CN101892668B - 联合支护开挖溶蚀地质深基坑及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种联合支护开挖溶蚀地质深基坑及其施工方法，其特征是：基坑是由上部放坡基坑和下部垂直基坑构成；本发明是在深基坑垂直开挖的情况下，先采用钢筋混凝土支护桩支撑加固基坑周边，防止因土体的侧压力致使基坑塌方；后采用高压旋喷桩止水帷幕对支护桩外侧土体、基岩内灌浆帷幕对岩石内的溶洞、溶蚀、裂隙等地质情况进行封水处理；再在分层开挖的过程中对基坑周围土体、岩石采用环形连续混凝土板墙形成连续拱圈支护。本发明可以有效保证溶蚀性地质深基坑开挖的安全、稳定、快速和有效。
Description
技术领域
本发明涉及工程建设中的基坑及基坑施工方法，更具体地说是一种溶蚀地质中的深基坑及其施工方法。
背景技术
在大型建筑和路桥工程中，深基坑是为保证锚碇施工的关键，对后续主桥猫道、主缆等施工影响重大。我国西南地区地质情况复杂，大部分地区为溶蚀性的喀斯特地貌，这给大型的建筑、路桥等工程的深基坑开挖施工带来了很大的难度。
工程上，开挖深度超过5米的基坑被称为深基坑。已有技术中，对于深基坑通常是采用非支护状态下的放坡开挖，在放坡开挖之后施工支护。但在溶蚀地质条件下，包括在有溶洞或裂隙的地质条件下，由于开挖深度往往远低于施工正常水位，溶蚀地质的孔洞或者裂隙很容易成为地下水的通道，造成开挖过程出现突水或涌水，因此已有技术中的非支护状态下的放坡开挖难以保证正常施工，一旦基坑的支护、止水等工程不满足要求使基坑受到水位或洪水的影响，后续开挖施工将无法进行。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种联合支护开挖溶蚀地质深基坑及其施工方法，以保证溶蚀性地质深基坑开挖的安全、稳定、快速和有效。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明联合支护开挖的溶蚀地质深基坑的结构特点是：所述基坑是由上部放坡基坑和下部垂直基坑构成；
所述上部放坡基坑是自基坑表面起以设定的坡度形成两级放坡面；
所述下部垂直基坑是以位于基坑周边的钢筋混凝土支护桩为支撑；在所述钢筋混凝土支护桩的外围设置高压旋喷桩，在所述高压旋喷桩的区域内以灌浆形成封闭的止水帷幕；在所述混凝土支护桩的桩顶部形成有环形冠梁，在所述环形冠梁的下部、位于下部垂直基坑的内侧壁，依次形成有各道钢筋混凝土连续拱圈，直至基坑底部，在所述基坑底部、环形冠梁及各道钢筋混凝土连续拱圈的内侧壁形成有防水层；
在所述上部放坡基坑与下部垂直基坑之间设置有平台。
本发明联合支护开挖的溶蚀地质深基坑的结构特点也在于：
所述下部垂直基坑中的环形冠梁和各道钢筋混凝土连续拱圈自上而下依次形成为向基坑外周退去的台阶面。
所述下部垂直基坑中的钢筋混凝土连续拱圈共有三道。
本发明联合支护开挖的溶蚀地质深基坑的施工方法的特点是按如下步骤进行：
a、放坡开挖
自基坑表面起，以设定的坡度由上往下依次形成两级放坡面，放坡面开挖后采用喷射混凝土和锚杆进行支护，形成上部放坡基坑；
b、垂直开挖
第一步：在下部垂直基坑的周边，以钢筋混凝土支护桩形成支撑加固；
第二步：在所述混凝土支护桩的外周，施工高压旋喷桩，在所述高压旋喷桩区域中罐浆形成所述混凝土支护桩外围的止水帷幕；
第三步：分层开挖，首先在混凝土支护桩的顶部施工环形冠梁，然后随着垂直开挖的加深，在下部垂直基坑的内侧壁上依次施工各道钢筋混凝土连续拱圈；
第四步：施工防水层，在基坑底部、环形冠梁及各道钢筋混凝土连续拱圈的内侧壁施工防水层，形成封闭少水的施工区域。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明以钢筋混凝土支护桩支撑加固垂直基坑的周边，可以有效防止因土体的侧压力致使基坑塌方，对于基坑支护的效果好，基坑稳定、变形小；
