深基坑支护施工技术及质量控制方法的探讨

摘要：本文结合工程实际对地下连续墙的施工工序及质量控制措施，预应力锚杆的施工工序及质量控制进行一些探讨。

关键词：深基坑；地下连续墙施工；预应力锚杆施工；质量控制

1工程概况

某高层建筑共19层，地下室2层，结构类型为剪力墙结构，采用人工挖孔桩基础和框架结构；基坑深10.0m，地下室南边往南30m处为一多层建筑；东边距公路约15.5m，地下铺设有市政管道设施：西边往西10m为住宅楼；场地西面约120m有一水沟，沟宽14m，水流不大。

2地质条件

根据本工程场地的地质勘探资料，地表为人工填土层，厚1.84m；往下有淤泥质土层，厚2.65m，中细砂层，厚3m；粉质粘土(残积土)层，厚3.17m；全风化砂质泥岩，厚3.32m，强风化粉砂质泥岩，厚6m；中风化粉砂质泥岩(主要为棕红色，岩质较坚硬)，厚2.97m。地下水丰富且水位较高，向下开挖1.5m即可见水。地下水对混凝土无腐蚀性。场地抗震设防为7度，建筑物安全等级为I级，场地土类别为Ⅱ类。

3施工方案的选择

本工程在采用支护方案时，我们将以下几种方案进行对比：包括钻孔灌注桩及网喷结合预应力锚杆作为挡土支护结构，桩外采用深层搅拌桩作为止水帷幕；地下连续墙加内支撑及预应力锚杆作挡土支护结构；工字钢加预应力锚杆作挡土支护结构，桩外加止水帷幕；U型钢板桩加预应力锚杆挡土支护结构，桩外加止水帷幕；人工挖孔桩及网喷结合预应力锚杆作为挡土支护结构，桩外加止水帷幕。其优缺点分析见表1。

经过对以上5种方案进行对比，结合当地施工条件、设备和项目投资情况，认为第五种方案：地下连续墙+预应力锚杆及内支撑挡土支护体系方案较能满足本工程的需要，设计采用该方案，。

本工程基坑挖深10m，二层地下室，采用地下连续墙挡土止水，配以锚杆、内支撑支护。沿基坑东侧、西南侧、西北侧三个局部各设置三道预应力锚杆；北侧设置三道内支撑，东侧局部设置一道内支撑。具体布置如图1。

本方案主要设计参数为：地下连续墙共分102个槽段，每个槽段长2．26m--6m，墙厚0．8m，总长度550m，设计墙深17．6m～30．5m。采用BH一12型液压抓斗机配合5T冲桩机成槽，一台IHl500型40T和一台50T履带式吊机起吊钢筋笼吊放入槽内。预应力锚杆共三层，采用高强低松弛钢绞线4X7φ5(fY=1260N／mm2)，均为通长设置，其设计及施工参数见表2。锚杆成孔采用XJ-100／XU-300型改装钻机施工，孔径150mm，孔深按设计要求，采用泥浆护壁以确保孔径：孔内填充灌注32．5R水泥，总用量为65kg／m，水灰比为0．45―0．5。预应力张拉设备为YCWi-i00千斤顶和ZB4-500高压油泵，锚头设备为厂家按设计要求提供的HVM锚具。内支撑采用钢筋混凝土梁柱，支撑梁的截面为400mmX800mm；混凝土等级C25；立柱φ800mm，立柱钻孔桩采用C30水下混凝土，设计桩长16―20m。锚杆参数见表2。

4主要施工技术及质量控制措施

4.1地下连续墙的施工工序及质量控制措施

4.1.1导墙修筑

导墙是地下连续墙挖槽前修筑的临时构造物，具有控制连续墙施工精度、挡土、重物支承台、维持稳定液面等作用。本工程采用的导墙形式为“L”型，高1．5m，厚200mm，墙顶标高高出外地面150mm～200mm，以防止雨水流入槽内稀释及污染泥浆。为了保证地下墙的厚度，地下墙两侧导墙内表面的净距比地下连续墙厚度略宽(一般为40mm)，混凝土设计强度等级为C20。

4.1.2泥浆制备和使用

在地下连续墙挖槽过程中，泥浆的作用为护壁、携渣、冷却机具和切土等，其中护壁为最重要。本工程采用膨润土造浆，其主要成分是膨润土、掺合物(CMC、碳酸钠)和水；新制膨润土泥浆质量控制指标；粘度19～21s、密度

