深基坑圍護(hù)技術(shù)(凍結(jié)排樁法)

1、深基坑圍護(hù)新技術(shù) “凍結(jié)排樁法”信息化施工潤揚(yáng)長江公路大橋南汊橋采用跨徑1490m雙塔單跨雙鉸鋼箱梁懸索橋方案，是我國目前跨徑最大的橋梁，位居世界第三。懸索橋兩根主纜6.8萬噸拉力通過錨碇及重力式嵌巖基礎(chǔ)傳至地基。南錨碇基礎(chǔ)尺寸為70.5m x 52.5m x 29m （長X寬X深），為特大型嵌巖深基坑工程。設(shè)計(jì)方案經(jīng)過初步設(shè)計(jì)階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階 段和帶案招標(biāo)設(shè)計(jì)階段等對沉井、地下連續(xù)墻、凍結(jié)、地下連續(xù)墻加凍結(jié)、排樁加凍結(jié)基礎(chǔ)方案的反復(fù)論證和 比較，最終確定在國內(nèi)首次采用 “凍結(jié)排樁基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案”。1、工程地質(zhì)及水文情況工程地質(zhì)狀況南錨碇位于鎮(zhèn)江岸農(nóng)田內(nèi)，距江邊大堤540m，距達(dá)標(biāo)大堤270

2、m。地處下?lián)P子板塊前陸褶皺沖斷區(qū)寧鎮(zhèn)沖斷帶。錨區(qū)地面高程 +3.0m （黃海高程系統(tǒng)，以下同），第四系覆蓋層主要以軟塑淤泥質(zhì)亞粘 土、亞粘土與粉砂互層為主，底層為35m粉細(xì)砂，總厚27.8029.40m。基巖的巖性為二長風(fēng)化花崗巖，層面總體上較為平緩，標(biāo)高在 -24.80-26.40m之間，但全風(fēng)化層和強(qiáng)風(fēng)化層分布不均勻。在基坑西側(cè)巖石呈碎裂結(jié) 構(gòu)，裂隙發(fā)育。水文條件南錨碇場區(qū)地下水位為 +1.8+2.2m ,由于區(qū)域斷裂構(gòu)造的疊加影響及長江漫灘沖刷沉積，賦存兩大含水層組一一第四系孔隙微承壓含水層組及基巖裂隙微承壓含水層組，其滲透系數(shù)分別為2.0m/d和0.0060.4m/d，兩個(gè)含水層與長江

3、水系均有不同程度的水力聯(lián)系。2、凍結(jié)排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工2.1 基本原理深大基坑工程施工關(guān)鍵技術(shù)是解決封水和擋土問題。南錨碇凍結(jié)排樁圍護(hù)體系是以含水地層凍結(jié)形成的凍 結(jié)帷幕為基坑的封水結(jié)構(gòu)，以排樁及內(nèi)支撐系統(tǒng)為抵抗水土壓力的承力結(jié)構(gòu)，將二者的優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合起來，形 成一種新的圍護(hù)技術(shù)，較好地解決了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌巖及封水問題。2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)排樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沿基坑四周布置140© 150cm170cm（172.5cm）鉆孔灌注樁，樁長35m，嵌巖6m?；觾?nèi)設(shè)7道鋼筋混凝土水平支撐，并由 29根鋼格構(gòu)作為水平支撐的支承立柱。凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)凍結(jié)帷幕布置在排樁外側(cè)，設(shè)計(jì)采用單排凍結(jié)孔凍結(jié)封水，

4、與排樁插花布置，間距1.70m（1.725m），距離排樁中心線1.4m。凍結(jié)孔數(shù)量為144個(gè)，孔深40m,凍結(jié)帷幕入巖11m。為了保護(hù)凍結(jié)帷幕不會(huì)因地下水繞流沖刷融化，同時(shí)增加封水深度減少基底的涌水量和揚(yáng)壓力，沿基坑一周共設(shè)置74個(gè)注漿孔，在凍結(jié)前，對深度3745m范圍內(nèi)的基巖裂隙進(jìn)行地面預(yù)注漿封堵。含水地層經(jīng)凍結(jié)后產(chǎn)生凍脹，當(dāng)這種凍脹受 到約束時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生凍脹力。為了降低凍脹力對排樁結(jié)構(gòu)不利影響，設(shè)計(jì)采取在凍結(jié)帷幕外側(cè)覆蓋層土體內(nèi)設(shè) 置288 © 25cn1卸壓孔。為了有效地釋放凍脹力，卸壓孔內(nèi)注滿優(yōu)質(zhì)泥漿。以防孔壁坍塌。2.3 施工工藝1 、工藝流程（略）2、預(yù)注漿施工 注漿工藝

5、根據(jù)錨碇場區(qū)地質(zhì)水文條件， 施工采用下行式注漿方案。 施工設(shè)備主要有地質(zhì)鉆機(jī)、 注漿機(jī)和 制漿機(jī)。注漿施工順序?yàn)椋恒@機(jī)就位 固管段鉆進(jìn)施工 下鋼套管、固管 第一段高取芯 清孔 壓水試驗(yàn) 漿液配 制 注漿 養(yǎng)護(hù) 第二段高取芯、注漿 ； 注漿相關(guān)參數(shù)注漿深度：-34.0米-42.0米，注漿段高為8.0米，分兩個(gè)段高，每段 4m。注漿壓力：注漿的終壓為靜水壓力的 1.54倍，即0.61.8MPa之間。注漿擴(kuò)散半徑：2.54m。注漿材料：p.o32.5普硅水 泥+40 ° Be水玻璃。漿液配比：水泥漿液配比（水灰比）2: 1、1.5： 1 > 1.25: 1、1:1、0.8： 1、0.

