吹填土地基深基坑支護施工技術探析
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摘要:以紹興濱海大面積吹填地為背景，通過采用深井降水，高壓旋噴樁及復合土釘墻支護，結合BIM、無人機技術輔助項目施工，保證了地基承載力，大大節(jié)約了項目周期，總結的成功經(jīng)驗可為類似工程提供參考。
關鍵詞:吹填土，深基坑支護，BIM技術
0引言
圍海造田形成的軟土地基，普遍呈現(xiàn)“三高一低”的特點，存在典型的“二元”地層結構特征［1］。此類場地不經(jīng)處理很難滿足基坑開挖的條件。本工程結合現(xiàn)場實際，采用將土釘墻與預應力錨桿、高壓旋噴樁及鋼管土釘?shù)确绞浇Y合起來的復合支護技術，利用BIM技術、無人機組合，協(xié)同施工組織，實現(xiàn)總體方案布置，大大節(jié)約了資源，帶來了巨大的經(jīng)濟效益。
1工程概況
紹興濱海循環(huán)生態(tài)產(chǎn)業(yè)園(二期)項目(見圖1)，是紹興市十大民生實事重要項目之一，地處錢塘江南岸，瀕臨曹娥江，項目用地面積230416m2，主廠房高60．3m，帶一層地下室，框架結構，是一座日處理2000t的生活垃圾焚燒發(fā)電廠。項目由主廠房、綜合樓、飛灰養(yǎng)護車間、水系統(tǒng)等單體構成，基礎工程樁采用鉆孔灌注樁，直徑800mm，樁長約60m～71m，主廠房基坑為不規(guī)則形狀，基坑長約110m，寬約100m，基坑開挖凈深度為6．00m～7．60m左右，最大開挖深度10．1m。
1．1地下管線分布情況
本項目場地東北側為紹興市循環(huán)生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)一期再生資源發(fā)電廠，東南側為錢濱線道路，西南側及西北側原為養(yǎng)殖場，現(xiàn)為水塘及空地。場地東南側有一條架空地熱管通過，場地東北側臨近一期再生資源發(fā)電廠圍墻處分布一條10kV電纜線(埋深約1．20m)、一條燃氣管線(埋深約2．0m)、一條自來水管(埋深約0．5m)，其余未發(fā)現(xiàn)有各類管線分布。
1．2地質條件
場地屬蕭紹濱海平原地貌，總體地形地勢較為平坦，地基土具有成層分布的特點，主要成分包括砂質粉土、黏質粉土、淤泥質粉質黏土、粉質黏土、中細砂、礫砂等。按成因類型、物理力學特征，可將其分為6個工程地質層，1層又細分為2個亞層，2層細分為4個亞層，3層及5層均細分為2個亞層，其主要參數(shù)如表1所示。
1．3水文條件
本區(qū)域屬亞熱帶季風氣候，區(qū)內雨量充沛，多年平均降雨量為1450mm，地表砂質粉土土質松散，滲透性好，地下水主要來自于內河水入滲補給為生，局部為大氣降水入滲補給，并向堤外錢塘江排泄。區(qū)內地下水水位埋深1．00m～6．90m，水位高程3．13m～3．18m，地下水位在基礎埋深以上。
2吹填土技術介紹
所謂吹填土［2］，就是在整治和疏通江河航道時，用挖泥船和泥漿泵把江河和港口底部淤積的泥沙通過水力吹填而形成的軟弱沉積土。新近吹填的淤泥含水率一般超過100%，孔隙比大于2．0，外觀呈流泥狀態(tài)，土體尚未形成結構，強度基本為0［3］，具有液化性能，往往欠固結，不具備施工的條件?，F(xiàn)有吹填土的處理辦法從技術思路和加固機理上區(qū)分可分為排水靜力固結法和排水動力固結法［4］，對于大面積的新近吹填形成的場地，方法核心無非就是“排水”和“固結”，前者為條件，后者為目的和結果。本項目場地原為養(yǎng)殖場水塘及河道，塘埂、便道及河岸的地面原始自然標高在4．29m～5．07m，利用水力通過輸砂管沖填江沙至預定標高再進行強夯，吹填完成后高程在6．20m左右，形成的大面積吹填土，屬于飽和黏性土，土體含水量高，地表承載力極低，若采取純動力固結的方式，極易出現(xiàn)“橡皮土”。經(jīng)技術研究討論決定，在此吹填完成場地上進行工程樁施工及基坑圍護施工，基坑支護形式采用高壓旋噴樁、復合土釘墻結合深井降水的支護方案。為增加抽水壓力，加強降水效果，采用自流深井降水，基坑開挖前基坑內地下水位須降至坑底以下1m。同時保證基坑超挖處的水位也降至坑底0．5m以下。項目于后期選取18個點對處理后地基進行淺層平板荷載試驗，部分試驗數(shù)據(jù)見圖2，據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析，地基承載力特征值為180kPa，符合強度要求。
