深基坑综合支护技术应用

　　摘要：介绍施工中所采用的轻型井点降水方案。

　　关键词：深基坑;边坡锚杆;护坡桩;止水帷幕;预应力锚杆;轻型井点

　　Abstract: This paper introduced the well point dewatering program used in the construction.

　　Keywords: deep pit; slope anchor; slope pile; waterproof curtain; prestressed anchor; light well point

　　中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：2095-2104(2012)06-0020-02

　　随着我国城市建设的不断发展，对深基坑工程的设计与施工提出了更严格的要求，不仅要确保边坡的稳定，还要满足变形控制的要求，以确保基坑周围已有的建筑物、地下管网及道路的安全。

　　建筑物基坑开挖时，传统的方法是采用井点降水的施工方法，如果降水的效果不理想时，将会使临近的建筑物基础下的土体随降水水流流动而损失，甚至掏空，随着降水的时间及深度增加，有可能破坏临近建筑物的基础，导致建筑物开裂、倾斜，甚至酿成安全事故及造成巨大的经济损失。

　　随着施工技术的进步发展，越来越多的基坑施工，尤其是周围建筑物多、管线复杂、面积大、降水效果不佳的基坑一般都少采用井点降水的施工方法，转而采用灌注桩止水帷幕的施工方法。

　　传统的放坡、土钉墙等支护方式，具有成本低、施工速度快的特点，但难以保证周边建筑物的安全;而桩锚、内支撑等支护方式，安全性好，但成本较高，施工速度难以满足工期要求。因此，综合支护技术具有在确保安全的前提下，工期较短，成本较低等特点。使得深基坑综合支护成为具有较大发展的新的基坑支护方式。

　　1. 工程概况

　　某商业楼工程,框架结构，地上5层，地下2层,总建筑面积为15836 m2 ,地下室周边总长约270m ,室内±0.000相当于绝对高程为23.000,室内外高差0.15m，基坑开挖深度为11.05m。

　　2. 工程特点

　　本工程属新建项目, 东邻施工现场道路，地下有一条输水管线。西侧为疃里一区居民楼, 距基坑边缘仅4.5m。基坑南侧为疃里大道, 距离基坑边21m;。北面50m处为一栋5层在施工程，环境条件复杂。本工程基坑开挖深度达11.05m深， 且基坑边坡土层复杂, 物理力学性能差。在标高-7.8m以下为沙层, 如何保证深基坑开挖及边坡稳定是该工程的重点。基坑周围环境情况如图1所示。

　　3. 工程水文、地质条件

　　3.1 工程水文条件

　　从该场区内的岩土工程勘察报告所显示岩土工程勘察期间(2004年5月底~6月上旬、2005年8月)用钻孔探测到地下水埋深为5.80～15.30m(标高为12.36～15.48m)，地下水类型为潜水。

　　3.2 地质条件

　　拟建工程场地按成因年代可划分为人工堆积层、新近沉积层和第四纪沉积层三大类，并按岩性及工程特性进一步划分为7个大层及其亚层。工程地质剖面图所示,现按自上而下顺序，对各地层分述如下：

　　1 表层为人工堆积层(厚度一般为0.00～7.80m)，岩性包括砂质粉土填土①层，天然密度ρ=1.71g/cm3，粘聚力c=10kPa,内摩擦角φ=15º;炉灰①1层;粉砂填土、细砂填土①2层;房渣土、碎石填土①3层;粘质粉土填土、粉质粘土填土①4层, 天然密度ρ=1.88g/cm3，粘聚力c=20kPa,内摩擦角φ=10º。

