1、桩后土体加固与双排桩联合支护方案在金口二站工程中的应用 李小兵 罗岚 王焱 湖北省水利水电规划勘测设计院 摘 要： 针对金口二站工程周边环境复杂、重要建筑物较多、场地狭窄等特点, 提出了桩后土体加固与双排桩联合支护的设计方案, 并介绍了施工工艺及施工顺序、控制要点、基坑监测等技术。工程实践证明, 本方案安全可行, 技术可靠, 可在其他类似工程中推广应用。关键词： 深基坑; 重要建筑物; 双排桩支护; 土体加固; 作者简介：李小兵 (1985-) , 男, 工程师, 本科, 主要水利工程设计工作。收稿日期：2017-8-5Received： 2017-8-51 工程概况湖北省金口二站工程位于湖北
2、省武汉市江夏区金口街道, 站址处于金水闸和金口电排站之间, 设计流量 96m/s, 为堤后式泵站, 站址所处的金水河出口段至长江约 8km。本工程左侧紧邻金水闸, 该闸为湖北省二级文物保护单位, 且新建泵站站址区场地狭窄, 金口一站至金水闸净距不足 100m, 主泵房结构外廓尺寸 33.7m30.6m (长宽) , 基坑开挖深度约 22.00m, 施工难度相当大。图 1 金口二站布置图 下载原图2 工程地质条件站址位于金口泵站管理处内部, 站址区地势平坦, 起伏较小, 地面高程24.0028.00m 左右, 堤顶高程 30.0m 左右;场地范围内与基坑设计有关的主要土层分布情况如下:第 (1)
3、 层杂填土夹素填土 (Q 4) :黄褐色, 以粘土、壤土为主, 夹有碎石、块石等, 不同部位该层分布厚度不一。第 (2) 层为粘土 (Q 4) :第四系全新统冲积层, 灰色, 可塑软塑状。厚度 2.604.20m, 底板高程12.5712.72m。仅在出口流道分布。第 (3) 层粘土 (Q 2) :第四系更新统冲积粘土, 可塑状;层厚 2.6013.90m。区间值为 2.6016.0m。第 (4) 层碎石土 (Q2) :第四系更新统风化残积堆积, 局部夹粘土, 层厚 5.016.50m。碎石成份为砂粒、灰岩等, 粒径 402mm 含量占 59.81%;砂为黄褐色, 主要成份为石英、岩屑, 粒径
4、 20.075mm 含量占 37.78%;粘粒和粉粒为黄褐色, 含量占 1.59%。第 (5) 层灰岩夹炭质页岩与煤互层 (P 1) :二叠系栖霞组灰岩夹炭质页岩与煤互层, 灰岩为灰色, 岩芯以柱状为主, 少量短柱状和碎块状, 裂隙不太发育, 完整性较好。岩性较坚硬。锤击声清脆, 属弱风化。本次揭露厚度大于 4.10m。表 1 站址区主要土层物理指标 下载原表 3 工程特点及难点(1) 本工程站址所处位置场地狭窄, 左侧的金水闸是湖北省二级文物保护单位;所穿堤防为长江二级堤防, 堤顶为 S102 省道, 车流量大, 重车较多;基坑开挖深度大, 无放坡空间;(2) 施工期间基坑左侧的金水闸和右侧
5、的金口一站均要正常运行, 施工干扰大;S102 省道交通不能中断, 必须考虑保通措施;(3) 施工场地狭小, 所有施工材料必须在基坑内堆放, 对施工及现场管理提出了很高的要求。4 支护方案选择根据基坑所处环境及实际开挖深度, 考虑到基坑临近主要交通道路, 确定基坑重要性等级为一级。为保证工程的顺利实施, 确保周边建筑物的安全稳定, 经过多次方案研究讨论, 在确立基本支护结构后采用 ANSYS 软件进行了结构安全性验算, 最终确定了采用花管灌浆加固土体与桩间高压旋喷止水配合双排桩的支护结构形式。(1) 支护体系:采用双排桩支护结构, 顶部设冠梁, 形成门式结构, 加强结构稳定性, 在临近基坑一侧
