高层建筑工程中基坑开挖与支护施工技术的运用
杜明
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杜明,. 高层建筑工程中基坑开挖与支护施工技术的运用[J]. 中国建筑,20248. DOI:10.12721/ccn.2024.157010.
摘要: 在高层建筑的基坑施工中,出于安全方面的考虑必须要采取支护措施。从工程实践来看,高压旋喷桩支护是以水泥浆液为主要材料,在高压作用下使水泥浆液高速切割土体,形成的水泥混合物在干固后兼有加固和防渗的作用,从而满足了基坑施工的要求。在应用该技术时,施工单位需要从浆液制备、钻孔检查、旋喷注浆和成桩养护等环节加强管理,从而保证基坑施工任务的高质量完成。本文以探究了基坑开挖技术和高压旋喷桩支护技术的应用。
关键词: 高层建筑;基坑支护;土方开挖;高压旋喷桩
DOI:10.12721/ccn.2024.157010
基金资助:

在现代高层建筑施工中通常需要开挖深基坑。广西地区喀斯特地貌发育,地下水丰富,在基坑开挖过程中容易出现渗水涌水和边坡滑塌等事故,不仅影响正常施工进度,而且对现场施工人员的安全产生了威胁。因此,在基坑开挖过程中同步做好支护施工,可以在加快施工进度、保证作业安全、维护经济效益等方面均发挥积极影响。目前常用的基坑支护措施有多种,高压旋喷桩支护具有适用范围广、施工难度低、支护效果好等优势,在高层建筑深基坑支护中有着广泛的应用。

1 高层建筑工程基坑开挖技术

1.1 施工准备

在本工程的基坑开挖之前施工人员做如下准备。

(1)技术准备,熟悉设计图和施工图,做好技术交底。

(2)现场准备,根据施工图纸划定施工范围,进行场地平整后测量放样。同时在基坑周围布置监测点,用于监测位移和变形,当变形量较大时需要停止施工。

(3)人机料准备,对基坑开挖所需的劳动力、机械设备与物料进行验收。对劳动力进行岗前培训,对机械与材料进行质量验收,确保机械工况良好、材料质量合格。

1.2 土方开挖

在完成各项准备任务后,开始进行基坑开挖。工程的基坑开挖大体分为两个阶段:阶段一是大面积土方开挖,按照自西向东的顺序开挖,采取1:0.8放坡,开挖至距离标高30 cm处停止,目的是防止出现超挖情况。使用挖掘机将土体清运出去,并由渣土车将渣土转运至指定的弃土场;阶段二是基槽开挖,使用小型挖掘机配合人工将剩余的30 cm土层挖除,保证基坑底部平整、基坑实际深度与设计标高一致,然后参考施工图纸在坑底开挖基槽。在基坑开挖期间,施工人员坡顶搭设安全防护栏,保证土方开挖作业的安全性。同时,在防护栏内侧50 cm处布置一条宽度为300 mm、深度为200 mm、坡度为5‰的排水明沟,在排水沟末端设置一处直径为100 cm、深度为1 500 cm的集水井,用于储存积水。

1.3 人工修整,浇筑垫层

在开挖至标高并将基坑内部剩余土体全部清运出去后,检测坡面、坑底是否平整,对于局部凹凸不平的需要采用“削峰填谷”的方式处理平整。然后按照水泥、砂、水为1:5:1的重量比制作水泥砂浆,将砂浆浇筑在基坑底板上,得到厚度为10 cm的垫层,可以起到加固、防渗的作用。在基坑侧壁距离坑底2 m处布置一排长度为1.0 m的排水管,80 cm嵌入基坑侧壁内,露出20 cm,相邻两根排水管的直线距离为5 m,可以将渗入坡体的雨水及时排出,避免坡体含水量太高出现滑塌的情况。

2 高层建筑工程基坑支护技术

2.1 基坑支护方案的选择

基坑开挖后,临空面同时受到顶部土体和侧向土体的压力,如果未采取加固措施,在受到扰动或者是降雨后,基坑侧壁有一定概率出现滑塌事故,对坑内设备及人员的安全构成威胁。因此,在基坑开挖后需要采取临时支护措施。根据以往的施工经验,常用的基坑支护方法有土钉墙支护、钢板桩支护、地下连续墙支护等若干种。由于本工程所在地区喀斯特地貌发育,地下水较为丰富,为保证基坑安全需要同时满足支护和防渗两种要求,在综合对比后选择了高压旋喷桩支护技术。其原理是利用高压旋转的喷嘴,将水泥浆液以较高速度喷入土体,使水泥浆液与土体混合,形成水泥加固体。从应用效果来看,除了兼顾支护加固与防水防渗效果外,还具有占地少、噪音小、不污染环境等优势。

