超大超深复杂基坑支护综合施工技术

超大超深复杂基坑支护综合施工技术
1、工程概况
XX中心工程（会议中心）建筑面积约60808m2。

地下一层、地上4层，局部六层。

基础形式为独立桩承台及倒桩承台筏板基础，基坑面积约7500m2，为半地下室结构，呈扇型布置。

本工程室内±0.000相当于绝对标高高成89.5m，现场场区自然地面标高为90m，基坑底板、承台底标高为-6m、-7m、-9m，浅基坑承台底标高为-3.50m，基坑开挖深度在7-9.5m之间，深浅基坑高差在4.5m-6.5m。

基坑平面布置示意如后附图1所示。

工程地质情况：
(1)．素填土，粉质粘土为主，局部分布有杂填土，层厚0.3m~1.9m；
(2)．粉土（新近堆积）②1，混有砂土颗粒，夹有粉砂薄层，层厚1.3m~3.5m；
（3）．粉土（新近堆积）②2，表层有一流塑状粉质粘土薄层，层厚3.3m~5.7m，层底埋深6.6m~9m；
（4）．粉土③1，混有砂粒，有粉质粘土透镜体，层厚1.8m~5m，层底埋深9.0m~13.2m；
（5）．粉质粘土③2，可塑~软塑，局部有高压缩性土，层厚0.5m~3.6m，层底埋深11m~14.6m；
（6）．粉土③3，中压缩性土，层厚0.4m~3.5m，层底埋深13.5m~16.3m；
（7）．粉土③4，可塑~软塑，有机质含量平均值 7.1%，属有机质土，层厚0.6m~3.4m，层底埋深14.9m~18.0m；
（8）．粉土③5，含砂粒，为中压缩性土，层厚0.4m~5m，层底埋深16.2m~20.2m；
（9）．粉细砂，上部混有粉土颗粒，层厚1.1m~5.1m，层底埋深19.2m~22.2m。

本工程地下水位较高，位于自然地面以下3m左右，土质表层2m左右是回填杂土层，往以粉土和粉土粘土为主。

本工程基础施工正处于雨季，必须采取可靠的措施来降低地下水位，同时必须采取必要的措施保证雨水顺利排放，保证施工期间的安全可靠。

2、施工方案选型及可行性分析
2.1施工方案选型
根据该工程地质勘探报告显示，该工程土层构造较为复杂，在深度25m-28m 之间存在粘土构造层，该土层属于隔水层，通过前期降水试验，在该土层降水曲线属于明显的“双漏斗”形状。

该工程四周没有重要建筑物，对于基础埋置深度在3.5m-9.5m之间的基坑深度，在支护结构选型上有以下方案：
基坑侧壁安全等级为二级，对基坑侧边变形控制指标为：基坑坡顶、垂直沉降、边坡整体位移三项监测数值控制在60mm、80mm、60mm。

对于基坑深度在6m-8m的部位支护方案主要有排桩、土钉墙、深层搅拌桩，基坑深度在3.5m-5m 之间的部位可以采用土钉墙、放坡或密目网砂浆固面等方法。

2.2实施难点及可行性分析
2.2.1支护设计实施难点
（1）雨季施工季节的影响
由于基础部位施工正处于7-9月份雨季期间，对于土层以粉土、细砂土为主来讲，要防止地表水侵入土层，对支护结构造成不利影响；另外对于土钉墙支护、深层搅拌桩及砂浆固面结构影响较大，因此必须采取可靠的排水措施，以确保地表水及基坑内存水及时排出。

（2）多变复杂土层结构对支护结构的影响
根据现场实际开挖土方土层结构来看，上表以回填杂土为主，厚度在2m左右；下层存在黑色淤泥、细砂层，底层土多为粉土、粘土层，这些不同复杂土层对支护结构都有较大影响。

（3）工期紧。

该工程由于前期临时设施拆迁、图纸修改等因素，实际土方开挖在2003-7-20才开始施工，恰又处于雨季，工期及施工环境比较严峻，这对支护结构方案选择造成一定的影响；另外经济指标业主控制严格。

（4）高地下水位对支护结构的影响
本工程地下水位高，地下水对缺少帷幕结构的支护形式如土钉墙、砂浆固面等来讲是致命的，即使采用复合土钉墙体系，由于土钉锚杆比较密集、土层以沙土为主的结构来说，也容易产生管涌、流沙及边坡失稳等事故，因此必须采取可
靠的手段，保证降水效果，能够满足支护结构选型需要。

