幕

在基坑周邊設(shè)置單排三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，攪拌樁深度21.0m，有效樁長20.0m；設(shè)計參數(shù)為：?650 mm @900 mm三軸水泥土攪拌樁，按連續(xù)套接一孔法施工，樁心距450 mm，采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比1.2～1.6(可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整)，水泥摻量≮20%，宜通過現(xiàn)場試驗確定最佳水泥摻入量。

圖1 基坑支護平面布置Fig.1 Layout of the foundation pit support

3.3 降水井設(shè)置[6]

沿基坑周邊緊貼基坑底邊線內(nèi)側(cè)設(shè)置降水井28眼，井間距約14 m，井深16.5 m；由于基坑較寬，在基坑中間按20 m左右間距設(shè)15眼疏干井,井深約16.5 m。在基坑周圍建筑物附近，布置20眼回灌井和8眼觀測井，井深12.0 m。

4 支護樁施工情況及出現(xiàn)的問題

(1)按照施工順序應先施工支護樁再施工止水帷幕，防止先施工止水帷幕后支護樁鉆孔時對止水帷帶造成擾動開裂，影響止水效果。

(2)場地地層主要為第四系軟土，支護樁長度也較短，為確保支護樁垂直度及加快施工工期，支護樁成孔采用KH-800B型長螺旋鉆機，下籠采用DZ-40型振動錘振動下放。

(3)施工過程和計劃相符，施工速度較快，采用“隔三打一”的跳打方式，主要是為防止成樁過程中相鄰樁之間的竄孔及相鄰樁距離過近，已完成樁混凝土強度較低在下籠時會出現(xiàn)離析等現(xiàn)象。

(4)施工過程對周邊建筑物進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)沉降速度過快，施工4天后發(fā)現(xiàn)東側(cè)北段局部出現(xiàn)地面及平房個別地方墻體裂縫，項目部發(fā)現(xiàn)問題后及時停工。

5 原因分析及解決方案

5.1 原因分析

場地周邊建筑均為20世紀八九十年代建造，房屋建造時分批完成，地基基礎(chǔ)埋深淺，均采用天然地基，且地基施工質(zhì)量不一；施工質(zhì)量低，施工前已有一些非結(jié)構(gòu)性開裂。采用長螺旋鉆機施工支護樁，下放鋼筋籠時振動器對基礎(chǔ)振動，導致基礎(chǔ)松散土密實。第③層粉砂輕微液化，地下水位的變化也是造成個別改建平房及院墻局部出現(xiàn)墻體裂縫的原因。

5.2 解決方案

(1)連續(xù)觀測基坑邊沉降變化，及時上報檢測數(shù)據(jù)。改變東北側(cè)施工順序及支護樁施工工藝后確保不沉降后方可施工。

(2)先施工三軸攪拌樁，控制外部地下水水壓力及軟土層側(cè)壓力的影響[7-8]，三軸攪拌樁強度達到70%以后方可施工支護樁。并改變支護樁施工工藝，不再使用長螺旋鉆機施工，改用回轉(zhuǎn)鉆機成孔，地基土基本不產(chǎn)生振動。

(3)三軸攪拌施工時，先在東南側(cè)試驗，并在外側(cè)5 m，按間距3 m布設(shè)監(jiān)測點，連續(xù)觀測3天。無變化后方可施工支護樁。

(4)西側(cè)建筑物距基坑約20 m，為減少擾動并能降低施工成本，西側(cè)北端不再采用支護樁+止水帷幕的形式，而是采用SMW工法樁。SMW工法采用單排三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H型鋼，攪拌樁采用標準連續(xù)方式施工，搭接形式為套接一孔法及隔幅跳打的施工順序[9]，攪拌樁直徑650 mm，攪拌樁搭接長度200 mm，深度20 m，水泥摻入比≮20%，采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥做固化劑，施工時按現(xiàn)行《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)等規(guī)范的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。H型鋼按照插一跳一施工，加強段按照密插型施工，H型鋼采用國標HN500×200×10×16。

(5)SMW工法樁施工時考慮對土體的影響，要求按圖2順序施工。

圖2 SMW工法樁施工順序Fig.2 Construction sequence of SMW piles

(6)原設(shè)計錨索為普通錨索，錨索直徑150 mm，長度為22～26 m，錨固段長度為17～21 m，采用錨桿鉆機成孔時考慮到會形成空孔，錨索成孔后，流砂會涌入套管內(nèi)，造成錨索桿件無法下放到設(shè)計位置，孔口出現(xiàn)嚴重涌水涌砂現(xiàn)象[10]。錨索變更為旋噴擴大頭錨索，采用一樁一錨，長度17～18 m，錨固段直徑500 mm，錨固段長度9～11.5 m，采用旋噴樁機成孔，桿體材料?S15.2-1×7鋼絞線；腰梁是在錨索施工7天后安裝。預應力錨索采用2根25A工字鋼做為腰梁，工字鋼之間用綴板焊接為整體構(gòu)件，焊縫連接采用貼角焊，錨索端部采用專用錨具施加鎖定力。變更后的支護剖面如圖3所示。

圖3 基坑支護剖面Fig.3 Profile of the foundation pit support

(7)以上設(shè)計變更后用理正深基坑支護軟件進行計算，各項指標均滿足有關(guān)規(guī)范要求。

6 完成情況及效果檢驗

6.1 完成情況

(1)改變施工順序先施工止水帷幕，等強度≮70%后再施工支護樁。

(2)支護樁采用SJ150型回轉(zhuǎn)鉆機正循環(huán)成孔，采用三翼硬質(zhì)合金鉆頭，全面鉆進法。采用自然造漿，為確保地層不出現(xiàn)縮孔、塌孔，泥漿性能要求達到密度≥1.15 kg/L，含砂率<8%，粘度18～28 s。為確保泥漿性能，在指標不達標時采用部分人工造漿的方法，造漿的主要材料是膨潤土和工業(yè)火堿，施工過程中使用膨潤土30 t，火堿3 t。