　　1 人工堆积层以下为新近沉积的粉砂、细砂②层;砂质粉土、粘质粉土②1层,天然密度ρ=1.72g/cm3，粘聚力c=22kPa,内摩擦角φ=26.5º;粉质粘土、粘质粉土②2层,天然密度ρ=1.79g/cm3，粘聚力c=38kPa,内摩擦角φ=16º;粘土、重粉质粘土②3层,天然密度ρ=1.83g/cm3，粘聚力c=40kPa,内摩擦角φ=15º;粉质粘土、粘质粉土③层，天然密度ρ=1.96g/cm3，粘聚力c=32kPa,内摩擦角φ=17.6º;粘质粉土、砂质粉土③1层, 天然密度ρ=1.87g/cm3，粘聚力c=28kPa,内摩擦角φ=27.6º; 粉砂、细砂③2层;重粉质粘土、粉质粘土③3层, 天然密度ρ=1.85g/cm3，粘聚力c=60kPa,内摩擦角φ=11.5º;粉砂、细砂④层;砂质粉土④1层, 天然密度ρ=1.89g/cm3，粘聚力c=10kPa,内摩擦角φ=25º;细砂、中砂⑤层。

　　1 新近沉积层以下为第四纪沉积的中砂、粗砂⑥层，圆砾⑥1层;中砂、粗砂⑦层;粉质粘土、重粉质粘土⑦1层, 天然密度ρ=1.95g/cm3;粘质粉土、砂质粉土⑦2层,天然密度ρ=1.97g/cm3。

　　4. 降水方案

　　基坑的开挖施工，无论是采用支护体系的垂直开挖还是放坡大开挖，若地下水位较高，就涉及到地下水对基坑施工的影响。由于开挖后，槽底低于地下水位，土体的含水层被切断，在压差作用下，地下水便会从坑外或坑底不断地渗流入基坑内。如不进行基坑降排水工作，将会造成基坑浸水，现场施工条件变差，地基承载力下降，在动力水压力作用下，还可能引起流砂，管涌或边坡失稳现象。

　　因此从基坑开挖施工的安全角度出发，对于基坑开挖，坑内被动区土体由于含水量增加导致强度、刚度降低，对控制支护体系的稳定性、强度和变形都是十分不利的。从施工角度出发，在地下水位以下进行开挖，坑内滞留水一方面增加了土方开挖的难度，另一方面亦使地下主体结构的施工难以顺利进行。而且在水的浸泡下，地基土的强度大为降低，也影响了其承载力。

　　所以为了保证本工程基坑开挖的顺利进行，同时保证地下主体结构施工的正常进行，故需采取降低地下水位的措施。首先可以防止基坑坡面和基底的渗水，保持坑底干燥，便于施工。其次可增加边坡和坡底的稳定性，防止边坡上或基底的土层颗粒流失。还可减少土体含水量，有效提高土体物理力学性能指标。并且可提高土体固结程度，增加地基抗剪强度。

　　根据本工程的实际情况，采用轻型井点降水，基坑开挖时也应设计明沟，但它只是收集基坑中和坑壁局部渗出的地下水和其它施工中的地下水。地下水位的最高处为-5.8m,基槽底标高为-11.02m;地下水位应降到基底标高以下50~100cm处即可。

