复杂地质条件下深基坑开挖支护技术

复杂地质条件下深基坑开挖支护技术张勇刁馨婷摘要人文路跨贾鲁河大桥为双索面无背索独塔斜拉桥，主塔承台深基坑位于贾鲁河河床内，地下水位埋深浅，基坑开挖平面尺寸大，深度大，且承台顶部塔身结构复杂，基坑无法采用常规支护方法，本文主要介绍采用拉锚支护技术在深基坑支护施工中的应用。关键词深基坑开挖支护钢板桩锚索1引言深基坑工程中的支护结构一般有两种：围护墙结合内支撑系统的被动支护形式和围护墙结合拉锚结构的主动支护形式。内支撑系统由水平支撑和竖向支承两部分组成，已被广泛应用，特别对于软土地区基坑面积大、开挖深度深的情况，其优点为：无需占用基坑外侧地下空间资源、可提高整个维护体系的整体刚度，可有效控制基坑变形。拉锚支护作为一种主动支护方式，是将受拉杆件的锚固段固定在稳定土层中，利用地层本身的锚固力以维持构筑物的稳定，实现主动的加固土体，有效地控制其变形，防止坍塌的发生。目前我国国内95%以上的深基坑支护工程使用钻孔灌注桩、地下钢筋混凝土连续墙、钢筋混凝土支撑结构、钢管支撑结构等传统技术，这些传统技术造价高、施工空间狭小、施工工期长、高耗能、环境污染严重；而只有不到5%的深基坑支护工程使用SMW工法、加劲桩、拉锚支护结构等新技术，这些技术具有造价低、施工空间大、施工工期短、绿色环保节能、资源重复利用等优点。本文主要介绍拉锚支护技术在深基坑支护施工中的应用，为后续工程提供借鉴。2工程概况人文路跨贾鲁河大桥位于中牟县人文路与贾鲁河相交处，桥梁全长526.0m，全宽55m，其中主桥为双索面无背索独塔斜拉桥，塔身承台（7#轴）位于贾鲁河中，基坑开挖前需进行“筑岛”施工形成承台施工平台，基坑与河道位置关系如图1。7#承台基坑开挖深度为12.66m，属于深基坑开挖。根据《建筑基坑技术规程》（JGJ120-2012）的规定和结合周围环境的特点，基坑支护结构的安全等级为一级。开挖参数见表1。根据《中牟绿博园区人文路跨贾鲁河大桥桥梁工程地质勘察报告》中查表得基坑范围内各土层的物理力学性质，见表2。图17#承台基坑与河道平面布置图表1基坑开挖参数承台编号基坑顶标高m基坑底标高m基坑深度m基坑宽度m基坑长度m支护结构安全等级7#80.5m67.8412.664753一级表2各土层的物理力学性质统计表土层编号②②1③③1④土壤类型新近沉积粉砂新近沉积粉土第四系全新统粉质黏土第四系全新统粉质土第四系全新统粉砂土层厚度(m)3.150.642.321下端深度(m)3.153.757.7510.0531.05天然容重（g/cm3）1.921.912.031.9饱和容重（g/cm3）1.921.912.031.9土的压缩模量109.16.4413.0825与锚固体摩擦阻3050505560粘聚力（（kPa）水上）2718.038.13内摩擦角（°）（水上）2820.59.113.134粘聚力（kPa）（水下）kPa1.65.614.46.52.4内摩擦角（°）（水下）22.416.47.310.527.23技术方案比选承台基坑施工条件受外部环境制约多，承台基坑开挖难度大，主要表现在以下几点：（1）底部开挖平面尺寸大，长47m，宽53m；（2）基坑深度大，达到12.6m，且常规拉森钢板桩长度在9m～15m之间，难以满足长度要求；（3）承台顶部塔身结构复杂，基坑内部空间无法利用。受以上问题限制，采用常规的、单一的深基坑支护方法难以满足施工要求，经研究分析，前期拟定三种方案进行比选，详见表3。表3支护方式比选表支护方式优缺点比较工期对比经济对比混凝土排桩+帷幕+锚索1）围护结构长度可控，结构安全；2）工期长；3）造价高。98天1453.6万开挖放坡+钢板桩+钢管内支撑1）选用15m钢板桩，先开挖放坡可解决钢板桩长度要求；2）需在基坑中设置内支撑支承桩，对基坑内建筑物施工影响大；3）工期较长；4）造价较高。90天1328.1万开挖放坡+钢板桩+锚索1）选用15m钢板桩，先开挖放坡可解决钢板桩长度要求；2）结构简单、轻便，不受基坑内建筑物影响；3）工期短，可控；4）造价低。72天1149.3万由于承台基坑平面尺寸过大，承台顶部塔身结构复杂，若选用内部支撑，则支撑构件与承台顶部建筑物冲突，经分析论证后，工程选用开挖放坡+钢板桩+锚索的支护方法，优化施工顺序，实现边开挖、边支护，提高施工进度，降低施工成本。