1、深基坑垂直開挖止水帷幕及樁錨支護 復合施工技術鑒定資料 ××集團有限公司二一三年十月目 錄1 提出問題的背景 2 工藝原理3 工法的關鍵技術 3.1技術分析 3.2工藝流程 3.3 操作要點3.4 性能指標4 實施效果 5 附件 1 提出問題的背景基坑支護有多種形式，適用條件也不盡相同，每一種基坑支護形式都有其優點和缺點，都有一定的適用范圍。在支護形式的選擇上，一定要因地制宜，具體問題具體分析，抓住該基坑支護中的控制性因素：該基坑支護體系的不穩定因素主要來自土壓力穩定問題，還是來自地下水控制問題？在影響基坑穩定性的諸多因素中，地下水占有突出地位，基坑工程事故多數與地下水的作

2、用及對其處理不當有關。對軟弱地基的基坑支護主要是地下水的控制問題。當基坑工程影響范圍內存在承壓水層，或地下水位高的情況下，控制地下水往往是基坑支護設計中的主要矛盾。已有基坑工程事故原因調查表明，由于未處理好地下水控制問題而造成的工程事故在基坑工程事故中占有很大比例。深基坑開挖如果采用正常放坡開挖法（坡度不小于1：1.25），不僅挖除、運輸、回填土方量大，而且在基坑開挖過程中容易發生滲透破壞，施工過程中存在極大的安全隱患。本基坑工程支護范圍內主要是粉土、粉質粘土，地下水類型為潛水與承壓水的混合水。靜止水位埋深介于1.3m3.2m之間，而開挖深度均大于5m，因此，對深基坑開挖前需先止水支護。為地下

3、開挖可順利進行，需先截斷或阻隔地下水，同時避免基坑周邊發生過大的沉降變形。由于水文地質條件較為復雜，基坑周邊環境相對苛刻，對支護結構的強度、剛度提出了較高的要求，深基坑開挖對施工安全性能的保障提出了更高的要求，從而大大增加了支護難度。支護結構根據基坑周邊環境、開挖深度、工程地質和水文地質、施工作業設備以及施工季節等條件選用（見表1）。 支護結構選型表 表1結構型式適 用 條 件排樁止水帷幕或地下連續墻1 基坑側壁安全等級為一、二、三級2 懸臂式結構在軟土場地中不宜大于5m3 當地下水位高于基坑底面時，宜采用排樁止水帷幕或地下連續墻水泥土墻1. 基坑側壁安全等級為二、三級2. 施工范圍內地基承載

4、力不宜大于150Kpa3. 基坑深度不宜大于6m土釘墻1. 基坑側壁安全等級為二、三級的非軟土場地2. 基坑深度不宜大于12m3. 當地下水位高于基坑底面時，宜采用降水或截水措施逆作拱墻1. 基坑側壁安全等級為二、三級2. 淤泥和淤泥質土場地不宜采用3. 拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/84. 基坑深度不宜大于12m5. 當地下水位高于基坑底面時，宜采用降水或截水措施放坡開挖1. 基坑側壁安全等級宜為三級2. 施工場地應滿足放坡條件3. 可獨立或與上述其他結構結合使用當地下水位高于坡腳時，采取降水措施 2 工藝原理 針對上述內容，決定先解決地下水控制問題，再解決支護體系的穩定問題。淺水位軟弱地基深

5、基坑開挖前采用止水帷幕-支護樁-錨索三步聯合支護加固措施。首先，采用止水帷幕作為第一步止水支護措施，目的是截斷基坑內外的地下水聯系，基坑開挖是在地下水位以下進行，豎向止水帷幕沿基坑兩側豎直形成連續封閉帷幕體，防止基坑發生滲透破壞，阻隔地下水沿基坑坑壁滲透，切斷或削弱基坑內外地下水的水力聯系，避免基坑周邊沉降變形。止水帷幕采用水泥深層攪拌樁形式，最大限度利用原地基土，不需內支撐，具有止水支護雙重作用，既可以構成以隔滲功能為主的獨立止水帷幕，又可以與支護樁相結合，共同發揮支擋功能。水泥攪拌樁加固原理是利用水泥作為固化劑，攪拌樁機將水泥噴入土體并充分攪拌，基于水泥和土的物理、化學反應過程，水泥水化生

