浅水明挖深基坑围护桩支护技术研究

王晓轲 WANG Xiao-ke

（中铁十七局集团建筑工程有限公司，太原030000）

0 引言

随着国家的快速发展，人民对生活出行要求越来越高，地铁以安全、快捷、舒适成为大众出行的首选,引领城市公共交通风向标。地铁设计中主运行线路埋深与地下，车辆段设置与地面，出入线U型槽施工多为深基坑，基坑支护成为施工的关键环节，在以粉土、砂层伴随地表水、地下水的地质结构中支护方式的选择直接关系到项目工期、质量、安全目标，为解决此问题出现了多种支护技术，如高压旋喷桩止水帷幕支护、土钉墙支护、桩板墙支护、围护桩支护等。

在多种施工方法中，受其地质、环保、投资、工期等影响需结合项目自身进行最优选择，高压旋喷桩止水帷幕支护适用于承压水较大、地质条件差的施工区域，其止水、支护效果好，但施工技术高、周期长、成本大；土钉墙支护适用于地质条件稳定的边坡支护，需进行放坡开挖，红线用地较大，而地铁经过区域多为城市的金融、政治、商业中心及人口密集地段，红线用地受限无法设置；桩板墙支护适用于地质条件稳定、地下水较深，仅能完成支护功能无法实现止水功能；围护桩支护加桩间喷锚实现了支护及止水的双重功能，也大大节约成本，红线用地较小，施工技术成熟，施工周期短，结合本项目地质及现场条件本文就地铁出入线采用围护桩在浅水情况下明挖深基坑止水、支护的施工方法、施工关键技术、监控量测进行详细阐述。

1 项目概况

郑州南站站后区间出入线明挖段右线区间起点里程右CR-K1+100，右线终点里程右CR-K1+665；左线区间起点里程CR-K1+107.88，左线终点里程CR-K1+671.593。区间右线长度565m，左线长度563.713m。该段明挖区间结构顶板覆土厚度最深处1.5m，基坑最深10.25m。区间明挖段基坑深度大于8m采用围护桩+内支撑的支护形式，围护桩为Φ1000@1500钻孔灌注桩，桩顶设冠梁，桩间挂网喷锚，采用Φ6.5@150mm钢筋网、喷射100mm厚C20混凝土。

2 围护桩支护加桩间喷锚止水施工方法及关键技术

本工程围护桩里程右CR-K1+100～右CR-K1+339，采用￠1000@1500WZ1型和WZ2型两种型号围护桩，WZ1型桩长13.35m，WZ2型桩长15.35m，钻孔设备采用2台潜水钻，自北向南东西两侧同时施工，隔一打一。如图1。

图1 围护桩施工平面示意图

2.1 施工工艺

平整场地→桩位放样→组装设备→安放钢护筒→钻孔机就位→钻至设计深度停止钻进→提出钻杆放入钢筋笼→用混凝土泵向孔内泵注混凝土→成桩→桩头处理→冠梁施工→桩间喷锚。

2.2 桩位放线

使用校验合格的全站仪和钢卷尺，按第三方测量复测合格的控制点和加密点，首先测放出四边桩轴线并外引控制桩，然后采用二次放线法，先在地面测放出桩位，钻机人员按桩位中心向下挖深0.5m，宽1.2m的槽道，再精确测放桩位，在桩坑内打入木桩，木桩之上打入小铁钉作为桩位标记，报请第三方测量单位和监理人员复核验线并确认合格。

2.3 钻进成孔、清孔

钻孔施工作业中，根据现场实际钻渣情况对地质发生变化的位置进行记录及取样，地质情况按“地质情况记录表”内容进行详细记录，取样工作采用小密封袋收集渣样样品，按顺序放置在样品盒内，每个桩位处必须配备地质渣样样品盒，在盒内作好标识，标明各样品对应孔桩的位置、深度、取样时间、取样人等信息。

钻孔及取样收集工作完成后，绘制现场实际孔桩地质剖面图，并于设计地勘报告上的地质剖面图进行对比。地质相符进行下道工序施工，地质不符时及时报请监理现场确认，由设计单位重新进行验算确定最终方案。

成孔后，必须核实桩端地质情况与设计是否相符。符合设计要求后方可进行孔工作。

2.4 混凝土浇注

混凝土施工前必须完成相关准备工作，输送管道、储料斗、输送设备料斗等需先进行湿润，同时安装储料斗隔水及封堵装置，所有准备工作完成后准备水下混凝土施工。首盘混凝土的施工数量需根据桩径、导管长度、导管直径、水位深度等通过计算确定方量，且要满足首盘混凝土施工完成后导管埋深≥1m。根据以上要求，安排混凝土运输车辆将混凝土运送到施工现场，使用混凝土输送设备按首盘混凝土方量将其送入储料斗，由钻机提起隔水钢板开始混凝土浇筑，同时输送设备连续进行混凝土输送作业，直到导管埋置深度大于2m且不小于6m。