　　4.1 排水方案设计

　　(1) 排水沟和集水井设置在基坑内距围护结构0.5m处。

　　(2) 基坑中的明沟与集水井随基坑的不断开挖而逐步加深，其离开支护结构不小于0.3m，明沟的断面采用梯形，其沟底宽度为0.3m。

　　(3) 保证集水井设置在基坑角或每隔30-40m设一个，其直径为0.5m，深约1m，井底铺0.3m厚的砾石，以防泥沙填塞水泵。

　　(4) 排水沟与集水井保持一定高差，集水井应比排水沟低1m，排水沟应比挖土面低0.3~0.5m。用潜水泵将集水井中的水排至基坑外部，并且防止排出的水流于基坑内。

　　(5) 雨季施工应随时检查现场的排水系统，保证水流畅通。

　　(6) 抽水设备的选用：根据涌水量的计算结果，本工程决定选用的水泵类型为QY-15型潜水泵。

　　4.2 轻型井点降水方案

　　u 考虑到本工程实际情况,我们准备采用轻型井点降水的方案，进行基坑降水施工。轻型井点系统由真空泵、总管、支管、阀门、井点管、滤水管等组成。

　　u 井点的布置

　　井点布置如下：井点管间距10米，井深18m，井点管距坑壁0.7~1.0m。具体位置见图5。

　　u 施工工艺：

　　5. 基坑支护设计方案

　　5.1 基坑支护总体方案

　　(1) 由于西侧距离附近建筑物太近, 且为将来施工场地考虑, 不具备放坡条件。

　　(2) 护坡方案必须绝对安全可靠, 尽量减小土体侧移, 防止周边土层开裂引起已建成建筑物倾斜。

　　(3) 因本工程工期要求紧, 因此, 要求基坑支护不仅要速度快, 而且要尽量为后续工程如土方开挖、基础施工、地下室施工创造良好的施工条件。

　　(4) 必须考虑经济方面的投入。

　　通过上述分析, 根据土质及现场场地情况综合考虑确定护坡方案为商业楼北、东、南侧采取放坡开挖、土钉锚喷支护，局部加设预应力锚杆。第一步放坡坡度1：0.6，第二步放坡坡度1：0.4。西侧采用护坡桩加锚杆综合支护形式，桩间止水帷幕与护坡桩咬合、锚喷支护。

　　5.2 土钉喷锚支护部分

　　基坑北侧、东侧、南侧部分采用土钉墙支护形式。上部1.5m面层挂钢板网，喷射砼厚50mm，其他为注浆土钉墙，土钉墙面层挂钢筋网，喷射砼厚80-100mm。土钉末端为弯钩状。并根据现场实际情况在薄弱处增加预应力锚杆，杆体采用一根1860钢绞线、拉力值为150KN，倾角为15-25°、间距1.4m。单根钢绞线相应处作暗梁，以保证边坡安全(间距1.5米)。

　　东侧距基坑上边缘1.1米处有一埋深1.8米的给水管线，为避免基坑水平位时引起的管线漏水现象出现，在-2m处采用预应力锚杆加固的方法。杆体采用一根1860钢绞线、长度为11米自由段4米、张拉至8KN，倾角为15-25°、间距1.5m与钢腰梁拉紧。

　　土方分二层开挖(标高分别为-6.5m和-11.02m,划分区域制定严密紧奏的开挖路线, 优先提供支撑和锚杆的工作面, 保证土方开挖和锚喷施工互不影响。

　　土钉墙施工工艺：土方开挖→人工修坡→安放锚筋→编网→焊接压筋→喷射砼

　　土钉施工采用人工砸入，土钉孔位偏差不得大于200mm。当成孔过程中遇有障碍需调整孔位时，不得损害原定支护的安全程度。土钉注浆液为素水泥浆，水泥标号为普通硅酸盐32.5#，水灰比为0.5，面层采用Φ6.5@200×200mm的钢筋网片作骨架，每层土钉端部压1根Φ20水平通长钢筋，水平钢筋与土钉端头弯勾焊牢固定。土钉端头做90°弯勾，勾长200mm。安装时搭接长度不得小于20mm，后焊接竖向压筋、横向压筋，压筋搭接焊长度不得小于10d(单面)。如图4所示。面层内的钢筋网应牢固固定在边壁上，可用插入土中的钢筋固定，其保护层厚度不得小于2cm。检查网片合格,做好保护层后喷射砼。

　　喷射混凝土强度等级C25。现场人工搅拌，搅拌时将砂、石、水泥按施工配合比(1：2：2)搅拌均匀，粗骨料最大粒径不得大于12mm，水灰比不得超出0.45，原材料应严格过磅以控制施工配合比。坍落度以喷射时不塌坍为标准。上层施工完毕不小于12h后，方可进行下层施工。

