深基坑支护施工技术的研究与应用

深基坑支护施工技术的研究与应用

作者：潘玉国

来源：《城市建设理论研究》2013年第11期

摘要：近年来，随着经济发展和建筑业的快速崛起，深基坑支护技术也得到了广泛应用。 本文结合某建筑工程实例，针对深基坑支护技术作出分析，旨在提供一个在复杂环境及 不良工程地质条件下进行基坑开挖支护的可供参考实例。 关键词：深基坑支护钻孔灌注桩施工技术应用 中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号： 引言

深基坑工程的广泛应用，促进了深基坑支护技术的快速发展。深基坑工程支护技术，虽已取得较多成功经验，但对于不同土质的工程性质及具体工程实践应用的深基坑支护问题，仍是岩土工程所关注的问题。 工程概况

该工程北邻繁忙街道，三侧紧邻民居，特别是北侧和南侧西段距多层民居仅1～3m，距民居稍远的南侧中部以东地段还要留作上部主体施工场地，基坑支护可利用空间非常狭小，基坑四周只能直立开挖。这些民居已有30年以上的历史，均系砖房，且多采用简单的砖石条基，埋深甚至不到1m，有的房子已年久失修，其本身抗变形的能力非常低，基坑支护结构的设计难度很大。另外，由于基坑开挖深度范围内涉及的主要是软土，也极大地限制了支护形式及支护结构的选择。

2场地工程地质与水文地质条件 2.1 工程地质条件

根据该场地岩土工程勘察报告，影响基坑支护工程设计的主要地层自上而下为： 人工填土：以素填土为主，主要成分为粘性土，夹少量砖头、碎石、砂砾等建筑垃圾。层厚0.80～3.00m。

冲积层淤泥：深灰、灰黑色，饱和，流塑，含有机质、粉细砂和少量贝壳碎片。层厚0.90～9.40m。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

冲积层细砂、中砂：以灰、灰黄、灰白色为主，饱和，松散，以中砂为主，分选性较好。层厚0.40～8.00m。

④冲积层粉质粘土：局部为粘土，灰黄、黄红间灰白等色，可塑，很湿，含少量中细砂，粘性较好，基本连续，局部呈夹层分布。层厚0.80～7.20m。

⑤冲积层淤泥质土：深灰、灰黑色，饱和，流塑，含有机质、粉细砂和少量腐木碎片，局部为软塑粘土。层厚0.70～2.40m。 ⑥残积层粘性土及下部基岩。 2.2 水文地质条件

根据勘察报告，该场地地下水主要为第四纪松散覆盖层中的孔隙潜水，主要受大气降水和周边居民生活用水渗漏补给。下部分布的中砂、细砂属强透水层，渗透系数k=2.4x10-2cm/s。钻探结束后，测得孔中水位埋深在0.30～1.20m之间。 3基坑工程设计

3.1 边坡支护型式及支护结构

针对该基坑复杂的环境和作业情况，设计人员提出沿整个基坑周边划分了若干个区段，因地制宜地采用不同的基坑支护型式。

基坑中部ABCDEF区段：该区段淤泥层较薄，与邻近建筑有一定距离，采用较经济的复合土钉墙结构进行坑壁支护，并设置水泥搅拌桩止水帷幕，兼作超前支护结构。由于有足够的嵌固深度，水泥搅拌桩止水帷幕同时还相当于一道低强度薄壁连续墙，实际上极大地提高了土钉墙的水平抗滑能力。该段支护结构安全设计等级定为三级。

基坑中部FGH、OPQ段：与ABCDEF区段相比，该区段具有同样的环境条件，并且淤泥层厚度较大（4m），支护结构的水平抗滑稳定问题非常突出，经计算比较后决定采用复合加强型土钉墙支护方案，支护结构安全设计等级定为二级。

本方案的特点是在基坑下部设计了较长的土钉，且在淤泥层底部增设了一排长度达15m、水平间距2.4m的全长粘结非预应力锚杆，该排锚杆穿透淤泥深入到下部可提供较大表面摩阻力的砂土内部，从而更好地提高了土钉墙的整体抗滑能力。此外本段设计的水泥搅拌桩止水帷幕截断了砂层中的渗流，防止了它对基坑局部深挖桩基承台施工的不利影响。