(3)成孔時采用“隔三打一”的方式，減少對地層的連續(xù)影響，采用吊車下放鋼筋籠基本沒有振動，施工過程比較順利。

(4)SMW工法樁施工時嚴格按調(diào)整后的施工工藝及施工順序施工，成樁后立即下放H型鋼。因為水灰比大及成樁速度較快，H型鋼下放比較順利。當出現(xiàn)型鋼下放不順的情況時采用鉆機回撤重新攪噴的方式透孔后再下放，嚴禁采用振動器振動下放H型鋼，以免造成振動引起土層液化，進而影響周邊建筑物安全。

(5)旋噴擴大頭錨索施工采用旋噴錨桿鉆機施工，通過旋噴將錨孔擴大之后下入錨索成錨固體的施工工藝。成孔前，根據(jù)設(shè)計，定出孔位，作出標記。鉆機開鉆前，檢查鉆桿的角度及錨索的位置，確保鉆桿在水平方向的誤差在±50 mm以內(nèi)，垂直方向的誤差在±100 mm以內(nèi)。自由段成孔直徑110 mm，錨索錨固段成孔直徑500 mm，與水平向夾角25°，擴孔的噴射壓力≮20 MPa，噴嘴給進速度可取15～20 cm/min,噴嘴轉(zhuǎn)速取10～15 r/min，噴射擴孔時，至少往返擴孔3遍，注漿時采取孔口封堵措施，防止突水帶砂；沿錨索桿體每2.0 m設(shè)置一個定位支架，定位支架使各根鋼絞線相互分離。

成孔后及時封堵孔口，若漿液硬化而未能填滿鉆孔，及時補漿。注純水泥漿(水灰比0.4～0.5)，注漿過程中采用循環(huán)攪拌，隨攪隨用。

6.2 效果檢驗

(1)施工止水帷幕時經(jīng)過檢測未發(fā)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)變化、周邊建筑物也沒有產(chǎn)生新的裂縫，改變支護樁成孔工藝及施工順序后各種檢測數(shù)據(jù)趨向穩(wěn)定，周邊建筑物沒有產(chǎn)生新的裂縫，原有裂縫也沒有繼續(xù)發(fā)展。

(2)在施工旋噴擴大頭錨索時在場地南側(cè)空地處進行3組水平試驗，錨索預應力值均能達到設(shè)計要求的350 kN。試驗成功后才進行工程正式作業(yè)，施工過程中未出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象，施工時也采用“隔三打一”的方式，施工過程中觀測沒有發(fā)現(xiàn)地層液化現(xiàn)象。錨索加預應力時對周邊建筑物沉降及變形監(jiān)測的時間進行加密，監(jiān)測中也沒出現(xiàn)明顯變化。

(3)為確保在鉆機施工過程中對周邊建筑影響進行全面監(jiān)控，本次施工及開挖過程中采用多種監(jiān)測手段及基礎(chǔ)施工信息化監(jiān)控[11]，分別為基坑坡頂水平位移和豎向位移監(jiān)測、基坑周邊建筑物沉降監(jiān)測、基坑深層水平位移監(jiān)測、周邊地下管線變形監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、錨索內(nèi)力監(jiān)測等手段，監(jiān)測時段為2015年3月20日至2017年8月23日，至基坑回填完畢，基坑支護結(jié)構(gòu)和周邊地表均未發(fā)生任何較大的位移和沉降，各項監(jiān)測均未超出預警值范圍(見表1)。

表1 基坑監(jiān)測情況Table 1 Foundation pit monitoring data

基坑工程監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,基坑變形均小于設(shè)計報警值，基坑一直處于安全可控狀態(tài)。由此可見，通過優(yōu)化設(shè)計改進施工工藝,不僅加快了施工進度,而且能夠避免因施工工藝選取不當對周邊建筑物產(chǎn)生的較大影響。

7 結(jié)語

(1)采用先施工止水帷幕再施工支護樁，在支護樁與臨近建筑之間形成一道柔性墻，在支護樁施工過程中對臨近建筑地基基礎(chǔ)起到一定保護作用。支護樁采用回轉(zhuǎn)鉆機成孔減小了對周邊環(huán)境的干擾，采用吊車下放鋼筋籠基本沒有振動，對臨近建筑物也沒有干擾。

(2)無論是支護樁施工還是基樁施工時應考慮周邊場地地層的抗干擾能力，還得考慮施工工藝對周邊建筑物的影響，盲目施工不但會加劇周邊建筑物已有裂縫的擴大還會產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)性裂縫，危及周邊建筑物的安全。施工過程中選擇正確的施工工藝，有序地安排各施工工序，在軟弱地層及周邊環(huán)境復雜的情況下應采用對地層影響較小、振動小的施工工藝和順序，才能保證施工的正常進行，才能保證最大限度地減少對外界的干擾。

(3)在周邊建筑物比較敏感的區(qū)域施工時，要加大對周邊環(huán)境的監(jiān)測，監(jiān)測時采用基礎(chǔ)施工信息化監(jiān)控尤為重要，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整，以減少對周邊的影響。

(4)在粉土粉砂層且水量豐富地層采用旋噴擴大頭錨索能有效克服涌水涌砂現(xiàn)象，確?；影踩?。