3本工程基坑特點及重點、難點
1)本工程基坑開挖面積巨大，達1．5萬m2，根據(jù)基坑圍護設計，放坡起始邊線非常接近用地紅線，基坑周邊無道路及臨時設施搭設場所。且基坑開挖深度較大，承臺底開挖深度達5．8m～9．8m，屬于深基坑開挖范疇，必須編制專項施工方案并經(jīng)過專家論證后方可施工。2)控制高壓旋噴樁的位置以及成樁質量，是本基坑安全的關鍵所在，應重點把控。對樁的位置和垂直度應嚴格控制，確?；庸ぷ髅婕皣o安全。對高壓旋噴樁的水泥含量控制應追蹤記錄每根樁的水泥使用量，不得少于規(guī)定要求。3)本工程開挖面積巨大，深井井點降水是本工程難點之一，需重點把控，對于降水點的布置應嚴格控制。土方開挖前一周，開始抽水，土方開挖期間未經(jīng)設計人員同意不得停抽。同時應注意對降水點的保護，保證作業(yè)順利進行。
4深基坑支護方案設計與施工
4．1深基坑方案設計
根據(jù)場地工程地質條件及周圍環(huán)境影響因素，綜合考慮開挖深度和土層物性，并在確保安全可靠的基礎上盡可能降低造價，參考相同類似工程情況的施工經(jīng)驗，按JGJ120—2012建筑基坑支護技術規(guī)程執(zhí)行，基坑安全等級為Ⅱ級，重要性系數(shù)為1，離基坑6m范圍以內不允許堆載設計值大于15kPa的施工荷載。對基坑支護受力變形與穩(wěn)定分析，采用理正深基坑支護結構設計軟件分析;計算每一工況穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1．35。經(jīng)計算確定采用土釘墻結合深井降水的支護方案。本工程垃圾坑區(qū)域基坑開挖平面為16700m2，開挖深度約為7．6m，開挖土方約13萬m3，規(guī)模大，基坑平面示意圖如圖3所示。
4．2高壓旋噴樁施工
高壓旋噴樁施工工序如下:測量定位→鉆機就位、鉆孔→插管→高壓旋噴注漿、提升→廢棄漿液處理→沖洗機具。本工程鍋爐基礎及滲濾液收集池周邊最深處達－10．1m，采用高壓旋噴樁(600@450)內外兩排進行加固，外排48×3鋼管，長6m，間距900mm，外排48×3鋼管，長6m，間距1000mm，并設置直徑10的泄?jié){孔。高壓旋噴樁起到擋墻作用，旋噴樁技術采用二重管法，即將二重注漿管鉆進到土層的預定深度后，通過在管底部側面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴射出高壓漿液和空氣兩種介質的噴射流沖擊破壞土體。施工控制參數(shù)控制如下:漿液壓力25MPa，空氣壓力0．7MPa，提升速度10cm/min，旋轉速度10r/min，漿液流量100L/min，水灰比0．8。旋噴樁成樁均勻、持續(xù)、無縮徑和斷層，提升噴漿過程中嚴禁斷漿，特殊情況造成斷漿應重新成樁施工，垂直偏差不大于0．5%，水泥土養(yǎng)護時間28d，無側限抗壓強度大于2．0MPa，滲透系數(shù)小于10cm/s。
4．3復合土釘墻施工
復合土釘墻是將土釘墻與一種或幾種單項支護技術有機組合成的復合支護體系，它的構成要素主要有土釘、預應力錨桿、截水帷幕、微型樁、掛網(wǎng)噴射混凝土面層、原位土體等［5］。錨管施工根據(jù)挖土階段分層進行，施工流程見圖4，采用自進式注漿鉆進錨管的施工方法，先安裝錨管，然后注漿，注漿完成7d后，將護面混凝土的面層鋼筋網(wǎng)與錨頭焊接牢固后，進行護面混凝土的施工。通過復合體系的有機組合，使土體形成了整體，保證了支護結構的整體穩(wěn)定性，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點，施工中應注意以下要點:1)錨管連接采用套筒接頭，鋼管外徑48mm，壁厚為3．0mm，鋼管從離基坑壁2．50m開始沿管長方向每隔500mm轉90°鉆28注漿孔，鋼管前端封閉，注漿利用鋼管進行。2)土釘孔位允許偏差不大于150mm;傾角誤差不大于2°;鋼管設置完畢后，采用42．5復合水泥漿注漿，水灰比0．45。注漿壓力控制不小于0．5MPa，每米注漿量不小于25kg，水泥漿應拌和均勻，做到隨拌隨用，一次拌和的水泥漿在初凝前用完。3)坡面噴混凝土，噴射混凝土厚度100mm，強度等級為C20，可按下列配合比:水泥∶石子∶砂=1∶2∶1．5，石子粒徑為5mm～12mm，雨季加2%～5%速凝劑。鋼筋網(wǎng)為6．5@200×200。泄水孔采用60PVC管，豎向及橫向間距均為2．5m，梅花形布置，傾角15°，孔后需設濾網(wǎng)。