2、本发明以高压旋喷桩止水帷幕对岩石内的溶洞、溶蚀、裂隙进行封水处理，其封水效果好，是处理各种溶洞、溶蚀地质基坑开挖的最佳方法；
3、本发明各道连续拱圈可作为后续锚碇结构体施工的一部分，更增加了锚碇的安全系数。
4、本发明施工质量容易控制，施工处理进度快。
附图说明
图1为本发明联合支护开挖的溶蚀地质深基坑的平面示意图。
图2为本发明联合支护开挖的溶蚀地质深基坑的立面结构示意图。
图中标号：101钢筋混凝土支护桩、102高压旋喷桩、103止水帷幕、104上部放坡基坑、105下部垂直基坑、106环形冠梁、107钢筋混凝土连续拱圈、108平台、109锚。
具体实施方式
参见图1、图2，本实施例中的基坑是由上部放坡基坑104和下部垂直基坑105构成；
上部放坡基坑104是自基坑表面起以设定的坡度形成两级放坡面；
下部垂直基坑105是以位于基坑周边的钢筋混凝土支护桩101为支撑；在钢筋混凝土支护桩101的外围设置高压旋喷桩102，在高压旋喷桩102的区域内以灌浆形成封闭的止水帷幕103；在混凝土支护桩101的桩顶部形成有环形冠梁106，在环形冠梁106的下部、位于下部垂直基坑105的内侧壁，依次形成有各道钢筋混凝土连续拱圈107，直至基坑底部，在基坑底部、环形冠梁及各道钢筋混凝土连续拱圈的内侧壁形成有防水层；
在上部放坡基坑104与下部垂直基坑105之间设置有平台108；下部垂直基坑105中的环形冠梁106和各道钢筋混凝土连续拱圈107自上而下依次形成为为向基坑外周退去的台阶面。
本实施例针对广西柳州双拥大桥的主桥重力式锚碇深基坑按以下过程进行施工：
一、放坡开挖
自基坑表面起，以放坡坡率为1∶0.8由上往下依次形成两级放坡面，在+77m处设置8m宽的平台，+77.0m以下部分采取垂直开挖，放坡面开挖后采用喷射混凝土和锚杆进行支护，形成上部放坡基坑104；
二、垂直开挖按以下步骤进行：
第一步：在下部垂直基坑的周边，以钢筋混凝土支护桩101形成支撑加固；
钢筋混凝土支护桩101设置为：桩径φ1.2m，环向间距2.922m，桩长12.5m，嵌岩深度2.5m，伸入锚碇基底2.5m；PHP泥浆护壁，冲击钻孔成桩，以常规的钻孔桩施工方法形成66根钢筋混凝土支护桩。
施工顺序：钻机就位、冲击钻孔、成孔验收、吊装钢筋笼、二次清孔、水下混凝土浇筑。
第二步：在混凝土支护桩101的外周，施工高压旋喷桩102，在高压旋喷桩区域中罐浆以形成混凝土支护桩外围的止水帷幕103；
位于土层内的高压旋喷桩102为双排，其中内排为401个、外排为407个，孔距为0.5m，排距为0.45m。施工按″之″型连续施工。高压旋喷桩设置为：桩径600mm，采取双管法，旋喷施工旋转速度不大于20转/min，提升速度12～14cm/min，喷射压力不小于28Mpa，水灰比不小于1∶1。开喷时，需喷杆下到孔底后进行试喷，当各参数达到设计要求并且孔口返浆的浓度大于进浆浓度时方可提升喷杆，分段搭接长度不小于0.15m。喷至76.0m高程停止，并根据漏浆情况及时进行补浆。
锚碇基坑的止水通过坑外侧的帷幕压浆实现，止水压浆通过对深度25m(标高77.0m以下)范围内基坑侧面进行截水处理，使基坑外侧形成一个封闭的环形止水帷幕103。
止水帷幕103在所有支护桩施工完成后进行，若因工期紧张需提前施工止水帷幕时，施工点6m范围内须支护桩全部完成，即止水帷幕施工结束后6m范围不得再施工钻孔桩。
止水帷幕103设在混凝土支护桩101的外侧，孔径φ75mm，共三排，每排66个孔，共布设198个孔)；排间距为0.75m，孔间距为1.5m；压浆先施工第一排孔和第三排孔，然后施工中间的第二排孔；每排孔均分三次施工。
对于止水帷幕的具体实施要求与控制指标如下：
1、施工前选择一个部位进行生产性试验，试验孔数为三排孔，每排5个孔，共15个孔，孔深和施工参数与设计相同，布置两个检查孔。
2、钻孔孔径φ75mm。压浆施工采用自下而上分段，孔内循环法施工，压浆段5-8m，接触段为泥层1.5m，基岩2.0m，共3.50m。