6、成各種水化合物后，與土發生離子交換和團粒化作用及凝硬反應，使軟土硬結從而提高土體強度。其次，采用柱列式排樁作為第二步支護措施。柱列式排樁是基坑支護最常用的豎向擋土結構之一，排樁采用水泥鋼筋混凝土灌注樁，柱列分離式排列，其特點是各樁之間互不連接，相鄰樁之間不能傳遞豎向剪力及橫向彎矩，需要通過冠梁來實現橫向聯系。最后，為限制位移，減少對基坑外側土體的擾動，采用增加預應力錨索作為第三步支護加固措施。錨拉結構為拉力型錨索，包括錨索、腰梁。預應力錨索通過錨固低松弛高強度鋼絞線將荷載傳遞到土層深部，與排樁聯合使用，通過施加預應力限制支護結構的變形和位移。3 工法的關鍵技術3.1 技術分析3.1.1 采用止

7、水帷幕的原因和目的本工程地下水類型為潛水與承壓水的混合水。一般來講，控制承壓水有兩種思路：止水和降水。止水帷幕的工程造價是降水的3.0倍5.0倍，且當基坑內外水位差較大時，隔斷和井點降水。止水帷幕成本較高，一般情況下，止水帷幕方案止水帷幕的止水效果往往難以保證。所以有條件降水時應首先考慮采用降水的方法，但是工程降水會使土層中的有效應力增加，引起地面下沉。而本工程基坑周邊存在地下管網，對地面沉降敏感，環境較為苛刻，水文地質條件較為復雜，降水必須考慮土層特性、承壓水頭、水量及補給情況，還應考慮降水深度和降水時間對沉降量的影響，如果土質含水層滲透性較弱，滲透系數較小，降水漏斗水力坡度較大，且受壓土層

8、厚度變化較大時，地面沉降差較大（大于千分之三），則對基坑周邊產生不利影響。總之，基坑井點降水后雖能有效消除地下水的危害，增加基坑的穩定性，但降水形成的地下水降落漏斗范圍內土體中孔隙水壓力的降低會引起基坑周邊一定范圍內的地面沉降。同時，降水若未達到深度，地下水位仍高于開挖深度則易產生滲透破壞。綜合以上情況，決定聯合使用帷幕隔滲和井點降水方法：基坑開挖深度范圍內既存在潛水，也涉及承壓水，土層壓縮性較大，滲透性較小，厚度變化較大，基坑同時存在側壁發生滲漏和坑底發生突涌的可能性，所以設置側向垂直止水帷幕，即人工制造一定厚度與適當深度的防滲墻體來切斷或削弱基坑內外的水力聯系，帷幕要適當加深，以增加地下水

9、的滲透路徑，減少基坑總涌水量，在隔滲條件下進行坑內封閉式降水，基坑內少量布置降水井點，盡量縮小降水影響范圍，使基坑內地下水位降低至不能發生危害的深度，能維持動態平衡即可。同時，為了減輕降水引起的地面沉降，基坑外設置回灌井。總之，隔滲帷幕和降水井共同作用后應能使降水引起的地面沉降控制在可接受的范圍內。 3.1.2 采用樁錨結構的原因和目的該基坑支護體系為臨時結構，具有較大的風險性，太原武宿綜合保稅區建設工程工期緊、任務重，業主要求質量、安全零事故，對設計、施工、管理各個環節提出了更高的要求。為了加大安全儲備，采用柱列式排樁作為支擋結構，以解決土壓力引起的穩定和變形問題，排樁樁型為鋼筋混凝土鉆孔灌

10、注樁。排樁支護體系選型時，綜合考慮了下列五點因素：（1）土的性狀及地下水條件；（2）支護結構施工工藝的可行性；（3）施工場地條件及施工季節；（4）主體地下結構及其基礎形式；（5）基坑周邊環境對基坑變形的承受能力；如上所述，本基坑工程需先止水后支護，故而先施做以隔滲功能為主的止水帷幕后設置排樁支護體系，土壓力主要由排樁支護結構承擔，這樣也可以避免樁間土防護問題。（否則可直接設置咬合式排樁，即能作為擋土構件，又能起到截水作用，從而不用另設止水帷幕）。排樁支護體系可分懸臂式、錨拉式、支撐式和雙排樁（見表3.1.2）。排樁支護體系選型和優缺點 表3.1.2序號類型優點缺點1錨拉式水平變形較小；錨桿位置

