饱和粉细砂层深基坑开挖支护技术

饱和粉细砂层深基坑开挖支护技术
何建华
【摘要】深基坑在开挖过程中,易出现塌方、突涌、涌砂、开挖速度慢、支护不稳固等恶劣情况.其主要地质情况表现为河流冲刷层、第四系上更新统冲洪积层、第
四系全新统冲洪积层、粉细砂层、新进沉积层等不良地层.本文通过在深基坑开挖
过程中对支护体系的改进及对开挖方法等一系列技术措施研究,逐步完善开挖方法、支护方法、工序对接等关键技术,使之加快开挖速度,解决在粉细砂地层中开挖速度慢、支护不稳定、塌方面积大等问题.
【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2019(038)011
【总页数】4页(P105-108)
【关键词】深基坑;开挖;支护技术;施工方法
【作者】何建华
【作者单位】中铁十七局集团有限公司,太原030006
【正文语种】中文
【中图分类】TU753
1 概述
1号风井位于东庄站北侧，顶板覆土约6.5m。

区间采用盾构法施工，右线起始里
程K26+750.820，终止里程为K30+186.000，线路总长度为3435.180m。

风井
长为28.2m，宽为13.8m，底板埋深约为32.95m，其中土钉支护段深约4.95m，采用φ110（C25）土钉，间距1200×1200，坡度1:0.5，土钉墙与围护桩间最小平台宽度1.5m；围护桩桩长39m，嵌入深度11m。

风井采用明挖法施工，结构型式为地下五层两跨箱型框架结构，主体围护采用
ø1000@1300围护桩，桩间挂网喷C20射混凝土支护（厚度为80mm）。

风井
主体围护结构采用土钉支护+桩撑支护体系，具体为Φ1000@1300围护桩+7道
支撑及1道倒撑采用ø609，t=16mm钢管+土钉墙支护，其中首道撑为钢筋混凝土支撑，其余为钢支撑。

（图1）
1.1 周边环境及地质情况
本工程北侧距离滹沱河南岸约900m，东北侧有一跑马场，建筑物主要形式为砖混，西南侧为居民用地。

场区处滹沱河中下游地段，沉积着较厚的饱和沙质粉土层，砂层间存在少量卵石、黄土状粉质黏土及礁石层，地质分层表如图2。

1.2 水文地质及地下水评价
图1 1号风井规划图
在场地附近范围内进行勘察钻探，钻深最大深度为60m，未能实测到地下水位。

根据收集附近地下水位资料，拟建设石家庄地铁1号线二期北沿部分存在一层地
下水，类型为潜水，埋深为41~44m，水位标高21~22m。

本工程结构底标高为30.101m，施工时无需采用降水措施。

潜水对混凝土结构本身具有微腐蚀性，在长期浸水的条件下对钢筋具有微腐蚀性，在干湿交替的环境下对混凝土中的钢筋具有腐蚀性。

由于本工程最低标高为
30.101m，距地下水位约10m范围，无需采取降水措施。

2 基坑开挖支护方案
2.1 基坑围护结构及支撑
图2 地质分层图
本基坑采用ø1000@1300围护桩加混凝土、钢支撑支护体系，第一道为混凝土支撑，其余六道为钢支撑，共为七道支撑。

基坑内土方开挖过程中无需降水施工，面层采用挂网喷射C20混凝土支护，厚度为8cm，其结构形式如图3。

图3 基坑支护形式
2.2 土方开挖
2.2.1 开挖原则
图4 第一阶段土方开挖
开挖应分段、分层进行，在完成上一层作业面的锚杆注浆与喷射混凝土之前，不得进行下一层的土方开挖。

开挖和支护施工交替进行。

每步开挖深度为1.2m，严格控制开挖深度，不得超挖，其中遇到砂层时每步开挖深度不得大于1m，如果砂层稳定性较差应进一步减少每步开挖深度。

开挖完成后采用小型机具或铲锹进行削坡处理，使其形成平滑稳定的坡面以便于施工，在修整好的坡面上埋设喷射混凝土厚度的标志，根据土钉的打入斜度修整工作平台，快速进行支护施工。

开挖边坡应尽量缩短边坡土体裸露的时间，速挖速支，确保及时完成开挖和支护。

2.2.2 开挖方法
①冠梁以下土方开挖“横向自西向东分区推进”的顺序进行开挖，第一层直接采用大型反铲挖掘机开挖、直接装车外运。

见图4。

②第二层土方采用中间拉槽开挖（中槽深度3.3m、槽底宽5m，中槽边坡坡率采用1:0.75），并放置挖掘机械进入中槽内。

③待土方开挖至钢支撑下部500mm时，安装钢围檩并及时架设支撑，采取防坠落措施，然后将第三层土方倒至第二层挖掘面，第二层土方挖掘机配合第三层土方挖掘机翻土、转土。

（图5）
④下一层土方开挖至第三道支撑以下0.5m后，安装钢围檩及钢支撑，纵向拉中槽（中槽深度3.3m、槽底宽5m，中槽边坡坡率采用1:0.75），放置挖掘机械进入
中槽内，采用2台反铲挖掘机开挖以下的土方，采用汽车吊进行垂直运输出土。

