深基坑工程的支护设计与施工探讨

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深基坑工程的支护设计与施工探讨
林宪章 夏建镐 （ 华升建设集团有限公司， 浙江 宁波 ３１５０１６）
摘 要： 深基坑支护设计与施工是当前城市高层、超高层建筑突显的技术难题。本文结合工程 实例， 从设计方案的选择到
施工、监测， 提供了有益的经验。说明复合土钉在深基坑支护 ， 能减少边坡开挖， 缩短施工工期， 减少基础工程投资， 并通过复 合土钉支护来说明该技术在该工程中的应用， 阐述其在该深基坑中应用的技术特点。
基坑支护方案比较表
根据基坑开挖深度和周围环境条件， 业主邀请了有关专家 多次研讨， 经可行性论证、方案比较、综合分析， 最后确定方案三 具有投资省、施工较容易、能加快施工进度等优点， 故决定采用 方案三， 即采用分级放坡＋ 土钉墙＋ 水泥搅拌桩＋ 高压旋喷桩 复合土钉综合支护的支护方案， 其中现场西南侧、西北侧及西侧 地下一层部分采用土钉支护， 现场东侧和东南角及西南角地下 二层部分采用水泥搅拌桩复合土钉和高压旋喷桩复合土钉。在 基坑支护设计上， 通过稳定性等方面的计算证实设计方案是安 全、可行的， 在设计方案完成后， 再邀请省内著名专家对基坑支
关键词： 软土地基； 深基坑； 复合土钉； 支护设计； 监测； 工程应用
引言 近年来， 深基坑的施工日益增多， 如何在深基坑施工中提高 社 会 、经 济 效 益 ， 是 建 设 者 常 思 考 的 问 题 ， 复 合 土 钉 综 合 支 护 技 术以其独特的性能、简便的工艺、快速的施工、经济的造价， 已经 在全国深基坑支护工程中得到广泛的应用， 取得了巨大的社会 经济效益。本文结合工程实例， 对于利用复合土钉进行深基坑支 护的设计与施工作一探讨， 并对处理效果予以评述。 １ 工程概况 某 工 程 总 建 筑 面 积 １６．８８ 万 平 方 米 ， 基 坑 占 地 面 积 ４２８５０ 平方米， 基坑周长 ８００ 余米， 开挖深度 ７．４３～１０．２３ 米， 土方量达 ２７ 万 立 方 米 ， 整 个 基 础 坐 落 于 ３ 号 土 层 ， 是 软 土 地 基 施 工 中 开 挖面积较大， 开挖深度较深的基础， 属于大型深基坑工程。该工 程的建设规模和基坑开挖面积在省内名列前茅， 其基坑侧壁安 全等级二级。建筑物±０．０００ 相当于黄海 ６．４０ 米， 自然地面平均 高程为 ５．０５ 米。 ２ 深基坑支护设计 基坑支护结构一般由垂直挡土结构和水平支撑结构组成， 设计方案必须满足两方面要求：（ 一） 确保边坡的稳定， 满足变形 控制要求， 以确保基坑周围的建筑物 、地下管线设施、道 路 等 的 安全， 不得引起拟建物四周城市主干道开裂， 影响市区交通； （ 二） 确 保 基 坑 开 挖 顺 利 进 行 ， 并 提 供 足 够 的 地 下 室 施 工 作 业 空 间。 根据地质勘察资料， 对中国轻纺城国际商务中心的深基坑 支 护 ， 参 照 以 往 的 工 程 经 验 ， 我 们 采 用 三 种 方 案 进 行 比 较 ： １、基 坑全部采用自然放坡， 不进行支护； ２、放坡＋ 钻孔桩挡墙＋ 支撑 支护； ３、放坡＋ 复合土钉支护。现将三种方案比较列表如下：
参考文献： ［１］基坑土钉支护技术规程．中国工程建设标准化协会标准， 北京， １９９７． ［２］建筑基坑支护技术规程．中华人民共和国行业标准， 北京， １９９９． ［３］ 余志成、施文华．深基坑支护设计与施工．中国建筑工业出版社， １９９７． ［４］建筑基坑工程技术规范， ＹＢ９２５８－ ９７．冶金工业部建筑研究总院出版 社， １９９８． ［５］浙江省《建筑基坑技术规程》， ＤＢ３３／ Ｔ１００８－ ２０００．浙江省工程建设标 准， ２０００． ［６］ 吴之乃．建筑业 １０ 项新技术及其应用．中国建筑工业出版社， ２００１． ［７］建筑地基基础设计规范， ＧＢ５０００７－ ２００２ ［Ｓ］．
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护设计方案进行论证完善， 以确保工程的质量和安全， 缩短施工 工期， 提高经济效益。