4施工重难点（1）场地范围内存在地质硬层，钢板桩难以打到设计深度且耗时较长。（2）场地范围内为砂性土，锚索成孔难，易坍塌，且局部锚索长度方向存在障碍物，锚索长度无法保证设计强度。（3）深基坑位于河道中，场地范围内地下水受河水影响，地下水位高、水量大、地下水补充迅速，降水难度非常高。5深基坑施工方案及施工技术要点5.1基坑支护方案根据承台及张拉格室尺寸，基坑下部大小为47m×53m，采用钢板桩围护结构，顶部开挖放坡，放坡级数为1级，坡比为1:1，基坑顶部平台尺寸为79.4m×73.4m。钢板桩开挖深度7.5m，嵌入深度为7.5m，设置两层锚索。支撑结构采用锚索，垂直方向自基坑顶部向下7m、9.5m各设置一层，锚索孔距1.6m，角度15°，围檩采用双I28a工字钢。5.2施工技术要点5.2.1基坑降水基坑采用管井与钢板桩形成防水帷幕，管井布置在基坑外侧，降低水头，疏干基坑内地下水。所有管井降水时间从基坑开挖前7天开始降水，过程中根据地下水位变化适时调整，保证基坑干槽施工，至回填至地下水位以上时停止降水。5.2.2钢板桩施工钢板桩选用拉森Ⅳ型钢板桩，长15m，钢板桩开挖深度7.5m，嵌入深度为7.5m，采用90型振动打桩机与长螺杆钻孔机进行施工。根据现场施工条件，采用单独打入法，即从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。此法桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。在钢板桩打设过程中，发现场地范围内存在地质硬层，单纯采用振动锤难以打入，经研究分析后，调整钢板桩打设工艺，采用先引孔，再插打的方法，效果良好，大大加快了钢板桩施工进度。由于采用引孔技术通常会破坏土体稳定性，可能会将导致引孔后钢板桩在承受土压力及超载时会发生较大的偏移，但此方法经实际验证，钢板桩偏移与理论计算相差不大，引孔对钢板桩偏位影响较小。5.2.3锚索施工每层开挖后，进行锚索施工，锚索施工结束后，方可进行下一层开挖。锚索施工采用套管跟进钻孔施工。严格按照测量放线标示的孔位、角度进行钻孔，钻孔倾斜度允许偏差为3%，孔深应超过锚索设计长度0.5m。钻孔中遇渗水量较大的地段钢套管无法跟进时，对锚孔进行固壁灌浆处理，吸浆量大时根据实际情况可采用间歇、限流、待凝等综合措施，待凝后再扫孔至设计孔深。锚索施工时对于设计长度无法保证的，选用扩大锚保证锚固力，减小锚索长度。基坑支护结构布置见图2。67.94基坑底75.4411：1原地面60.441粉砂粉土粉质粘土粉砂77.9574.8574.2570.2567.95粉土钢板桩锚索1（自由段7.0m+锚固段18.5m）锚索2（自由段5.5m+锚固段18.0m）15°5.06m7.6m80.5图2基坑支护结构布置图5.2.4土方开挖基坑开挖前7天开始降水,并于基坑四周设置四口观察井，根据地下水位适时调整，降水保证干槽施工即可。基坑开挖必须在锚索灌浆达到设计强度后方可进行。土方开挖按照纵向分段、竖向分层、层与层之间放坡设台阶的方式进行，上下、前后形成一个连续的开挖作业面。5.2.5基坑变形监测深基坑工程监测是深基坑工程施工过程中的一个重要环节，实现信息化施工能够将各方面信息及时反馈给基坑开挖组织者，根据预测判定施工对周围环境造成影响的程度。对基坑支护体系变形及稳定状态加以评价，并预测进一步挖土施工后将导致的变形及稳定状态的发展，制定进一步施工策略。深基坑工程主要监测项目为基坑围护结构的变形监测。根据施工工序，钢板桩+锚索施工工况分5个，分别为：第一次开挖至7.5m、第一道锚索、第二次开挖至10m、第二道锚索、第三次开挖至12.66m。实际施工变形量与计算变形量选择在开挖工况下进行比较。以南侧监测结果为例，基坑变形与理论计算对比见图3。图3南侧基坑变形与理论计算对比表由表中数据对比分析可知，实际施工中钢板桩变形与理论计算基本相符，支护方案安全可控。6结语本工程采用拉锚支护技术施工，在保证安全的前提下，加快了施工进度，降低了施工成本，取得了良好的经济效益和社会效益。