6、的桩间采用高压旋喷桩进行加固止水。(2) 土体加固体系:在双排桩之间的土体及双排桩至金水闸之间的土体进行花管灌浆, 对这一部分的土体进行加固, 灌浆加固深度为深入碎石土层内 1m。5 支护设计及施工顺序5.1 支护结构设计(1) 灌注桩:桩径准 1500mm, 桩距 1.8m, 排距 3.0m, 桩身混凝土强度等级 C30, 桩底标高-0.5m, 进入基岩深度不小于 0.5m;(2) 桩间高压旋喷桩:采用三管法施工, 旋喷有效直径不小于 600mm, 桩长与灌注桩长度一致, 进入基岩深度不小于 0.5m;(3) 花管灌浆:支护桩桩间范围内除高压旋喷防渗桩之外区域 (花管灌浆区) , 进行花管灌
7、浆加固, 灌浆孔按照 1m1m 梅花形布置, 灌浆压力不大于 0.1MPa, 灌浆后桩间土抗压强度不低于 2MPa;金水闸和支护桩间主动土压力区素填土深度范围内 (花管灌浆区) 进行花管灌浆加固, 灌浆孔按照 1.5m1.5m 的间距布设, 灌浆压力不大于 0.05MPa, 灌浆后区域内土抗压强度不低于 1MPa。区和区灌浆均分两序施工, 其中区灌浆孔内按一段采用自下而上灌浆法施工, 区灌浆孔内分两段采用自下而上灌浆法施工;材料采用 32.5R 普通硅酸盐水泥, 建议水灰比为 1:1、0.8:1 和 0.6:1;灌注时长按照试验结果确定, 且不得少于60min;花管灌浆孔深至素填土层下 1m,
8、 根据灌浆试验查明的粘土层可灌性再决定是否灌浆至 15.6m 高程。(4) 坑内挂网喷护:采用 6.5mm200200mm 钢筋网喷射 80mm 厚 C20 素混凝土对基坑壁进行防护, 减少土体暴露时间, 并防止降雨对坑壁造成破坏。图 2 基坑支护示意图 下载原图图 3 土体加固示意图 下载原图5.2 施工顺序结合工程现场情况, 先进行场平工作, 场内整平高程为 27.40m, 然后进行双排支护桩施工, 在灌注桩强度达到设计强度的 50%之后进行桩间的高压旋喷桩施工, 旋喷桩施工完成并检测合格后进行桩间的花管灌浆区的施工, 待此处项目施工完成后进行顶部冠梁的浇筑;待冠梁强度达到设计强度的 70
9、%后进行灌浆区的花管灌浆施工。待上述土体加固措施全部完成并达到设计要求后进行主基坑的土方开挖, 土方采用自上而下分层开挖的方式进行, 当垂直开挖至 16.60m 高程后开始预留第一级马道, 并对马道以上部分及时进行挂网喷护, 减少土体暴露时间, 确保边坡稳定。6 施工控制要点6.1 灌注桩施工本项目钻孔灌注桩采用旋挖工艺, 施工工艺成熟, 成孔效率高, 由于钻孔灌注桩桩间距仅 1.8m, 在施工时要求进行隔桩跳打, 要求按照设计要求严格控制桩长, 入岩深度不得少于 0.5m;灌注水下 C30 混凝土前, 孔底沉渣厚度不得超过50mm。6.2 高压旋喷桩施工高压旋喷桩采用三管法施工, 钻孔孔位与
10、设计孔位的偏差控制在 50mm 以内, 钻孔孔径应大于喷射管外径 20mm 以上, 钻孔有效深度应超过设计墙底深度0.3m。下喷射管前, 应进行地面试喷, 检查机械及管路运行情况, 并调准喷射方向及摆动角度, 下入或拆卸喷射管时, 应采取措施防止喷嘴堵塞。当喷头下至设计深度, 应先按规定参数进行原位喷射, 待浆液返出孔口、情况正常后方可提升喷射。喷射灌浆完毕, 固结体顶部出现稀浆层、凹槽、凹穴时, 可将灌浆管插入孔口以下 23m 处, 用 0.20.3MPa 的灌浆压力将密度为 1.71.8k N/m 的水泥浆液由下而上进行二次灌浆, 置换出稀浆液和填满凹穴。6.3 基坑排水设施结合本项目地勘