6、7 : 1、0.6:1七種，根據(jù)注漿鉆孔時(shí)的吸水量確定漿液濃度，如吸水量小，說明可注性差，選擇稀漿高壓注漿；反之亦然。3、 排樁施工排樁采用跳鉆成孔施工工藝。根據(jù)排樁設(shè)計(jì)凈距20cm（ 22.5cm）要求，施工重點(diǎn)控制成孔質(zhì) 量，主要是垂直度（ 1/200）和孔徑（擴(kuò)孔系數(shù) 1.05）控制，其施工要點(diǎn)： 選擇鉆機(jī)剛度較大，導(dǎo)向性好地反循環(huán)鉆機(jī)鉆孔，優(yōu)質(zhì)膨潤土化學(xué)泥漿護(hù)壁。 安裝鉆機(jī)時(shí)要使鉆盤、底座水平，起重滑輪中心、鉆桿中心和護(hù)筒中心“三點(diǎn)一線”。 采取配重 -減壓鉆進(jìn)工藝，俗稱“吊著打”，控制鉆孔垂直度；根據(jù)土質(zhì)變化，合理選擇鉆頭及鉆進(jìn)參 數(shù)，覆蓋層用刮刀鉆頭中速鉆進(jìn)，基巖用滾刀鉆頭低速鉆進(jìn)

7、。 采用JJC-1A檢測儀測量孔徑、孔斜等指標(biāo)，一般在成孔過程中檢測一次，終孔驗(yàn)收檢測一次， 發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。 鉆進(jìn)、清孔過程中，保持孔內(nèi)外水頭差。施工高峰時(shí)有19臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)進(jìn)行鉆孔，65天完成140根鉆孔灌注排樁，樁身質(zhì)量用超聲波脈沖檢測法逐根進(jìn)行檢測，全部為A類樁。4、凍結(jié)帷幕施工 凍結(jié)孔、 卸壓孔施工在鹽水溫度、 凍結(jié)管直徑相同的凍結(jié)條件下， 凍結(jié)帷幕的形成時(shí)間與凍結(jié)孔開孔間 距、鉆孔偏斜率有關(guān)，間距越大，凍結(jié)帷幕的形成時(shí)間就越長。為了達(dá)到凍結(jié)帷幕形成時(shí)間、厚度基本一致，必須按照設(shè)計(jì)孔位進(jìn)行精確放樣，并嚴(yán)格控制鉆孔偏斜率，施工要求第四系覆蓋層偏斜率0.3%，基巖層0.5%。成孔后采用燈

8、光或陀螺儀對鉆孔進(jìn)行測斜并繪制鉆孔偏斜平面圖，鉆孔超出規(guī)定偏斜要求需進(jìn)行糾偏或 回填土重鉆等方法處理。卸壓孔施工時(shí)使用優(yōu)質(zhì)粘土粉、纖維素、面堿、聚丙烯酰胺等材料配置鉆進(jìn)泥漿和充 填泥漿。為保持孔口穩(wěn)定，防止雜物落入孔內(nèi)使泄壓孔失效，在其周邊砌筑溝槽和孔口加蓋等措施進(jìn)行保護(hù)。 凍結(jié)管安裝與試壓凍結(jié)管采用規(guī)格為 127X 6mn低碳鋼無縫鋼管，內(nèi)供液管采用 50X 5mr聚乙烯塑料管。凍結(jié)管下放到位后，進(jìn)行壓力試驗(yàn)，初壓力1.01.5MPa，經(jīng)30分鐘觀察，降壓0.05MPa，再延長15分鐘壓力不降為合格。 積極凍結(jié)和積極凍結(jié)期積極凍結(jié)期是指凍結(jié)器開始循環(huán)低溫鹽水，土層降溫、 凍結(jié)交圈、 凍結(jié)壁達(dá)

9、到設(shè)計(jì)厚度和溫度的過程。積極凍結(jié)所用的時(shí)間為積極凍結(jié)期。積極凍結(jié)技術(shù)指標(biāo)：鹽水溫度-28-29 C；單孔不平衡溫度0.5C ;單孔流量5m3/h ;凍土發(fā)展半徑20mm/d ;積極凍結(jié)期計(jì)劃65d。凍結(jié)壁發(fā)展半徑、速度及交圈情 況是根據(jù)埋設(shè)在地層內(nèi)不同位置、不同深度的溫度傳感器測得的溫度場進(jìn)行初步判定。最終判定凍結(jié)帷幕是否 交圈是在坑內(nèi)進(jìn)行降水，觀測坑內(nèi)外水位變化情況。 維護(hù)凍結(jié)確定凍結(jié)帷幕形成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，即可進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段。其主要目的是補(bǔ)充凍結(jié)帷幕隨 時(shí)間損失的能量，控制凍結(jié)帷幕厚度不再繼續(xù)增長或削弱，保證其在基坑開挖及回填階段達(dá)到有效封水。維護(hù) 凍結(jié)期間，通過對凍結(jié)帷幕溫度的監(jiān)控確