4.1.3成槽及清孔

(1)成槽：由于本地段地下岩面较高，故采用KC-22型冲击钻机成孔修孔和成槽。在泥浆护壁条件下，采用液压抓斗挖土至强风化岩层，再用冲桩机进入中微风化岩成槽。

(2)清槽：采用正、反循环两种方法进行，成槽过程中采用泥浆正循环法清渣，将皮管通向孔底并泵进新浆使泥渣上浮。

4.1.4钢筋笼制作及吊放

(1)钢筋笼制作：为了保证钢筋笼尺寸和位置准确，本工程采用专用平台进行制作。主筋接头采用闪光对焊，钢筋笼在现场地面平卧组装，根据设计要求准确预埋钢筋和管线，控制其平整度误差

(2)钢筋笼吊放：钢筋笼起吊时顶部用一根工字钢作横梁，其长度和钢筋笼尺寸相适应。钢丝绳吊住四个角，为了不使钢筋笼在起吊时产生弯曲变形，采用两台履带式吊车同时操作，其中一钩吊住顶部，另一钩吊住中间部位。起吊时不能使钢筋笼下端在地面上拖引，以防造成下端钢筋弯曲变形。

本工程部分结构承力的地下连续墙深达30m，故钢筋笼要分段制作，吊放时需接长，下段钢筋笼要垂直悬挂在导墙上，然后将上段钢筋笼垂直吊起，上下两段钢筋笼成直线连接。两段钢筋笼的定位偏差为：标高±50mm，垂直墙轴线方向±20mm，沿墙轴线方向±75mm。

4.1.5水下混凝土浇筑

(1)水下混凝土配合比选择：地下连续墙设计混凝土强度等级为C30，抗渗等级P8。根据配合比试验选定其施工配合比为：每lm3混凝土中，水泥、Ⅱ级粉煤灰、中砂、石、水、AP一1A用量分别为370，36，739，1020，195，6．1kg；混凝土28d强度设计值为41．6MPa，其余指标值及试验结果见表3。

(2)混凝土浇筑：清孔合格后4h内开始浇筑水下混凝土。本工程采用两根φ250mm导管进行浇筑，用履带式吊车起吊混凝土料斗。开导管时用同等级混凝土包作隔水塞，用8#(铁丝)吊于导管口，待混凝土浇筑达到一定量后剪断铁丝，混凝土包下落并埋入底部混凝土中。整个浇灌过程保证导管埋入混凝土深度>lm(且控制在2―4m)，混凝土面上升速度52m／h，中途停歇时间在30min内，并在6h内浇完。导管间距

4.1.6地下连续墙槽段间的接头处理

地下连续墙采用ф800接头管，一般在浇筑混凝土3～4h后，用专用拔管器将接头管向上拔动，每隔20～30min拔起约0．3m，以免混凝土与接头管相互连结，直至浇筑混凝土结束4―8h后才可全部拔出。为了今后便于起拔，管身外壁必须光滑，还应在管身上涂抹黄油。

接头管连接施工工序为：挖出单元槽段一吊放接头管和钢筋笼一浇筑槽段水下混凝土一拔出接头管一形成半圆接头，继续下一段开挖。

4.1.7地下连续墙混凝土质量检验

(1)混凝土强度实测值：地下连续墙C30混凝土强度试验共取样204组，强度值为30．1―41．6MPa，平均值为34．5MPa，离差系数为0．094，强度保证率>99％，抗渗试件取样102组，抗渗等级达到P8。

对地下连续墙102个槽段随机抽取10个槽段作超声波投射法检测，另随机抽取10个槽段作钻孔抽芯检测。超声波检测结果：I类墙9个、Ⅱ类墙1个(1类墙说明墙身砼结构完整；Ⅱ类墙表明墙身有轻微缺陷，但不会影响墙身结构承载力的正常发挥)。抽芯检测结果表明：混凝土芯样完整光滑，无夹层，拼接性好，粗骨料与砂浆胶结良好。共抽取混凝土芯样30组，强度值31―41．6MPa，平均值为36．3MPa。

