坚硬砂岩地质条件下的深基坑施工综合技术

坚硬砂岩地质条件下的深基坑施工综合技术

郑建强

西北综合勘察设计研究院   陕西省 西安市 710003

摘要：为了解决深基坑开挖时遇到的硬质砂石问题，前期从施工组织、施工部署等方面进行了全面的准备，同时对基坑的支护结构进行了优化，确保了基坑开挖的顺利进行。另外，根据工程的具体情况，合理的选取了施工机械及爆破方案。这些措施既能确保基坑的施工质量，又能确保基坑的安全，对以后同类基坑的施工作业具有一定的参考价值。

关键词：坚硬砂岩；深基坑；支护结构优化；旋挖截齿取芯钻；爆破

一、工程概况

项目的主体结构包括：东、西两座高塔（15、18层）、4层裙房和2层地下停车场。基坑总平面为不规则多边形，基坑开挖深度9.8米，局部8.7米；西塔地区的开挖深度为11.4米，最大开挖深度为13.5米；东塔地区的开挖深度为11.0米，最大开挖深度为11.9米。基坑周围环境多种多样，北面已建办公楼的地下室外墙至基坑的最小间距为4.7米，而在西南侧的已建市政路步道与基坑之间的最小间距为1.2m。

二、基坑难点分析

1.坡顶空间受限

在这一项目的最北边,坡顶处与红线有约0.8m的间距,而东面的坡顶处则为距离红线0.9-1.5m左右、西面的坡顶处,为约0.7m的坡顶,但因为坡顶处的空隙狭小,无法使用正常施工工作面,而且也无法顺利布置水电、排水等设备,对基坑建设产生了极大的影响。

2.场地条件复杂

在基坑施工的深度范围内,土质类型由上至下分别是:杂土质、泥沙层、细粉质黏土、粘土、强风蚀性泥砂岩、微风化砂岩等。场区的土壤地表以1.50-13.00m深的杂填土层为主;基坑北部、南部和东部的绝对高度为22.30-15.00m,均为坚硬的微风火化砂岩,其埋深也从西朝东逐渐过浅。

前期用300级旋挖钻试成孔时遇岩层无法钻进，地质调查报告显示，岩石的饱和抗压强度只有20.8MPa，而现场采样的岩石饱和压力达到了71.6 MPa，这大大超出了地质调查报告的要求，施工难度也随之增大。由于施工中的变压器位置在东边坡的内侧，给施工带来了更大的困难。

三、关键施工技术措施

1.土方与支护协调施工

为降低交叉施工的危害,根据现场情况,实行了前架后挖、先易后难、前西塔楼后东塔楼布置的方式。因为变压器保护位于东边坡内侧,在支护桩的冠柱安装之前,比较易出现安全事故,所以按照现场的位置要求和时间条件,在空间上将现场区域规划分成了二个相对独立的开挖地段,支护开挖顺序为自西向东进行,四周均为支护桩的开挖工作面,在中间部位挖第一级土方。为了减轻场地的交通压力,在西边设置了一个临时的入口,以便于维护人员的出入。西塔楼支护桩施工完成后，开挖此区域预留土方，土钉墙、冠梁施工紧随其后，同时进行工程支座桩施工，待冠梁强度达到设计要求后，分层开挖至坑底并及时进行钢斜撑施工;同时,进行东塔区的围护以及后期的开挖作业。这种设计方法可使土方与支护交叉进行的干扰减至最低,有利于新的开挖作业的引进,并为西塔楼的主体工程提供了良好的条件。

2.坡顶排水及防护方案

为利用坡顶的空隙,并且给检修管道留出适当的空隙,坡顶用钢管框架加以固定,并把临时线缆集中于其上部;由于坡面狭小,无法安装下水道,于是通过DN250mm管道+沉淀槽地下排水装置,使地表中的雨水汇集至坡底下水道,然后通过自动化泵吸排到排水管道中,由沉淀池沉淀后排至城市管网。

3.支护桩施工方案

(1)作业面选择

因为在施工阶段受雨天以及强烈的环境污染等原因的影响,造成渣土运送的持续时间很短暂,所以,在上部杂填土运送时具有较大的不确定性。现场杂填土的平均厚度约为6.3m,表面土体已经得到了很好的加固,承载能力也很强。综合考虑时间、场地交通、渣土运送量等各种因素,对现场进行平整后,在原位进行支护桩的施工。

(2)方案优化

考虑到岩体的真实强度大大超过了勘测报告的强度，原有的计算模式与实际情况不符，因此，请设计机构进行了相应的支护模型的修正。在满足安全规范要求的情况下，根据岩层的起伏情况，采用瑞典条分法，对整个结构进行了再划分，并采用有效力法重建了结构的应力状态模式。同时，由于东塔地区地层浅，斜撑支撑结构的设计改变为刻槽埋在岩石中。对支护桩的嵌固深度优化和钢斜撑支承优化进行了专家论证，确保了其施工的经济性和安全性。

4.冠梁方案

(1)杂填土层冠梁方案

在冠柱建造过程中,因当时正值雨季,为减少支撑围岩的变形与暴露时间,故采取了单侧撑模的工序,通过单侧撑模工序,将边坡开挖至顶柱垫层底板高度以下,在冠柱与梁的交汇处进行喷护(工序同坡面混凝土墙),并以其用作冠柱的外立杆模版,外侧冠柱模板则采用了由支护桩与箍筋连接的对拉螺栓、斜抛撑、木方、木模板等组合而成。为保证斜坡的安全与可靠性,使用该方法的冠柱直接压入土内,在实施过程中,斜坡的设计红线要求更为严密,能够准确的掌握坡底的高度与平面位移。

(2)变压器区域冠梁方案

该变压器设在坡顶线和冠梁之间，离冠梁外缘只有30厘米，在施工之前，这里的土方是不能挖掘的。经设计同意，将该处的顶梁抬高到与地面水平，在满足底板和外墙施工要求的情况下，将桩位向内移动，确保施工的安全。

5.爆破方案

(6)布孔设计

针对爆破区岩性、地形、工程量、工期要求、周围环境等因素，结合以前同类工程的施工经验，采用光面爆破法，在围护桩沿0.5 m处进行光面爆破，同时减小孔间距，其余部位采用浅孔、深孔松动爆破，多钻孔少装药。为了确保基坑周围岩体的整体稳定性，减少爆炸振动对周围建筑物的破坏，采用合理的单耗和起爆网络，并采用防飞石法。

(2)爆破时间选择

爆破地点距施主体建筑西塔约24米（24公里是否准确，一般情况爆破完成后才能进行西塔基础施工）（基坑施工时西塔已经施工）,为减少爆破时间对主体建筑的影响,每一个爆破时间均是在西塔砼浇注五日以后完成。待进行爆破作业、模具结构等保护装置检查合格后,方可开展西塔主体结构的建设。

结语:

某一工程在该工程的技术指导下，已成功地进行了深基坑开挖，确保了基坑及主体塔楼的施工进度，同时也大大节约了施工成本，创造了良好的施工效益。通过该工程的实施，为该工程的管理人员解决了一些困难，进行了科学的组织和施工，并对在坚硬的砂岩地质环境中进行深基坑的施工具有一定的借鉴意义。

参考文献:

[1]汪雨珍.复杂地质层桩基的旋挖钻与冲击钻施工技术研究[J].工程与建设.2017,(1).125-127,141.

[2]董朋,姚孟洋.旋挖钻机在建筑工程硬质基岩中钻进超大直径桩基工艺实例分析[J].中国高新技术企业（中旬刊）.2016,(4).111-112.