11、靈活，通過調整錨索位置可使支護樁內力分布比較均勻；給后期土方開挖與主體結構施工提供很大便利碎石土、砂土等土層中地下水位或承壓水頭較高時，錨桿成孔不能避免流砂或注漿液不能形成完整的固結體；錨桿留在地下不符合保護環境要求2支撐式適用范圍寬，易于控制水平變形會給后期施工造成很大障礙3懸臂式單排造價小，可省去錨桿和支撐樁頂位移大內力分布不理想4雙排樁水平變形小，內力分布比較理想工程成本大且占用場地較寬由于支護結構上的水土壓力作用，會引起土體抗剪強度降低，基坑一旦發生位移，對外側土體影響非常大，且土體強度喪失嚴重，會導致土壓力急劇加大，嚴重影響支護安全。鑒于以上考慮，采用錨拉式排樁支護結構。即預應力錨索

12、與支護樁聯合使用，預應力錨索在支護結構中不僅能夠提供反力保持結構的穩定，而且可根據變形限制的要求，通過施加預應力限制支護結構的變形。 3.2 工藝流程 各 項 施 工 準 備第一步支護：水泥攪拌樁第二步支護：鉆孔灌注樁第三步支護：預應力錨索基 坑 垂 直 開 挖圖3.2-1 三步支護工藝流程總圖平整場地 空壓機就位水泥漿配置樁位放樣壓縮空氣壓入壓漿注入深層攪拌機就位壓漿鉆進與攪拌壓漿提升與攪拌施工結束移位至下一根樁重復操作 圖3.2-2 水泥攪拌樁工藝流程圖孔深孔徑垂直度檢測測沉渣厚度輸送混凝土試件標準養生制作砼試件灌注混凝土安放鋼筋籠安裝導管檢驗導管設泥漿池鋼筋籠驗收鋼筋籠制作鉆機移位清 孔

13、成孔驗收搭設平臺檢測泥漿制備泥漿 鉆 孔鉆機就位埋設護筒護筒制作樁位放樣平整場地樁位復測施工準備清理樁頭成樁驗收 圖3.2-3 鉆孔灌注樁工藝流程圖錨索制作鉆機就位 鉆 孔 清 孔錨索安裝一次注漿二次注漿張拉錨固 圖3.2-4 預應力錨索工藝流程圖3.3 操作要點 3.3.1 水泥深層攪拌樁止水帷幕施工平整場地、測量放樣之后，距縱向中線13.8m，基坑兩側各采用雙排水泥攪拌樁作為止水帷幕。施工方法為深層攪拌法（濕法），攪拌樁機為噴漿型，攪拌軸為單軸（見圖3.3.1）。1 水泥攪拌樁設計參數水泥攪拌樁樁徑500mm，樁長13m，雙排，同排樁樁心距為350mm，排距為350mm，縱橫向搭接咬合均為

14、150mm，采用四攪二噴工藝，水泥為P.S32.5級水泥,設計每延米水泥用量為60kg，實際水泥總體摻量為18%。樁體無側限抗壓強度要求不小于1.4Mpa，漿液水灰比為0.500.60。2 水泥攪拌樁施工步驟平整場地樁位放樣鉆機就位正循環鉆進至設計深度打開高壓注漿泵反循環提鉆并噴水泥漿至工作基準面以下0.3m重復攪拌下鉆并噴水泥漿至設計深度反循環提鉆至地表成樁結束進行下一根樁的施工。 3.3.2 鋼筋混凝土灌注樁施工止水帷幕施工完畢后，距基坑縱向中心線12.7m，進一步采用C30鋼筋水泥混凝土鉆孔灌注樁支護（見圖3.3.2），樁徑800mm，樁長14m，樁間距1.5m，灌注樁施工工藝如下： 1