(2)单位工程质量评定：本工程地下连续墙共分102个槽段。根据项目划分原则，每个槽段为一个单位工程，由于施工质量控制较好，单位工程全部合格，合格率达100％。

4.2预应力锚杆的施工工序及质量控制

预应力锚杆的施工程序为：钻孔一安放拉杆一灌浆一养护一安装锚头一张拉锁定。

4.2.1钻孔

钻孔采用湿作业法：成孔时先启动水泵，使冲洗液(压力水)从钻杆中心流向孔底，在一定水头压力(0．15―0．3MPa)下，水流携带钻削下来底土屑从钻杆与孔壁间的孔隙处排出。钻进时要不断供泥浆冲洗，始终保持空口水位，并根据地质条件控制钻进速度，一般以300―400mm／min为宜。施工时采用混合泥浆进行护壁成孔，确保倾角偏差

4.2.2安放拉杆

本工程采用钢绞线拉杆。由于设计杆长较长，要一次成形放进孔内具有一定难度。本工程将各钢绞线下入孔底端相互焊接之后将端头套入帽尖并焊牢，然后沿锚杆体按要求分别组装对中隔离支架、钢环(束紧环)、注浆管、自有段隔离套，并将其一一扎紧，捆扎后各钢绞线间要有一定空间，且不相交叠，平顺。

对中隔离支架与钢环间隔0.75m，各对中隔离支架之间、各钢环之间相互间隔1.5m，隔离支架、钢环采钢管及钢筋加工制作，对中隔离支架最大外径约130mm，钢环内径约70mm。

搬动及装入孔内时应防止扭压、弯曲锚杆体。杆体装入孔内的角度、方向应与锚杆孔轴向相一致，用人力握紧缓缓推送，避免扭转、抖动。推送至孔底后略向外拔出，以保障杆体在孔内底位置及顺直，然后在孔口将锚杆体固定牢。

4.2.3灌浆

本工程采用二次灌浆工艺，一次注浆为常注浆，第二次注浆为高压劈裂注浆。一次灌浆采用排水法自孔底向外排水注入，浆液通过与锚杆体一起组装入孔内的注浆管输送至孔底。因为水泥浆的比重大于水，在重力及注浆泵推力的作用下，原孔内的水被逐渐排出，空间被水泥浆填充，直至水泥浆完全溢出孔口。二次注浆浆液通过已安装在孔内的二次注浆管进入孔内，在高压压力的作用下，注浆管上的各个阀点被击穿并迫使固结体周围地层被劈裂。高压劈裂开后，操作上采用小流量慢速注入。总体而言，二次注浆量以一次注浆量的1／4为宜，最高压力2～3MPa左右。当孔内易于升压时以小流量稳压灌注，注至较难注入约2分钟后停止，即以压力指标确定终止注浆时间。二次注浆状态下，不论高压注入或低压大量注入，都要特别注意观察基坑周围，及周边地面环境的变化，如发现异常应立即停止注浆，进行必要处理确保安全。

4.2.4张拉锁定

锚杆灌浆养护7～8d后，待锚固体强度大于15MPa并不小于设计强度的75％时，并以最大荷载的20％作为每级荷载增量，共分5级进行张拉，测定张拉后的位移量以便于日后观测位移变化。

4.2.5质量控制与检验预应力锚杆制作的材料应符合设计要求，锚杆、锚具应有出厂合格证和试验报告。锚杆的施工位置、尺寸

的允许偏差和检验方法见表4。

5小 结

根据工程进展，对地下连续墙(圈梁顶)轴线进行设点观测位移。初始50天的观测结果分析，地下连续墙的位移情况比较正常，其中测点位移最大值只有14mm，平均每天位移0.75mm。但自开始第三道锚杆施工(深度―12m)后，发现东边的测点位移出现较大的变化，最大值一天内3mm，累计单设点最大位移总值29mm。但完成第三道锚杆后，根据观测结果分析，东边的设点位移值在29―35mm之间又趋于稳定，每天最大值不超过1．5mm，5天内总位移只有一个测点最大值为3mm(总位移35mm)，其它测点在1～2mm内，基本不变。

本基坑工程采用地下连续墙+预应力锚杆十内支撑的复合支护方案，施工完成得比较顺利，期间曾多次进行变形沉降观测，结果见表5、表6。

本工程的深基坑复合支护方案得到了顺利实施，解决了该高层建筑深基坑施工支护的难题，为本公司今后类似工程施工提供参考。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。