3、压浆前除接触段外，需对其余压浆段进行一次压力冲洗和简易压水试验，冲洗压力为压浆压力的70％，简易压水试验压力为压浆压力的80％。
4、压浆压力为接触段0.2MPa，往下每段增加0.05MPa。
5、压浆浆液按重量份的水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1，开压水灰比用5∶1，但如果孔口没有返浆或吸浆量较大，则可以直接跳级开压。如果吸浆量过大，则应在浆液中按重量百分比加入占压浆浆液重量5％-10％的细砂或加入适量的水玻璃，或采用间歇压浆的方法，间歇时间为4-8小时。
压浆时遵循由稀到浓逐级变换的原则，具体方法如下：
a、压浆压力保持不变时，吸浆量持续减少时或当吸浆量不变而压力持续升高时不得改变水灰；
b、某一级浆液的注入量已达300L以上或压注时间已达1小时，而压浆压力和注入量均无改变或改变不显著时，改浓一级浆液；
c、吸浆量大于30L/min时可根据具体情况越级变浓，过程中，压浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的措施处理。
d、压浆在设计压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续压入60min；或≮1L/min时，继续压注90min，压浆可以结束。
e、压浆止水帷幕施工方法、工艺和机具应根据场地工程地质、水文地质及施工条件等综合确定。施工质量应满足《建筑地基处理规范》JGJ79-91的有关规程。
f、止水帷幕的平均厚度不小于设计厚度，施工后所形成止水帷幕的渗透系数宜小于0.000001cm/s。
止水帷幕施工质量除浆体强度可以直接检测外，其扩散半径、吸浆率等均无法检测，只能采用检查孔的方法来验证其止水效果，具体操作如下：
1、帷幕灌浆的防渗标准为5Lu。
2、检查孔的位置由设计、监理工程师和施工单位依据施工资料，布置在吸浆量大、地质薄弱的地方。
3、检查孔的数量为钻孔数的10％，每个孔压水试验5段，单点试验。
4、检查孔在灌浆结束14天后进行，但因是临时项目，可根据进度要求提前，但不得少于3天。
第三步：分层开挖，首先在混凝土支护桩顶部施工2.5mm高的环形冠梁106，然后随着垂直开挖的加深，在下部垂直基坑的内侧壁上依次施工三道连续拱圈107；
1、施工环形冠梁：
机械开挖基坑；按照垫层施工、钢筋制安、模板安装、混凝土浇筑与养护，分段间隔跳跃施工，每段长度9m；各工序施工要求按常规类似工序控制要求进行。
2、土体开挖
+77.0m以下土体垂直开挖，采用掏槽法，先将中央φ48m范围内的土体清除；待逆作连续拱圈达到70％的强度后，间隔分段跳跃式的向四周辐射式，每段长6m，各层分段竖向错开间距≮2m；开挖时采用两台常规挖掘机在中央将土体向基坑边转移，一台长臂挖掘机在+77.0m平台上将土体装运上车。
挖掘机出基坑：土方挖至设计标高后，挖掘机利用坑边剩余部分土方，自填上升的方式出基坑；最后利用长臂挖掘机将剩余部分土方清除干净完成基坑土方开挖工作。
土体开挖时，开挖坡面应向基坑中心有2％的坡度，作为临时积水坑确保积水及时排除；临时积水坑应距坑壁距离≮3m。
土体开挖合格后立即喷射5cm的C20早强混凝土，紧跟着实施逆作连续拱圈；
3、连续逆作连续拱圈
逆作连续拱圈，第一层连续拱圈厚1.2m、高2.3m；第二层连续拱圈厚1.4m、高2.3m；第三层连续拱圈厚1.6m、高2.266m，采用C30钢筋混凝土，环向纵筋均为28三级钢筋，其余钢筋均为二级钢筋。
连续逆作连续拱圈随土体开挖同步进行，即分层分段间隔跳跃施工、各层分段竖向错开间距4.5m。主要工序为：接缝处理、钢筋绑扎、模板安装和混凝土浇筑。
a、接缝处理：土方分段开挖完成后，用风镐将松散混凝土凿除干净，人工用钢丝刷将杂物清除。