15、 施工準備：平整場地，放線定出樁位，制作泥漿池、沉淀池、儲漿池，確定鉆機移位路線和方法，接通水源、電源，安裝水泵、樁架，鉆機就位。 2 護筒埋設：精確定出樁位，經現場檢查無誤后埋設鋼護筒，護筒內徑較樁徑大200mm400。護筒傾斜度不得大于1%。 3 鉆孔作業：測量護筒頂標高無誤后進行泥漿調制、鉆孔、清孔、驗孔，必要時進行故障處理等工序。因故停鉆時，要保持孔內規定的水位和要求的泥漿相對密度及粘度，以防坍孔。 4 安裝鋼筋籠：按照設計圖紙及施工規范要求進行鋼筋籠的制作。制作鋼筋籠時，在鋼筋籠四周對稱設置混凝土墊塊，保證鋼筋籠有足夠的保護層，并在籠頂參照護筒標高準確焊接吊筋。吊放鋼筋籠用起重機進行

16、，鋼筋籠要垂直緩慢吊放，防止撞擊孔壁引起坍孔。 5 導管插入：導管用直徑300mm的鋼管，壁厚4mm，每節長2.0m3.0m，配1節2節長1m短管，由管端粗絲扣、法蘭螺栓連接，接頭處用橡膠圈密封防水，灌注砼前要進行水壓試驗，檢查接頭處密封情況。 6 二次清孔：導管插入后應再次檢驗孔內泥漿指標和孔底沉渣厚度是否符合規范要求，若不符合則采用換漿法進行二次清孔，確保孔內泥漿指標和孔底沉渣厚度符合規范要求。 7 水下砼灌注：先灌入首批混凝土，其數量經過計算，使其有一定的沖擊能量，能把泥漿從導管中排出，并能保證導管下口砼埋其深度不少于1.0m；隨著澆注連續進行，隨澆隨拔管，中途停息時間不超過15min，

17、在整個澆注過程中，保證導管在混凝土埋深2m6m，利用導管內混凝土的自重力使混凝土的澆注面逐漸上升，上升速度不低于2m/h，直至高于設計標高0.5m1.0m；在灌注將近結束時，在孔內注入適量清水，使孔內泥漿稀釋，排出孔外。 3.3.3 冠梁施工冠梁沿灌注樁樁頂縱向澆筑，冠梁高度500mm，寬度900mm，采用C30水泥混凝土，灌注樁主筋深入冠梁內長度不得小于35d（d為主筋直徑），鋼筋保護層厚度不小于35mm。 圖3.3.1 止水帷幕與排樁聯合支護 圖3.3.2 排樁與錨索聯合支護 3.3.4 預應力錨索施工 拉力型錨索結構，包括鋼絞線（錨固段、自由段）、錨頭、傳力裝置。其中，自由段長度為6m，

18、錨固段長度19m。錨索采用公稱直徑15.24mm鋼絞線，入射角度15°。每兩根灌注樁之間，冠梁以下2.5m位置為錨索施工位置。注漿材料采用P.O42.5級水泥，錨索承壓腰梁采用2根工字鋼（Q235）通長設置（見圖3.3.4-1、圖3.3.4-2）。 圖3.3.4-1 樁錨支護體系示意圖 圖3.3.4-2 自由段長度計算簡圖 錨索施工工藝及要求如下：1 鉆孔：鉆孔直徑采取150mm，鉆孔前，根據設計要求，定出孔位，作出標記，錨索水平方向誤差不應大于50mm，垂直方向孔距誤差不應大于100mm。鉆孔底部的偏斜尺寸不應大于錨索的3%，在鉆孔過程中需用鉆孔測斜儀控制鉆孔方向。鉆孔應采用帶護臂套管設備鉆進，鉆機功率及性能要滿足地層對工藝的技術要求。2 錨索的組裝：錨索選用低松弛預應力鋼絞線，長度為25m，施工時應嚴格按設計尺寸下料，每股長度誤差不應大于50mm，按設計要求量出自由段（6m）與錨固段（19m）分別作出標記，在錨固段范圍內的錨索每隔2m穿一個架線環，兩架線環之間用2號鐵絲捆扎一道箍筋環，共4道。自由段的鋼絞線應暫時放入塑料管內并涂黃油，在錨索端頭部安好導向帽后，放好待用（見圖3.2.4-3）。 圖3.3.4-3 拉力型錨索結構簡圖 3 錨索的安放：錨索放入鉆孔之前，需確認錨索與孔位一致，將注漿管錨索一同放入鉆孔，注漿管頭部孔底宜為500mm