这种支护新型式，是专门针对软弱土地层和强透水地层的特点而从常规土钉墙发展起来的，它除了具有常规土钉墙分层分段快速支护、工期短、造价便宜等优点外，还具有截水、超

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

前支护、有效控制整体位移等功能。这些辅助功能，解决了常规土钉墙技术无法应用于软弱地层和强透水地层直立边坡支护工程的难题。

基坑东、西两端附近其余边坡：其支护结构安全设计等级为一级。这些部位淤泥层厚达8.5~10.5m，基本呈流塑状，物理力学性能非常差，所能提供的锚杆抗拔力非常有限，因此设计采用了“小型挡土排桩+内支撑”的支护型式，其优点是支护结构整体刚度大，能有效限制桩顶变形，由于桩长有限，经济造价并不高。

设计护坡钻孔灌注桩桩径0.6m，计算表明桩的中心间距尺寸可取1.5m，桩长

11.0~13.5m；桩顶设置了断面尺寸为1.0×0.6m的钢筋混凝土冠梁；水平支撑采用了整体刚度较大的钢筋混凝土结构，断面尺寸为0.6×0.5m。为了防止桩间淤泥塌方影响护坡桩的安全，桩间设置水泥搅拌桩挡土。

方案选择时，曾将钻孔灌注桩与预应力管桩进行过比较，但计算表明桩身最大弯矩达到365.2kN.m，预应力管桩无法胜任。

为保证地下室底板的防水效果，水平支撑的立柱在地下室底板底以上部分采用钢结构柱，底板以下部分为钻孔混凝土桩，钢柱与桩钢筋笼焊接插入混凝土桩的长度为2m；为有效发挥水平支撑的挡土效果，冠梁顶面位于现有地面下0.5m处，以上部分砌砖挡土；水平支撑和支撑立柱的布置考虑了避开地下室的梁、柱和承台的问题。

经计算，该区段基坑边坡支护剖面对应基坑开挖到底工况的整体抗滑稳定、抗隆起、抗管涌、抗倾覆的安全系数分别为1.55、1.96、2.65和1.81，桩顶最大水平位移计算值26mm。 3.2 地下、地表水控制方案

如前述，本基坑环周边设计了一道截水帷幕，具体为：土钉支护段采用单排水泥搅拌桩帷幕止水，“挡土桩+内支撑”支护段采用桩间水泥搅拌桩止水，与桩间旋喷桩止水方案相比，桩间搅拌桩止水方案经济得多。

由于坑内土层中仍有一定的静贮水，且在施工中还会受降雨影响，故在坑底设计了一道300×300砖砌排水沟，在基坑转角处设计了若干个砖砌集水井，用以排泄基坑渗水及雨天积水；为避免地表水软化坡肩，有效排泄边坡渗水，在坡顶设计了一道300×300砖砌排水沟截断地表水，在基坑开挖前，要求疏干地表已有积水，并采取有效措施保证地表水能顺畅排泄。地表水及地下水在排入城市管网前设置三级沉淀池。 4基坑工程施工 4.1 土方开挖

工程的土方开挖过程严格遵循“分区、分层、分段、均衡、适时”的原则执行：

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

土钉支护段：在平面中将基坑分为中心区和周边区，在距边坡8m以内的基坑周边区地带分层、分段开挖，每层的厚度等于两层土钉之间的垂直距离，分段长度一般取20m，但在淤泥层分段长度则不大于15m，严禁超挖。为加快施工进度，施工中一般均分槽段跳挖施工，按照投入的施工力量，每层同时施工3段。为保证安全，上一排土钉或锚杆的注浆体养护至少36小时以后方开挖下一层土方。

“护坡桩+内支撑”支护段：土方要在挡土桩和支撑的结构强度达到设计强度的70%后方才开挖。为使得该段的支护结构系统的受力状态不发生异常突变，土方分层、对称开挖，分层厚度小于2.0m，施工时是平行于内支撑由北往南退挖的。为保证支护结构不受到破坏，土方开挖时特别要求挖土、运土的机械设备不得撞击支撑结构，也不得悬空的支撑构件上停放或行走。