（5）多变深浅复杂基坑交叉多，支护结构施工难度大
深浅基坑高差在4.5m-6.5m之间，交叉长度达到150m左右，浅基坑以独立桩承台为主，因此在该部分土方开挖既要保证深浅基坑土方开挖安全，又要保证土方开挖不能够破坏原浅基坑土层结构。

同时会议中心工程为不规则形状，定位及支护结构施工难度都很大。

2.2.2支护结构可行性分析
根据现场周边环境及支护结构施工特点，结合工程实际情况，最终确定以下施工方案：
降水方案：根据现场抽水试验的结果，确定以大口径深井降水为主，局部根据实际情况采取轻型井点降水作为辅助。

降水井直径600、布置间距20m、深度25m呈梅花型布置，另外在周边及基坑中央设置6口观察井。

深基坑支护方案：深度在5m～9.5m的深基坑区域，支护形式采取土钉墙为主；深浅交叉区域采取深层搅拌桩为主；浅基坑区域以砂浆固面支护形式作为补充。

可行性分析：根据以上支护结构形式，我们认为在方案选择上是可行的，首先施工速度较快，其次质量容易控制，能够得到保证，另外经济造价低廉。

在支护结构安全上，我们选择了二级安全等级，为了保证施工雨季期间的安全，分别在基坑边、局基坑5m设置变形观测点，随时掌握基坑变形情况。

3、支护结构设计
支护形式主要有以下三种，即土钉墙、深层搅拌桩、喷射混凝土固面，平面分布如后附图2所示。

对于砂浆固面做法属于构造做法，按照相应规范执行。

对于深层搅拌桩和土钉墙要进行设计计算。

土钉墙其结构类似于重力式挡墙，将拉筋（又称为土钉）利用人工或机械成孔植入土体内部，并在坡面上喷射混凝土，形成土体加固区域共同作用，从而形成支护体系。

土钉墙主要计算控制指标承载力如下：
单根土钉抗拉承载力应满足1.25γ
0T
jk
≤T
uj
ξ其中γ
为基坑侧壁安全重要系数，
本工程取二级，系数1.0；T
jk 第j根土钉受拉荷载标准值；T
uj
第j根土钉抗拉承
载力设计值；单根土钉受拉荷载标准值按照下公式计算：
T jk =ξе
ajk
S
xj。

S
zj
/cos
αj
ξ—综合系数，与土层内摩擦角、放坡角度有关；е
ajk
—第j个土钉位置处的基坑水平荷载标准值；
S xj、S
zj——
第j个土钉与相邻土钉的水平、垂直间距；
本工程侧壁安全等级为二级，土钉抗拉承载力设计值需要通过试验确定。

在本工程中现场进行了四组不同土层土钉抗拉承载力试验，现场分别在距地面1.5m、2.5m、3.5m、4.5m深度进行，实验用钢筋采用二级、直径25，试验值经过实际测量分别为7.95kN、21.12KN、36KN、59KN，分别比理论实际计算大10.7%、16.25%、3.75%、25%。

根据实际进行调整，在5米深度范围内采取4层土钉、7米范围内采用6层土钉，9米范围采用8层土钉。

土钉长度为深度的1-1.5之间，经过修整，土钉直径调整为φ22、φ20。

土钉墙支护剖面如图3所示
100厚C10素砼护面
土钉墙支护实体如图4所示（照片一、照片二）
图 3
照片一照片二
图4 工程照片
同时需要演算基坑底承载力，对于软弱土层承载力不满足的情况下，需要对基底土进行加固，常用的加固方法主要有水泥土桩、高压注浆、置换土层等方法。

计算软件采用PKPM电算软件，计算过程略。

4、主要施工方法
4.1土钉墙
①土钉墙施工时，上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工。

②基坑开挖和土钉墙施工自上而下分段分层进行。

在机械开挖后辅以人工修整坡面，坡面平整度的允许偏差为±20mm，在坡面喷射混凝土支护前，先清除坡面虚土。

③土钉墙施工顺序如下：
开挖工作面→修整边坡→埋设喷射混凝土厚度控制标筋→喷射第一层混凝土→钻孔安设土钉→注浆→安设连接件→绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土→设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。

④喷射作业根据土方开挖顺序分段进行，同一分段内喷射顺序自下而上一次喷射厚度为40mm；喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离宜0.6~1.0m；喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间为3~7h。