10、定鹽水溫度、流量等參數(shù)。5、 基坑開挖及支護(hù)基坑深度達(dá) 29m，開挖方量近10萬方。水平支撐為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共7層；土方開挖 分8層進(jìn)行，支撐采用“逆做法”，開挖一層澆筑一道支撐。由于凍土存在蠕變效應(yīng)，排樁暴露時(shí)間愈短愈好， 盡可能減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。對此，施工中采取以下措施： 規(guī)定排樁暴露時(shí)間不大于 48h。 每層開挖及支撐施工分三個(gè)區(qū)，即一個(gè)對策、兩個(gè)角撐，施工順序先對撐后角撐，開挖、支撐施工形成 流水作業(yè)。 在淤泥質(zhì)亞粘土地層采用真空深井降水效果不佳， 第三、四層輔以淺層輕型井點(diǎn)降水改善基坑作業(yè)環(huán)境，加快施工速度。 加大施工投入， 尤其增加土方開挖及提升設(shè)備。 加強(qiáng)信息化施工的管理，進(jìn)

11、行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)施 工。6、基坑封底及混凝土回填基礎(chǔ)設(shè)計(jì)封底厚度2.0m，混凝土總方量為6700m3。為了減小基底涌水等施工風(fēng)險(xiǎn)， 同時(shí)縮短基巖的暴露時(shí)間， 封底混凝土分 8個(gè)區(qū)域進(jìn)行澆筑， 即一個(gè)區(qū)域開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后， 快速進(jìn)行清底 并設(shè)置排水設(shè)施，然后立模進(jìn)行混凝土澆筑，直至整個(gè)封底混凝土澆筑完成。填芯按照大體積混凝土施工工藝 要求，采取分層分塊進(jìn)行施工，層厚1.52.0m不等。2.4 信息化施工監(jiān)測 南錨碇基礎(chǔ)工程是國內(nèi)外首例采用凍結(jié)排樁支護(hù)方案的工程。實(shí)時(shí)監(jiān)測成為提供設(shè)計(jì)依據(jù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和可 靠度評價(jià)不可缺少的手段，同時(shí)為本項(xiàng)目的科研提供了真實(shí)可靠的資料，為該方案進(jìn)一步在理論上得以升華，

12、 為今后的類似工程提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。1、 排樁側(cè)向變形1次/天每隔0.5m高度采集一次數(shù)據(jù)2次/周 1次/周2、 坑外土體地表及深層土體水平位移1次/3天 砼澆筑 1/2前 1次/周 砼澆筑 1/2后3、支撐立柱頂面垂直及水平位移1 次 /天 底板澆筑前4、排樁鋼筋應(yīng)力5、排樁樁身應(yīng)變6、水平支撐軸力1次/天 底板澆筑前1次/天 底板澆筑前1次/天 底板澆筑前7、凍結(jié)帷幕溫度4h/次積極凍結(jié)8h/次維護(hù)凍結(jié)8、凍脹力 2次/天 積極凍結(jié) 1次/天 基坑開挖9、坑內(nèi)地下水位 1次/天 底板澆筑前10、坑外地下水位 1 次/天 底板澆筑前基坑布設(shè)的所有監(jiān)測點(diǎn)按照上述監(jiān)測方法和頻率， 每天可以提供 15

13、00個(gè)左右的監(jiān)測數(shù)據(jù)， 并及時(shí)反饋信息， 結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際， 及時(shí)修改完善設(shè)計(jì)， 正確指導(dǎo)施工。 在基坑開挖第三層時(shí)， 根據(jù)當(dāng)時(shí)監(jiān)測到第一道水平支撐 Z1-1 處的軸力為1050T，超過設(shè)計(jì)報(bào)警值；排樁的位移亦大于設(shè)計(jì)計(jì)算值的信息后，經(jīng)過業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位和 施工單位現(xiàn)場分析，然后請科研單位進(jìn)行正、反演分析，認(rèn)為主要是凍脹力過大引起的，隨即采取以下措施， 取得了較好的效果，基坑順利見巖并成功封底。 恢復(fù)原設(shè)計(jì) 7道水平支撐，加密支撐間距，加大支撐截面尺寸，并對第二道支撐進(jìn)行加強(qiáng)處理； 在原卸壓孔位外側(cè)施工卸壓槽，釋放凍脹力。 調(diào)節(jié)鹽水溫度， 使各監(jiān)測點(diǎn)溫度維持在平衡狀態(tài)， 控制凍結(jié)壁厚度不再擴(kuò)展， 從而不引起新的凍脹