11、资料及现场开挖情况来看, 基坑内地下承压水并无明显出露, 主要是上层土体滞水和施工期降雨及正常的施工汇水。在项目施工时, 在基坑底部设置有集水井, 将土体渗水和其他汇水集中至集水井中统一抽排, 基坑内基本上可保证干地施工条件。7 基坑监测本项目基坑开挖深度较深, 基坑周边重要性建筑物较多, 施工条件复杂, 为了确保基坑安全, 特别委托第三方单位进行项目施工期的独立监测。分别就支护桩桩顶水平位移及沉降、坡顶地表水平位移及沉降、支护桩侧向变形、基坑外侧土体深层侧向位移、地下水水位变化、建筑物竖向位移及围护体裂缝等项目进行了监测。7.1 基坑及支护结构测点布置(1) 支护桩顶部的竖向、水平位移监测,
12、 监测点应沿支护桩的布置。本项目共布置 6 个支护桩顶竖向垂直、水平位移监测点。(2) 支护桩侧向变形 (深层水平位移) 监测, 布置在支护桩代表性的部位, 共设 4 个监测孔。(3) 基坑外侧土体深层侧向位移监测, 布置在基坑招待所一侧的土体中, 共布置 3 个监测孔。(4) 选取 2 根有代表性的支护桩进行支护桩内力监测。(5) 在基坑外布置 4 个地下水位监测孔。(6) 围护体系裂缝监测数量根据实际发生情况进行确定, 通过巡视检查及时发现围护体系裂缝, 统计裂缝位置、走向、长度、宽度, 发现其分布规律, 选取有代表的裂缝进行监测。7.2 周边环境测点布置(1) 基坑周边道路、地表沉降监测
13、点的布置:测点布置监测范围为从基坑边缘以外 13 倍开挖深度范围。(2) 建 (构) 筑物竖向位移监测点:在基坑周边邻近建筑物上布置变形沉降监点。(3) 建 (构) 筑物裂缝监测点应选择有代表性的裂缝进行布置, 在基坑施工期间当发现新裂缝或原有裂缝有增大趋势时, 应及时增设监测点。监测数量根据出现裂缝后的实际情况进行选择确定。在监测过程中, 监测点的布置和数量应根据实际情况再进行相应调整。7.3 监测结果从本工程正式开挖至基坑底部大体积混凝土浇筑完毕, 经过连续的监测, 基坑左侧支护桩、基坑四周坡面、下游侧道路及右侧泵站厂房等部位布置的监测点监测结果如表 2。表 2 基坑监测结果汇总表 下载原
14、表 8 结论及建议金口二站主基坑已经完成底部大体积混凝土浇筑施工, 正在进行主体结构的施工, 根据第三方监测机构提供的监测数据来看, 整个基坑目前处于一个相对稳定的状态, 基坑周边支护桩桩顶累计最大水平位移仅为 18.95mm, 沉降变形量累计值为 4.05mm;基坑周边的金水闸、金口一站等重要建筑物累计最大垂直位移为 1.69mm;基坑开挖至最低点时坑底隆起最大值为 1.12mm。综合以上情况来看, 本项目基坑整体状态良好, 说明桩后土体加固与双排桩联合支护的设计方案是可行的, 经济上是合理的, 是安全可靠的, 能够很好的满足本项目的工程需要。综上所述, 本工程所采用的桩后土体加固与双排桩联合支护设计方案在其他类似的场地狭小, 基坑周边有重要建筑物无法进行大面积放坡开挖且无法采取其他防护措施的项目中推广应用。参考文献1建筑地基基础设计规范 (GB50007-2011) S.中国计划出版社. 2建筑基坑支护技术规程 (JGJ120-2012) S.中国建筑工业出版社. 3刘国彬, 王卫东.基坑工程手册M.中国建筑工业出版社, 2009.