混凝土开始浇筑前必须对其性能进行试验，不符合要求的严禁使用。需在现场完成常规试验，包含混凝土的坍落度及和易性。混凝土浇筑过程中需进行强度及弹性模量试件取样工作。

2.5 冠梁施工

冠梁开挖放线→土方开挖至设计底标高→支护桩桩头破除、凿平止水桩平土方→冠梁（钢筋混凝土斜撑）钢筋安装、绑扎→模板支护→混凝土浇捣→竣工验收。

2.5.1 施工前准备

冠梁施工前准备工作包含技术准备及工作面准备。技术准备主要是进行施工放样确定其中线及高程；工作面准备关键工序为支护桩桩头破除、凿平止水桩平土方，支护桩桩头破除采用机械+人工联合作业。

支护桩桩头破除采用环切法进行，根据设计标高确定破除位置进行环切且不得切伤主筋。为确保破除施工中支护桩主筋不被凿伤，主筋区域使用风镐人工凿除，将主筋与桩身混凝土全部剥离外向外侧拉出。完成上述工作后即可进行桩芯混凝土破除工作，使用风镐环向水平凿进将桩芯断开利用机械将其移走，同时进行浮碴及表面清理工作完成冠梁施工前准备工作。

2.5.2 冠梁施工

所有准备工作完成后开始模板安装工序施工。根据现场放样的中线及标高进行安装作业，模板安装必须保证中线、高程、平整度、连接牢固、钢筋保护层厚度满足设计及规范要求。

内侧采用光亮、平整、坚固的胶合板模板，模板纵肋共设置8处，采用直径48mm脚手架钢管，分别布置于冠梁两侧、顶部、底部，每个部位布置两处，贯通布置。调直斜撑采用40mm×60mm的松枋，其间距≦50cm，加固采用直径12mm全冴螺杆配蝴蝶扣进行对拉确保结构尺寸。

冠梁混凝土施工应连续浇筑一次成型。浇筑过程中混凝土由一侧向另一侧分层施工。一般情况下成斜向分层浇筑，分层厚度不得超标且必须在初凝前搭接了确保砼的联结性，分层处采用插入式振动棒与混凝土面成斜角斜向插入振捣，振动过程中必须插入下层混凝土10cm以上直至上表面泛浆，确保上下层混凝土联结密实，浇筑到设计标高后待混凝土初凝后进行抹面收浆工作。同时根据施工方案要求进行养护工作确保混凝土质量。

2.6 围护桩间喷锚

围护桩间C20喷射混凝土厚约80mm，混凝土内设8@150X150钢筋网片，网片搭接长度不小于300mm，钢筋钉与挂网钢筋采用梅花形布置，竖向间距1200mm，钢筋与钢筋网牢固连接。

2.6.1 施工准备

喷射前，将斜坡松软土层人工清扫干净及修整边坡。喷射作业按照开挖顺序及开挖深度分层分段进行，前一次混凝土终凝后方可进行下一次混凝土喷射作业。边坡每次喷射厚度为10cm，桩间喷射厚度为8cm，喷射2-4小时之间结合现场实际情况根据凝结状况进行洒水养护，养护时间一般为7-14天。

2.6.2 施工工艺

桩间挂网喷射砼施工工艺流程详见图2。

图2 桩间挂网喷砼施工工艺流程图

2.6.3 人工刷壁

在机械挖土后，人工清理桩间坑壁，以保证桩间坑壁面的平顺、无土。

2.6.4 锚杆施工

根据图纸尺寸预先在加工场将锚杆制作成型，采用风动凿岩机或锚杆钻机按放样点位进行钻孔作业直至设计深度，同时采用高压风清孔；用改性环氧树脂胶黏剂注入孔内；及时将制作成型的锚杆杆体安装于孔内，安装锚杆垫板。

2.6.5 钢筋网施工

以现场绑扎的方式施工钢筋网。作业时，在喷底层砼后，先设定位钢钉，定位钢钉同时控制喷层厚度，之后根据挂网钢筋间距20cm对桩基侧面进行钻孔，植筋钻孔直径22mm，钻孔深度为不小于53cm（33d），植入φ16钢筋，填充改性环氧树脂胶黏剂（A级或B级胶），将钢筋网通过植筋与桩基连接成整体，最后绑扎钢筋网，焊接水平和纵向加强筋并与上下左右相邻幅面钢筋网和锚杆相接连形成整体。钢筋网搭接长度及允许偏差必须符合设计及规范要求。在面层范围内间隔0.8m设置φ12mm钢筋钉，入射角度15°，钢筋钉长1.9m，端头弯折10cm与钢筋网绑扎。钢筋采用双面焊接方式接长，焊接长度≥5cm。