⑤喷射混凝土面层中的钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层厚度为40mm；钢筋网与土钉采用承压板焊接相连。

⑥采用水泥净浆的水灰比为0.5，水泥浆随拌随用，一次拌合的水泥浆必须在初凝前用完。

⑦注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净，注浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路；注浆时，注浆管应插至距孔底250~500mm处，孔口部位设置止浆塞及排气管；土钉钢筋设置定位支架。

4.2深层搅拌桩
①水泥深层搅拌桩采取切割搭接法施工。

在前桩水泥土尚未固化时进行后序搭接桩施工，施工开始和结束的头尾做搭接加强处理。

②深层搅拌水泥土桩每米水泥掺入量不小于60kg。

③水泥深层搅拌桩采用浆喷工艺。

4.2.1支护结构质量控制标准
①锚杆及土钉墙支护工程质量检验标准如表1所示
表1 锚杆及土钉墙支护工程质量检验标准
②水泥土桩质量检验标准如表2所示
表2 水泥土桩质量检验标准
4.3砂浆固面
边坡按照1：1放坡，坡面人工清理平整，对局部缺陷部位软弱土层清理干净。

采用密目钢丝网满铺，与土层接触面留置25mm保护层，钢丝网采用Φ12钢筋、间距600、长度1200梅花型打入土层固定。

面层用1：2.5水泥砂浆罩面。

固面层施工完毕后，及时洒水湿润。

5、控制措施
5.1降水效果必须达到设计要求
对于选用的支护结构来讲，水对支护结构的安全影响最为严重，因此降水效果的好坏直接影响到支护结构的安全使用。

本工程中采取深井降水，每天观测水位变化情况，准确掌握了水位情况，由于前期采取了抽水试验，测定不同土层的渗透系数及深井降水的影响半径，为降水工程提供了可靠的一手资料，降水工程实施顺利，效果也达到了预期目标。

5.2地表雨水防水措施
对于土钉墙支护结构，变形是必然的，也必然在地表产生裂缝。

如果不对这些裂缝及时有效的处理，会加剧裂缝的变化。

因此在施工中加强对地表裂缝的观察及处理。

由于雨季及地下降水的影响，有效的防水措施是保证基坑安全的重要措施。

实际施工距基坑6m设置专用排水沟，基坑边与排水沟之间采取混凝土硬化，并施工成5%坡面，及时有效地将地表雨水及基坑雨水抽出排放。

5.3基坑变形、位移监测
分别在基坑坡顶面、间距15m和距基坑6m设置变形观测点，土方开挖期间每天观测两次，土方开挖完成后每天观测一次，发现超出规定的变形及时处理。

实际施工中由于加强了监测，个别部位变形超出了控制范围，及时采取了加固措施，有力的保证了基础施工顺利进行。

5.4土钉墙施工注意事项
（1）土钉墙土方开挖放坡坡度控制在1：0.2，坡面人工修整平整，对于软弱土层要清理干净，局部缺陷较大部位要采取换土方法，进行加强。

（2）严格按照分层开挖、分层支护、上层支护强度达到70%设计强度后，才能再往下继续开挖的原则执行，每层开挖深度不超过2.2m，严禁超挖，更不允许一次开挖到位。

（3）土方开挖、基坑支护、变形观测要紧密配合，发现异常情况，及时上报，并及时处理。

（4）喷射混凝土强度按照规定及设计要求，要检测强度，可以采取同类施工方法，做一500×500模块，作成试样，喷射完成初凝前及时修边、养护，作成标
准试块，进行实验。

6、结束语
该工程支护结构方案由于选择合理，实施过程中监督和监测到位，整个基础施工较为顺利。

从土方开挖开始，仅用了70天时间就全部完成了复杂的基础部分施工。

在经济方面，采取相对低廉的支护形式，造价相对较低，支护总费用不超过350万元，经济效果明显。

通过对XX中心工程复杂、不规则形状基坑支护方案的实施，我们认为在复杂土层、深度多变、深浅交叉不一的不规则结构施工，要采取多方面可靠的保证措施，降水工程、监测、过程控制、支护结构施工、季节性施工等诸多因素，必须周密部署，科学安排；同时对于复杂土层，最好要进行实际试验，掌握第一手资料，对保证设计安全性、经济性都有重要的意义。

同时在该工程支护工程实施中，充分体现了试验—总结—分析—措施—实施—信息反馈—再提高的科学工作思路，为今后施工同类项目积累了丰富经验。