吊脚嵌岩灌注桩围护基坑开挖方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及基坑施工，尤其涉及岩石基础上的基坑施工方法。
【背景技术】
[0002] 在沿海流塑淤泥软土，剥蚀残丘地貌地区，许多流塑淤泥土层中下卧花岗岩层埋 深在4~7m，其间建设的地下管沟等基坑需要进行岩石开挖。在淤泥下卧花岗岩的地层，通常 基坑采用冲孔嵌岩桩围护，但由于基岩坚硬，增加冲孔桩深度工期及费用成本较高，且地层 岩面起伏较大，采用增加内支撑方式会影响结构施工，采用锚杆形式受淤泥地质影响不可 行。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种吊脚嵌岩灌注桩围护基坑开挖方法。 本发明避免了开挖发生事故，保证施工成本和工期。
[0004] 本发明是这样实现的：一种吊脚嵌岩灌注桩围护基坑开挖方法，它包括： 步骤一：分析地层土质，确定围护桩脚最小围岩厚度；包括： a) 根据基坑断面，分析地质土层及地勘报告，取纵向单位长度基坑作为研究对象，把空 间问题转化为平面问题，根据土层的厚度、天然重度、内摩擦角和粘聚力计算围护桩桩后土 体的主动土压力，计算公式为：
式中：e :主动土压力，kpa ; Y :土的天然重度，KN/m3 ;s :土的深度，m ; Φ: 土的内摩擦角，° ; C: 土的粘聚力，kpa; 主动土压力的合力为E，E=0· 5e*s，合力作用点在2s/3深度处，支护桩受到的围岩压力 为P ; b) 对于带内支撑嵌岩灌注桩围护基坑，假设支护桩嵌固深度为z，则围岩压力合力为 pz，距离支撑力T作用点a+0. 5z，E距支撑力T作用点d的距离为a-s/3,主动土压力和围 岩压力对T点取矩，由ΣΜ T = 0,即：
式中：a:支撑中心到围岩顶面的距离，m; Y :土的天然重度，kn/m3 ; s:基坑深度，m ; c:粘聚力，kpa;ct :内摩擦角，° ; P :围岩压力，kpa ;z :嵌固深度； 解该方程可求得桩脚围岩压力P值大小；桩底部围岩截面弯矩最大，Mmax = 0.5pz2,围 岩允许拉应力为<σ>，围岩截面抗弯模量为W=h2/6,为了使围岩处于安全工作状态，需满 足：W > Mmax/〈 σ >，即h2/6 > 0. 5ρζ2/〈 σ >，可求得围岩厚度最小值h，实际取值根据基坑 安全等级乘以大于1的安全系数；取不同的嵌固深度z，通过上述步骤计算相应的围岩厚度 h，从工期、造价和安全角度综合考虑确定嵌固深度和围岩厚度； 步骤二：施工嵌岩灌注桩，设置后注浆孔；包括： a) 根据步骤一中确定的最小围岩厚度进行放线，确定灌注桩桩位，并根据步骤一中确 定的嵌固深度进行冲孔或钻孔桩施工； b) 在围护灌注桩钢筋笼安装完毕，清孔后，在桩孔钢筋笼内预埋通长注浆管； 步骤三：施工预裂药孔；包括： a)在围护灌注桩施工完成后的养护期内，进行预裂药孔施工，药孔的布置原则为：以 基坑中心线向两边排孔布置，中间孔径最大，向两边孔径逐渐减小，各自按照1#、2#、3#、 4#编号，左右两边最外侧药孔紧贴围岩边线布置；孔径20mm-100mm，对于花岗岩层可选择 80 mm、42 mm、20mm孔径，孔深为基坑深度，药孔纵、横向间距为6d_7d(d为孔径），呈梅花 形布置；b)每施工完一个药孔后全孔用砂灌孔封闭； 步骤四：基岩破碎开挖；包括： a) 灌注桩养护龄期结束后进行基坑开挖，严格按照先撑后挖原则，开挖至基岩面，观 察基岩面裂隙发育程度：若桩脚部位基岩存在裂隙，则需用通过围护灌注桩中预留的注浆 孔进行注浆补强，一般情况选用42. 5早强水泥，水灰比0. 5,注浆压力0. 8~3Mpa ; b) 基岩开挖采用静力破碎剂胀碎开挖方式，根据基坑的深度分层破碎开挖，开挖方式 从基坑中对称向围护桩侧推进； c) 基坑中线位置0#孔的Φ80作为初始孔，充当应力释放的临空面，其余孔为装药孔； 步骤五：基坑结构原槽浇筑；包括：静力破碎完毕后把岩面凿平，由于基坑四周是岩石 包围，可把四周岩面作为模板，直接在基槽内绑扎钢筋浇筑混凝土，当基坑内结构物高于原 基岩面标高时从原基岩面开始支模板。