4．4基坑降排水措施
基坑內部及外側均采用深井進行降水，降水施工應于開挖前10d左右進行，基坑開挖前基坑內地下水位須降至坑底以下1m，同時加強水位監(jiān)測情況，及時對方案進行適當調整。自流深井工序如下:測放井位→挖泥漿池→安裝鉆機及成孔→清孔換漿→下井管→填加工砂→井口封閉→洗井→安泵調試→排水。由于現(xiàn)場場地周邊環(huán)境空闊，對此，采取加強數(shù)據(jù)監(jiān)測措施，保證深井降水對周圍環(huán)境的影響，具體措施如下:1)降水運行開始階段是降水工程的關鍵階段，為保證在開挖時及時將地下水降至開挖面以下，因此在洗井過程中，洗完一口井即投入一口，盡可能提前抽水。2)降水的設備在施工前及時做好調試工作，安裝前應對泵本身和控制系統(tǒng)作一次全面細致的檢查，檢驗泥漿泵的旋轉方向，各部螺栓是否擰緊，潤滑油是否足，電纜接頭的封口有無松動，電纜線有無破損等情況，然后在地面轉1min左右，如無問題，方可投入使用。泥漿泵、電纜及接頭應有可靠絕緣，每臺泵應配置一個控制開關。安裝完畢應進行試抽水，確保降水設備在降水運行階段運轉正常。3)工地現(xiàn)場要備足水泵，數(shù)量多于降水井數(shù)5臺～10臺。使用的泥漿泵要做好日常保養(yǎng)工作，發(fā)現(xiàn)壞泵應立即修復，無法修復的應及時更換。4)在基坑四周設置12個集水沉淀池，采用2m×4m×2m的集水沉淀池箱(鋼板焊制地埋)，在基坑頂部四周設置300×300排水溝(在地面硬化時混凝土現(xiàn)澆)，并將排水溝與集水沉淀池連通，降水井內抽出的地下水先排入排水溝，再排入集水沉淀池，經(jīng)沉淀池沉淀后再排入周邊市政下水管網(wǎng)。5)降水過程中由專人指揮，對現(xiàn)場降水工作做好周密安排，輪流值班監(jiān)護，巡查及觀測記錄每天的降水水位標高。及時掌握地下水位情況，保障基坑土方施工的順利進行。
4．5挖土方案
項目充分利用BIM技術的特性，對施工全過程進行跟蹤管控。前期方案設計階段，基于協(xié)調平臺與無人機掃描技術(見圖5)，對場地進行合理規(guī)劃。圖5BIM+無人機技術圖基坑區(qū)域基于本基坑的規(guī)模及現(xiàn)場施工條件綜合考慮，以池體膨脹加強帶為界，分為兩個施工段(如圖6所示)進行開挖，出渣坑面積4700m2(Ⅲ區(qū))為一施工段，垃圾坑挖土面積約為10000m2(Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū))為另一施工段。整個開挖過程按三個階段進行，第一階段挖土至標高－3．0m，PC250反鏟挖掘機投入8輛，自卸汽車投入20輛;第二階段挖土至設計基底標高上面300mm處，第三階段為人工修整。
5監(jiān)測成果
本工程基坑監(jiān)測工作始于2019年6月29日，止于2019年10月21日地下室底板澆筑完成，且地下水穩(wěn)定。施工期間進行了基坑深層土體水平位移和基坑地下水位及周邊建筑物不均勻沉降監(jiān)測。檢測點位見圖7，基坑變形的監(jiān)控值見表2。根據(jù)施工期間及施工后監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，觀測井累計水平位移值最大為16．2mm，水平位移速率變化最大情況為1．5mm/d，均符合《建筑基坑監(jiān)測規(guī)范》要求值，基坑周邊道路、建筑物、管道均未受施工影響，該工程的設計與施工取得了成功。6結語針對濱海地區(qū)吹填土的特性，采取了一系列的施工技術措施，通過完善的支護施工技術措施，及時制定補充方案，并結合BIM技術，彌補支護設計與支護施工之間的溝通缺陷，減少了基坑支護結構的變形。從反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，基坑整體開挖過程中變形情況良好，為吹填地基采取深基坑支護施工提供可靠的經(jīng)驗。
作者:陳永杰 單位:紹興市越城區(qū)建筑工程質量安全監(jiān)督站