2.2 高压旋喷桩支护施工

2.2.1 施工准备

高压旋喷注浆法所用的材料为水泥与水,本工程中使用P.042.5水泥和自来水,同时为了提高成桩效果,掺入了少量的速凝剂。设备方面,使用JLXP-120型履带式高压旋喷桩机。仪器方面有钢尺、测斜仪、流量计等。

2.2.2 场地平整,测量放线

为营造良好的作业环境,施工人员清理地面障碍物,保证地面平整。同时参照施工图纸进行测量放线,确定基线、轴线、水准基点和桩位。设备进场后检查工况,确定工况良好后开始钻孔。

2.2.3 钻机造孔

使钻机的主钻对准孔位并且与作业面呈垂直状态,钻头直径应大于喷射管外径30 mm,保证水泥浆液喷射时能够正常返浆。为了提高成孔效果、避免出现孔壁坍塌的情况,本工程中采用了泥浆护壁技术。使用容重为1.1 g/cm3的粘土泥浆进行护壁,同时还能起到减小钻进阻力和防止钻头过热的效果。钻进过程中,施工人员密切观测孔深、垂直度等参数,并做好记录。考虑到钻孔底部可能残留部分沉渣,因此钻孔实际深度应超出开喷深度50 cm,保证喷嘴与孔底留有一定距离。钻至设计深度后,通过泥浆置换的方式将孔底泥渣清理干净,然后检测成孔情况。对于各项参数不符合标准的,一律视为废孔,需要回填钻孔后确定桩位,重新钻孔。经检查符合要求的,在孔口加盖,防止杂物掉入孔内。

2.2.4 下喷射管

所有钻孔经验收合格后,进行高压旋喷注浆。下管前施工人员应检查确认以下内容。

(1)使喷头位于高压水泵附近,试压管路的长度不得超过15 m,按照设计喷射压力进行试喷。

(2)在地面调准喷射方向与摆动角度,下喷射管后不得随意更改方向与角度。

(3)试喷合格后,采用一边冲入泥浆一边下放喷射管的方式,既可以起到清理孔底沉渣的效果,又能防止下喷射管时出现管口堵塞的问题。

(4)喷射管下放到指定深度后,由监理师检查批准后,方可进行高压旋喷作业。

2.2.5 搅拌制浆

为节约工期、提高效率,在下放喷射管过程中,施工人员同步开始浆液制备,保证做到现配现用,提高注浆加固效果。本工程中使用的浆液是将水泥与水按照1:1的质量比进行配制,另外加入少量外加剂(速凝剂)。使用搅拌机制浆后,需要过筛以后才能倒入高压旋喷桩机的料斗内,多余的泥浆可以在储浆池暂时存放,但是存放时间不得超过2.5 h。由于本工程基坑施工是在夏季,气温较高,因此现场采取了搭设凉棚的方式进行防晒、防热,保证浆液温度不超过40℃。

2.2.6 喷射注浆

为提高高压旋喷桩对基坑的支护效果,要求必须按照自下而上连续作业,本工程中使用双嘴喷头,在注浆管下放到设计深度后,启动地面上的高压旋喷桩机,设定好各项参数后开始送入水、气、浆。

现场施工人员密切观测孔口,当看到有浆液从孔口返出后,开始提升喷头。本工程中将喷嘴的旋喷参数设定为180°,这样可以保证同轴双嘴喷头可以切割土体一周(360°),从而形成较为完整的桩体,进一步提升了基坑支护效果。按照150 mm/min的速度稳步提升,并且在旋喷过程中随时检查喷射方向,如果实际方向发生偏移要及时调整。

2.2.7 养护成桩

将喷头自下而上提升至设计标高后,停止喷射,并将喷射管拔出,移动至下一钻孔,重复上述步骤继续进行第2个高压旋喷桩的施工,直到全部成桩。单桩施工结束后,立即开始养护。在浆液固结后,桩顶标高会出现一定程度的下降,此时需要充填回灌,直到孔口浆面不再下沉。经过一段时间的养护后,检查成桩质量。

3结束语

在土方开挖完成后,需要及时支护以防临空面出现滑塌事故,本工程中选用了高压旋喷桩支护技术,将喷射管放入钻孔中,连接高压旋喷桩机后喷射水泥浆液,通过旋转喷嘴的方式让水泥浆液高速冲击、切割土体,形成水泥混合物,干固后既可以取得支护加固的效果,同时又能增强防渗能力,为基坑作业的安全进行以及高层建筑上部结构施工创造了有利条件。 

参考文献

[1]谢显红.复杂环境及地质条件下超深基坑开挖及支护施工工艺研究[J].中国科技纵横,2023(3):96-99.

[2] 朱春柏.地铁明挖车站工程中的深基坑开挖及支护施工技术[J].交通科技与管理,2023(12):75-77.