b、钢筋绑扎：钢筋骨架制作成标准节，每节9m，两端1m箍筋套好不绑扎，便于钢筋吊装就位后进行接头焊接；土方开挖经验收合格后，采用塔吊或汽车吊吊装就位。
钢筋骨架焊接采用单面焊，焊接长度≮28cm，焊条采用E5003。
c、模板安装：模板安装时要求支撑强度、刚度、稳定性满足规范要求，支承点牢固不变形；与既有混凝土顺接。
d、混凝土浇筑：混凝土中掺入适量减水剂与微膨胀剂，和易性控制良好，坍落度宜在10～12cm。
逆作连续拱圈的施工质量直接影响到锚碇基础施工质量。施工应注意事项有：
1、逆作连续拱圈沿曲率半径方向的误差≯40mm；
2、逆作连续拱圈若因特殊原因，水平方向分段长度需调整；调整分段长度≯12m，软弱层或砂层时分段长度≯8m；
3、逆作连续拱圈在垂直方向宜分段施工，若因特殊原因竖向高度需调整时，高度≯2.5m；上层连续拱圈合拢且混凝土强度达到设计强度的70％rg，方可进行下层连续拱圈的施工；
4、上下两层连续拱圈的竖缝应错开，若因特殊原因错开距离≮2m；
5、每道连续拱圈需连结作业，每段施工时间间隔≯36小时；
6、施工中，除按常规试验要求进行检测外，若对连续逆作拱墙施工质量有怀疑时，宜采用钻芯法进行检测，检测数量为100m2墙面为一组，每组不应少于3点。
第四步：施工防水层，在基坑底部、环形冠梁及各道连续拱圈的内侧壁施工防水层，形成封闭、少水的施工区域。
本实施例形成的支护构造结构为：支护桩直径为1.2m，桩顶设置断面为2.5m×1.8m的环形冠梁，支护桩基坑开挖侧分三层设置断面为2.3m×1.2m、2.3m×1.4m、2.266m×1.6m的环形连续混凝土板墙，本实施例是环形冠梁、钢筋混凝土支护桩、止水帷幕、环形连续拱圈联合形成止水支护。
Claims (4)
1.联合支护开挖的溶蚀地质深基坑，其特征是：所述基坑是由上部放坡基坑(104)和下部垂直基坑(105)构成；
所述上部放坡基坑(104)是自基坑表面起以设定的坡度形成两级放坡面；
所述下部垂直基坑(105)是以位于基坑周边的钢筋混凝土支护桩(101)为支撑；在所述钢筋混凝土支护桩(101)的外围设置高压旋喷桩(102)，在所述高压旋喷桩(102)的区域内以灌浆形成封闭的止水帷幕(103)；在所述混凝土支护桩(101)的桩顶部形成有环形冠梁(106)，在所述环形冠梁(106)的下部、位于下部垂直基坑(105)的内侧壁，依次形成有各道钢筋混凝土连续拱圈(107)，直至基坑底部，在所述基坑底部、环形冠梁及各道钢筋混凝土连续拱圈的内侧壁形成有防水层；
在所述上部放坡基坑(104)与下部垂直基坑(105)之间设置有平台(108)。
2.根据权利要求1所述的联合支护开挖的溶蚀地质深基坑，其特征是所述下部垂直基坑(105)中的环形冠梁(106)和各道钢筋混凝土连续拱圈(107)自上而下形成从基坑外周向内的台阶面。
3.根据权利要求1或2所述联合支护开挖的溶蚀地质深基坑，其特征是所述下部垂直基坑(105)中的钢筋混凝土连续拱圈(107)共有三道。
4.一种权利要求1所述联合支护开挖的溶蚀地质深基坑的施工方法，其特征是按如下步骤进行：
a、放坡开挖
自基坑表面起，以设定的坡度由上往下依次形成两级放坡面，放坡面开挖后采用喷射混凝土和锚杆进行支护，形成上部放坡基坑(104)；
b、垂直开挖
第一步：在下部垂直基坑(105)的周边，以钢筋混凝土支护桩(101)形成支撑加固；
第二步：在所述混凝土支护桩(101)的外周，施工高压旋喷桩(102)，在所述高压旋喷桩区域中灌浆形成所述混凝土支护桩外围的止水帷幕(103)；
第三步：分层开挖，首先在混凝土支护桩(101)的顶部施工环形冠梁(106)，然后随着垂直开挖的加深，在下部垂直基坑(105)的内侧壁上依次施工各道钢筋混凝土连续拱圈(107)；
第四步：施工防水层，在基坑底部、环形冠梁及各道钢筋混凝土连续拱圈(107)的内侧壁施工防水层，形成封闭少水的施工区域。
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