2.6.6 喷射砼施工

面层总厚度为12cm，分两次喷射C25混凝土，对坑壁进行清理且达到初喷标准后进行第一次施工，先初喷5cm厚的混凝土，随之进行钢筋网安装并经检验合格后再进行复喷混凝土7cm厚至设计厚度。

2.6.7 喷射混凝土配合比的设计与控制要点

混凝土配合比的设计直接影响混凝土的质量及结构安全性能，同时对施工工期成本也会产生较大影响，尤其是喷射混凝土的配合比必须根据其施工工艺、施工方法、原材料情况等因素进行设计，本项目采用潮喷法施工。

潮喷法的配合比的设计方法主要需确定水泥用量、砂率、水灰比等指标，同时还需考虑回弹量、成本、强度等问题。首先需确定水泥用量，水泥用量不能太小也不宜太大，水泥用量太大，喷射混凝土易出现干缩及开裂影响质量及强度，同时成本也会增加，因此必须选用合理的水泥用量，根据经验水泥用量宜为375-450kg/m2；其次结合水泥用量确定合理的砂率，结合当地原材料情况进行最优选择，一般采用中砂或中粗砂，砂率宜为45%-55%；最后根据水泥用量、砂率、空气湿度、原材料含水量等指标确定水灰比，宜为0.4-0.5，水灰比的选用需最大可能保证回弹量小、粘结力高、不产生粉尘干斑砂窝情况。

在每次施工时应根据现场实际情况（如温度、岩壁类别变化、作业队伍水平）对水灰比进行微调确保达到最佳状态。

2.6.8 喷射混凝土养护措施

喷射混凝土养护直接关系到施工质量及支护安全问题，养护达标混凝土强度会随龄期延长而达到设计强度，这种情况是针对于普通混凝土而言，但喷射混凝土不同于普通混凝土，受其存在的施工区域及工作作面影响，其边坡的温度较高和空气比较干燥使其水化的程度更低会造成混凝土质量问题，因此喷射混凝土养护必须保证混凝土有足够的水分使其充分水化而达到强度。本项目采用多频次洒水养护，同时配备喷淋装置确保空气湿度及混凝土表面的湿度。

3 监控量测

3.1 基坑监测对象

施工期间，根据监测方案对基坑进行监控量测。监控量测内容为：排桩顶水平位移及竖向位移、挂网喷混边坡水平位移及竖向位移。

3.2 基坑支护监测实施

监测点设置必须满足监测要求且各点之间需通视，确定好监测点后随之进行各点位的埋设工作，埋设点位应标志明显便于寻找，同时点位必须埋设牢固。监测点应根据待监测基坑轮廓线进行设置，周边中部、变换处均应设置及加密监测点。排桩顶水平位移及竖向位移、挂网喷混边坡水平位移及竖向位移监测点宜为共用点。在分级放坡坡顶和基坑顶部同时设置观测点，监测点水平间距≦20m，每边监测点数≥3个。具体监测点的布置根据设计单位确定的位置布设。

基坑支护实施过程中，每天监测频次不少于l-2次，基坑支护完成后，根据监测数据确定基坑变形趋于稳定的情况下可适当调整减少监测次数。

在施工开挖过程中，现浇工作基坑顶部的侧向水平位移不得超过3cm，基坑顶部的竖向位移不得超过2cm，基坑底部周边的竖向位移不得超过3.5cm，位移监控值变形出现突变或超出控制值时，要加强观测，及时将位移、沉降变形情况反馈给设计单位，分析原因并会同各有关部门采取加固措施。

3.3 监测报警值

当围护结构位移值达到下表开挖深度范围内相应报警值时，应密切加强观察，分析原因并及时将实际情况反映给设计单位，采取有效的加固措施。根据设计图纸，基坑围护结构安全等级为一级，设计使用期限为50年，基坑等级为一级。

表1 基坑监测报警值

通过精密的监控量测本项目采用围护桩支护加桩间喷锚在浅水情况下进行明挖深基坑止水、支护，所有监测项目符合要求，确保安全稳定。

4 结束语

围护桩支护加桩间喷锚在郑州市南四环至郑州南站地铁二期工程土建施工C合同段站后区间出入线明挖段施工时作为支撑支护及止水成功应用，与其它支护技术对比，施工过程中以最低限度破坏城市原貌，有效的保护城市的金融、政治、商业中心，最小的红线用地实现了节地的节能目标，在实际施工过程中经过围护结构水平位移、竖向位移、地表沉降监测实现了位移、沉降零目标，桩间喷锚的配合实施有效解决浅水区域地表水、地下水止水目标，经过有效实施及关键技术控制最终实现工期提前、成本降低、安全稳固、质量优质、节能环保，为同类施工总结经验。