　　为保证工程安全顺利, 在基坑周边设置位移观测点、沉降观测点、倾斜观测点、水文观测点,进行连续的观测。

　　5.3 护坡桩加锚杆综合支护

　　(1) 根据工程地质条件及基坑开挖深度,为保证有效的截水挡土作用, 为基坑土方开挖创造有利条件, 基坑西侧部分采用护坡桩加锚杆联合支护形式，其中15-24号桩，桩径1200mm、桩长20.5m、桩间距1.5m，桩间锚喷支护。其他处护坡桩桩径800mm、桩间距1.4m、桩长15.5m。配筋为主筋Φ22，箍筋Φ6.5。

　　(2) 护坡桩施工采用反循环钻机成孔、后插钢筋笼水下灌注混凝土的方法进行施工。

　　施工工艺：测量定位、复检及预留桩孔→钻孔→钢筋笼加工→钢筋笼吊放→清孔→混凝土浇筑

　　(3) 为了减少基坑侧壁及坑底地下水流入基坑，采用旋喷桩止水帷幕。旋喷桩止水帷幕是由单个旋喷桩互相咬合并与护坡桩交接形成。桩径500mm，与护坡桩间咬合15cm。护坡桩、止水帷幕均采用商品混凝土，强度等级为C30，水灰比不大于0.50。

　　(4) 本工程开挖深度较大，土压力、地下水压力大, 为增加西侧护坡桩的稳定性, 深基坑土方开挖时在-3.5m和-5.3m处设二排预应力锚杆，杆体采用三束7Ø5(1860级)钢绞线，拉力值为450KN，倾角为15~25º，间距1.4m，一桩一锚，杆体中间插入塑料管，钢筋骨架设固定管架，间距2m。如图6所示。骨架长：自由段+锚固段+锚锁张拉长度。第一排锚杆长21m，第二排锚杆长度16米，共76根与25a槽钢拉紧，槽钢连接处焊接。根据以往本地区的施工经验，预应力锚杆采用较为常规的“螺旋钻干作业”的成孔方法，其施工工艺流程。

　　5.4 其他设计内容

　　(1) 支护桩桩身、帽梁的混凝土强度等级为C30。

　　(2) 锚杆注浆采用纯水泥砂浆，水灰比0.5，采用P.O32.5水泥，水泥浆浆体强度≥20MPa，待锚固体强度达到15MPa后，进行锁定张拉。

　　6. 监测要求及监测结果

　　为确保整个工程的安全，从土方开挖开始就要严格监测基坑周边的变形，直到土方回填完成为止。只有对基坑支护结构、基坑周围土体与地下水动态以及相邻的建筑物与地下管线等进行综合、系统的监测，才能及时了解边坡的稳定情况并作安全性评估，以确保基坑安全。

　　基础部分全部施工完成后的观测结果：土钉墙最大水平位移13mm，一般位移仅6mm~8mm;护坡桩综合支护体系最大位移18mm，大部分位移仅为8mm~11mm。邻近建筑物最大沉降为2.3mm，未发现任何明显的沉降、位移、开裂等现象。

　　7. 实施总结

　　工程在经历了一个雨季的考验后没有受到诸如塌方、沉降、位移过大等变形的影响。工程从2007年4月开始护坡桩施工, 到同年5月底完成所有基坑支护及土方开挖工作,挖土约5万立方。实践证明,本工程应用轻型井点降水、边坡喷锚、护坡桩与止水帷幕和预应力锚杆组合支护方案完全达到了方案选择时预定的目标。

　　由于在不能放坡部位正确选用了护坡桩、止水帷幕和预应力锚杆组合支护的方案, 不仅后续工程施工基本未受影响, 且基坑位移也得到了有效控制。保证了基坑周边土体的稳定。东侧给水管线加固后未出现任何状况。

　　8. 结束语

　　该深基坑工程，在工期紧、任务重、环境和地质条件都十分复杂的条件下，保质保量的完成了施工任务。边坡位移控制在设计安全范围内，临近建筑物无下沉、无裂缝、无倾斜，管线及通信设施完好无损。

　　土钉喷锚和护坡桩、止水帷幕、预应力锚杆组合支护技术的应用，综合造价低、工期短、安全可靠的特点，在地质条件恶劣，环境条件复杂的情况下更显其特点。