[0005] 所述的吊脚嵌岩灌注桩围护基坑开挖方法，所述步骤一中还包括，c)对于花 岗岩层带内支撑吊脚围护桩基坑，围护桩最小嵌岩深度和最小围岩厚度：最小嵌岩深度 Z=l. 5~2D，D为围护桩桩径，最小围岩厚度h=2~3D ; 注浆管采用钢管或硬质PVC管，管径3(T60mm，管端深达桩底，下管端约500mm范围设置 梅花形注浆孔，孔径fTSmm，间距30mm，注浆梅花孔用橡皮套包裹防止堵塞，注浆管上端露 出灌注桩冠梁顶标高20cm。
[0006] 所述的吊脚嵌岩灌注桩围护基坑开挖方法，所述步骤四中破碎开挖步骤包括： 第一步：清除1#药孔内的部分砂，清除到第I级开挖线标高，然后装静力破碎剂，装 至4/5深度后用砂包封堵，静力破碎剂膨胀后岩石向0#孔临空面方向破裂，岩石破碎完毕 后清除散落碎石； 第二步：清除〇#、1#和2#药孔内的砂，清除到第II级开挖线标高后往1#和2#药孔装 静力破碎剂，装至4/5深度后用砂包封堵，静力破碎剂膨胀后岩石向临空面方向破裂，破裂 完毕后清除散落碎石； 第三步：清除〇#、1#、2#和3#药孔内的砂，清除到第III级开挖线标高后往1#、2#和3# 药孔内装静力破碎剂，装至4/5深度后用砂包封堵，静力破碎剂膨胀后岩石向临空面方向 破裂，破裂完毕后清除散落碎石； 第四步：清除〇#、1#、2#、3#和4#药孔内的砂，清除到第1￥级开挖线标高后往1#、2#、3# 和4#药孔装静力破碎剂，装至4/5深度后用砂包封堵，静力破碎剂膨胀后岩石向临空面方 向破裂，破裂完毕后清除散落碎石。
[0007] 本发明是采用较浅的冲孔围护桩嵌岩深度，形成吊脚桩围护基坑，通过在桩脚预 留一定厚度的围岩来确保围护墙脚水平抗力，通过基坑内控制性静力破碎方法来实现基岩 无振动开挖，从而确保基坑安全。本发明能够大大降低嵌岩灌注桩的入岩深度，节约灌注桩 施工工期和成本，同时提出了一种计算吊脚嵌岩灌注桩嵌固深度和围岩厚度的方法，为现 场施工提供了科学的依据和安全保障；利用静力破碎的方式开挖基坑，有效保护了基坑支 护结构及周围管线的安全，具有明显的经济效益和社会效益。
【具体实施方式】
[0008] 本发明吊脚嵌岩灌注桩围护基坑开挖方法，采用较浅的冲孔围护桩嵌岩深度，形 成吊脚桩围护基坑，通过在桩脚预留一定厚度的围岩来确保围护墙脚水平抗力，通过基坑 内控制性静力破碎方法来实现基岩无振动开挖，从而确保基坑安全，提升基坑工程效益。
[0009] 本发明包括以下步骤： 步骤一：分析地层土质，确定围护桩脚最小围岩厚度； 步骤二：施工嵌岩灌注桩，设置后注浆孔； 步骤三：施工预裂药孔； 步骤四：基岩破碎开挖； 步骤五：基坑结构原槽浇筑。
[0010] 所述的步骤一：分析地层土质，确定围护桩脚最小围岩厚度，要求包括： 分析基坑地质土层及地勘报告，取纵向单位长度基坑作为研究对象，把空间问题转化 为平面问题，根据土层的厚度、天然重度、内摩擦角和粘聚力计算围护桩桩后土体的主动土 压力，计算公式为：
式中：e :主动土压力，kpa ; Y :土的天然重度，KN/m3 ;s :土的深度，m ; Φ: 土的内摩擦角，° ; C: 土的粘聚力，kpa; 主动土压力的合力为E，E=0· 5e*s，合力作用点在2s/3深度处，支护桩受到的围岩压力 为P ; b)对于带内支撑嵌岩灌注桩围护基坑，假设支护桩嵌固深度为z，则围岩压力合力为 pz，距离支撑力T作用点a+0. 5z，E距支撑力T作用点d的距离为a-s/3,主动土压力和围 岩压力对T点取矩，由ΣΜ τ = 〇,即： 式中：a:支撑中心到围岩顶面的距离，m;
Y :土的天然重度，kn/m3 ; s:基坑深度，m ; c:粘聚力，kpa;ct :内摩擦角，° ; P :围岩压力，kpa ;z :嵌固深度。
[0011] 解该方程可求得桩脚围岩压力p值大小；桩底部围岩截面弯矩最大，Mmax = 0. 5pz2,围岩允许拉应力为〈〇>，围岩截面抗弯模量为W=h2/6,为了使围岩处于安全工作状 态，需满足:W彡Mmax/〈 〇 >，即h2/6彡0. 5ρζ2/〈 〇 >，可求得围岩厚度最小值h，实际取值可 根据基坑安全等级乘以大于1的安全系数；取不同的嵌固深度z，通过上述步骤计算相应的 围岩厚度h，从工期、造价和安全角度综合考虑确定嵌固深度和围岩厚度； c)对于花岗岩层带内支撑吊脚围护桩基坑，围护桩最小嵌岩深度和最小围岩厚度：最 小嵌岩深度z=l. 5~2D (D为围护桩桩径)，最