３ 深基坑支护施工 ３．１ 土钉墙支护 土钉墙施工采取分层分段交替穿插进行， 土方开挖与喷锚 施工协调配合， 在沿基坑 ６ｍ 宽范围内自上而下分层、分段挖 土， 及时进行喷锚网支护施工， 开挖深度满足土钉施工要求， 不 得超过相应土钉层距 ０．３ 米， 沿基坑水平向不超过 １５ 米为一施 工段， 不宜太长， 以保证边坡安全和稳定。 ３．１．１ 工艺流程 测量放样→第一层边坡开挖→人工修整→初喷射砼→钻 孔→打设土钉→高压注浆→布钢筋网→复喷射砼→第二层边坡 开挖（ 循环进行， 至坑底） ３．１．２ 主要施工方法 ①土钉设置 采用 Φ４８×２．５ 钢管， 按设计长度下料后， 锚入端用切割机 做成锥形（ 锐角） ， 并将缝隙焊死， 防止锚进土层时泥土进入锚 管； 锚管注浆孔采用电焊设置， 锚管尾部距离注浆孔最近距离为 ２．５ｍ， 注浆孔直径为 ８ｍｍ， 在注浆孔处用角钢（３ｃｍ×３ｃｍ×５ｃｍ） 焊上倒刺， 焊接时必须满焊， 防止钢管锚入时因振动而导致倒刺 脱落。 ②孔位定位 根据每层设计标高， 在已开挖出的工作面两头部分设置竹 签， 再用建筑线将两点连成一条直线， 该建筑线部分为该层土钉 标高位置； 根据围护设计要求， 制作好三角架， 施工过程中， 每施 工 ３ 米， 利用三角架校对一次土钉角度， 确保土钉按设计要求角 度打入。 ③钢筋网片铺设 Φ６．５ 钢筋网片应与边壁保持 ５ｃｍ 距离， 并且固定不出现 晃动， 用钢丝绑扎， 纵向筋插入土中 ３００ｍｍ， 与下一层钢筋搭 接， 铺设时每边绑扎的搭接长度为 ２０ｃｍ； Φ１２ 加强筋压在钢筋 网片上。 ④喷射砼 干喷法， 分片自下而上进行， 喷头与受喷面的距离宜控制在 ０．８～１．０ｍ， 射流应垂直指向喷射面， 在土钉部位应从边壁开始 喷射， 防止出现空隙。。 ⑤注浆 采用注浆泵按低压（ ０．６Ｍｐａ） 方法进行注浆填孔， 注浆的浆体搅 拌均匀后立即使用。开始注浆前、中途停顿或作业完毕后， 应用 清水冲洗管路， 防止管路堵塞。 ３．２ 水泥搅拌桩施工 ３．２．１ 工艺流程 测量定位→第一次喷搅下沉→第一次喷搅上升→第二次喷 搅下沉→第二次喷搅上升→制作试块→清理移机 ３．２．２ 主要施工方法
２００８ 年第 ６ 期
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１） 水平位移累计 ５０ｍｍ； ２） 连续三天的位移速度超过 ３ｍｍ／ 天； ３） 道路沉降累计 ３０ｍｍ； ４） 深层土体位移累计 ６０ｍｍ； （ ５） 观测成果分析 １） 监 测 数 据 填 入 规 定 表 格 ， 及 时 向 项 目 经 理 等 相 关 责 任 人 报告， 每天向监理单位报告。 ２） 每天进行观测成果汇总， 并绘制沉降（ Ｓ） － － 时间（ Ｔ） 关系 曲线图、沉降（ Ｓ） － － 水平位移（ Ｌ） － － 距离（ Ｈ） 关系展开曲线图； ３） 每 三 天 对 绘 制 图 形 及 观 测 结 果 集 中 进 行 讨 论 ， 分 析 变 形 是否过大及是否趋于稳定， 并确定是否需进行采取补救措施。 ５ 效果评价 从检验结果看， 在基坑开挖和地下室结构施工过程中， 临边 地 面 开 裂 ， 土 钉 支 护 边 坡 的 沉 降 、位 移 量 均 控 制 在 预 定 的 范 围 ， 边 坡 稳 定 ， 基 坑 施 工 始 终 是 安 全 、顺 利 的 ， 邻 近 建 筑 构 物 未 发 生 任何实质性的沉降问题， 证明了该基坑支护设计方案是非常成 功的。 ６ 应急措施 ６．１ 土钉墙施工属于隐蔽工程， 为确保能按设计安全有序施 工， 对每道工序进行严格自检， 及时准确把握周围环境的变化， 迅速对异常情况做出合理的处理。 ６．２） 开挖到某一层面时， 若出现土体位移过 大 ， 应 先 将 基 坑 回填掉， 并尽快查找分析原因， 采取补救措施。 ６．３ 坑内土体隆起造成的主要原因是围护体整体滑移， 对于 这种情况， 应先用砂袋或重物在坡脚部分进行回填来压制隆起 的土体， 在利用重物压制隆起土体的同时， 再根据现场实际情况 对围护体进行相应的加固处理。 ６．４ 基坑内保证有一台挖土机可以随时调用， 如发现开挖后 坡顶位移、沉降呈增大趋势且不收敛， 应立即用挖土机挖土向坡 脚回填土方， 直至位移稳定再采取加固措施。 ７ 结语 深基坑支护工程是近二十年来随着城市高层建筑发展而发 展的一门新的实践工程学， 它还有待于理论上的完善， 如何取一 种 在 经 济 、技 术 上 都 合 理 的 支 护 类 型 就 必 须 充 分 考 虑 工 程 环 境 、 地质条件以及工程要求。 该深基坑支护设计， 取得了预期效果。不仅证明了复合土钉 综合支护的设计是成功的， 也充分体现了复合土钉支护技术的 生 命 力 ， 同 时 ， 这 也 为 推 广 应 用 、发 展 复 合 土 钉 支 护 技 术 积 累 了 宝贵经验。与此同时， 复合土钉支护也为土方开挖创造了很好的 施工条件， 使土方开挖方案得以顺利实施完成。 在该工程中采用复合土钉的综合支护具有较大优势， 与一 般的支护结构比可节省费用 ５０％ 以上， 施工技 术 简 单 易 行 ， 且 与土方开挖同时进行， 大大缩短了施工工期， 综合效益显著。复 合土钉的综合支护的方案设计， 不仅要仔细研读工程地质勘察 报告， 还需认真现场探察， 了解周围实际环境情况， 然后选择合 理的技术参数， 进行方案设计。设计过程中， 尽可能采用多种设 计方法进行比较和验算， 与此同时， 应根据施工过程中的实际情 况， 及时调整相关的设计措施， 确保基坑施工的稳定、安全。该基 坑支护设计方案具有广阔的应用前景， 值得推广应用。
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①试打桩 试打桩是确保工程质量的重要环节。因此桩机试运转， 正 确就位， 水泥浆配制质量、成桩直径、钻杆提升速度以及单桩的 水泥用量必须得到预控。 ②搅喷 在确认浆液已从喷浆口喷出的前提下， 向下搅拌、喷浆、钻进。当 钻到设计深度时， 再按试打桩纪要的规定均匀搅喷提升， 重复直 至完成全部成桩工艺。 水泥搅拌桩施工完成后随即进行土钉施工， 中心岛土方开 挖须在水泥搅拌桩养护 ７ 天后进行。 ３．３ 高压旋喷桩施工 ３．３．１ 工艺流程 测量放样→桩基就位→钻导孔→校对桩位、孔深→喷射作 业→提卸钻杆→清洗器具→桩基移位 ３．３．２ 主要施工方法 ①钻机垂直度 钻机就位后， 采用水准管进行水平检测， 确保钻杆轴线对准 钻孔中心位置， 喷射注浆管的倾斜度不得大于 １％。 ②钻孔 钻孔采用 ＧＤ－ ２ 型钻机进行钻孔施工， 钻孔定位采用二次 复核法进行保证， 即由测量员在钻机进场之前， 根据围护设计图 纸确定大样位置； 在钻机走机到位之后， 再由测量员对桩位进行 二次复核， 确保钻孔位置满足设计要求。 ③高压喷射注浆 在达到设计深度前一个小时， 按设计配合比制备水泥浆液， 当钻杆达到预定深度后， 将高压泵送水改为送浆， 为保证桩底有 足 够 的 水 泥 浆 量 ， 应 停 喷 ３０ 秒 ， 然 后 由 下 而 上 进 行 高 压 喷 射 注 浆。 ④冲洗 施工完毕， 将机具冲洗干净， 管内机内不得残留水泥浆。 ４ 基坑施工监测 为确保基坑设计方案切实安全可行， 在施工过程中， 使周围 已有建筑物、市政设施、地下管线等不受损伤、少受干扰 ， 必须在 基坑施工过程中进行 ２４ 小时的系统监测， 及时掌握基坑围护及 土方开挖中围护结构、周围土体的受力与变形情况 ， 尤其对道路 的影响程度， 以便在监测信息指导下， 及时采取有效措施， 随时 掌握基坑围护结构的位移、沉降、受力水平及周围建筑物的动 态， 使基坑处于安全监控中。 ４．１ 监测内容 沉降监测、位移监测、深层监测以及基坑周边等的变形观 测。 ４．２ 监测点设置 ４．２．１ 设置地表沉降、位移观测点总数为 ５０ 个。 ４．２．２ 深沉土体位移监测孔总数为 １２ 个。 ４．２．３ 监测方法 （ １） 沉降监测 采用精密水准测量方法进行， 沉降观测点直接设置在土体 坡面上， 并在远离基坑或稳定的位置设置基准点。 （ ２） 位移监测 采用 Ｅｔ－ ０２ 电子经纬仪进行量测， 深层土体位移使用测斜仪。采 用轴线投影法在两个稳定的基准点之间连线为基准线， 量测差 值和累计位移量。 （ ３） 肉眼巡检 在基坑施工期间， 派有经验的工程师对基坑内土体及周边 情况进行 ２４ 小时巡查， 巡检工作列入观测计划， 按期进行， 并保 持记录。 （ ４） 观测预警值