以此类推至第七阶段。

（图6）
⑤开挖至基坑底以上20cm时,采用人工配合小型挖机进行清土，收尾段土方采用汽车吊垂直出土，最后将小型挖机吊出基坑。

2.3 桩间网喷支护施工
桩间喷射混凝土强度为C20，喷射厚度为80mm。

钢筋网为φ8@150×150，钢筋网采用Φ16钢筋钉锚入土体内固定，长度为1m，竖向间距为1.2m，横向间距与桩间同距，桩内挂网钢筋采用Φ14植筋设置，长度250mm，竖向间距1.2m，锚固在桩内的长度不小于150mm，钢筋网与横向拉筋采用铁丝绑扎链接，横向拉筋与挂网钢筋采用单面焊接。

施工时，边开挖土方、边修坑壁、边喷射C20混凝土，同时人工收面找平。

3 基坑支护
3.1 渗透注浆支护
本工程基坑围护桩采用C35水下混凝土，桩径为1000mm，间距为1300mm，嵌入深度均为11m。

由于本地区处滹沱河中下游地段，土类型均为粉细砂，粒径在0.25~0.65mm之间的占比近70%，在土方开挖过程中桩间土裸露时间过长易造成沙土内水分迁移，水分迁移过多导致土体稳定性降低，为使土层内土体保持在较稳定的状态，在喷射面层混凝土前进行一系列的渗透注浆处理，采取渗透注浆处理可将土体四周形成一个整体，使之渗透系数减小，形成注浆加固圈，让土体更加稳定。

图5 第二阶段土方开挖
图6 垂直运输土方开挖
图7 桩间网喷施工工艺流程
深基坑开挖前在浅基坑四周设置注浆孔进行渗透注浆加固处理，注浆位置均匀分布
在基坑四周，共32个注浆孔，孔深设置为32.95m，孔径为5cm，间距为3.3m，距离基坑围护桩月3m范围内。

渗透注浆在一定压力的作用下浆液在土体中渗透
并凝固，浆液渗透土层空隙后，孔隙中的自由水和气体排出土体外，浆液在注浆过程中由于压力较小对原有土体结构不会造成失稳现象，能使之土体更加的稳定。

注浆后在基坑周边设置地表沉降观测点，对比渗透注浆后累计沉降值的变化速率。

渗透注浆孔孔口排布及注浆口剖面详见图8-图9。

图8 注浆口分布图
注浆后土层中的空隙得到了有效的填充，土体在经过注浆后在不同程度上受到了压缩密实和固结，地表累计沉降值减小，塑性提高。

3.2 桩间网喷支护
桩间喷射混凝土支护是采用C20混凝土，钢筋φ8，间距为150mm的钢筋网片
铺设到桩立面上，相互搭接300mm，利用水平筋和竖向钢筋进行固定，然后喷射混凝土。

在喷射混凝土过程中由于面层砂土裸露时间过长，喷射上去的混凝土随着砂土一同脱落，混凝土不能与土体相互黏贴，造成喷锚面闭合不及时，如遇阴雨天气，面层砂土会被冲刷，导致基坑失稳。

由于在喷射混凝土时面层不同程度的脱落掉渣现象引起质量问题，不能给后期施作防水提供更好的基面，造成防水被挤压破坏。

引起掉渣问题主要表现在土方开挖后基坑卸力，支撑支护不及时，在加上本地区处粉细砂土层，土层中暴露时间过长造成水分流失，使土体失去稳定性，造成轻度流沙现象。

喷射混凝土时喷口距离作业面较近，冲击力度较大，面层失去稳定能力，黏贴性下降。

根据现场实际情况，在网片内部铺设一层0.5mm*0.5mm规格的钢丝网，一是防
止粉细砂土坍塌脱落，二是在喷射混凝土时能与钢丝网粘结在一起，提高喷锚工作效率，使面层减少脱落，具体做法如图10。

图9 注浆口剖面图
图10 填充钢丝网
在每层土方开挖完成后，及时对桩间土进行加固处理，首先在围护桩两侧植入一根C16，长度为40cm的短钢筋，目的是为加固焊接水平筋，把钢丝网放置在钢筋内侧贴住土层，然后在钢筋外侧放置φ8的钢筋网片，随后处理完成后对面层喷射混凝土，喷射时严格按照设计要求进行。

喷射时喷头距围护桩面控制在1.0～1.2m 范围内，风压控制在0.3～0.5MPa，喷射嘴a=90°。

喷头形成螺旋状运动，后一圈压前一圈三分之一，喷射线路要自下而上，呈现“S”形运动。

混凝土喷射分两次进行，第一次喷射厚度3～5cm，第二次喷至设计厚度8cm。

后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，两次间隔时间控制在40～60分钟，操作时严格控制风压。

增设钢丝网后混凝土喷射时粘结力更强，脱落现象减少，面层有效的得到了改善。

4 结束语
本基坑靠近滹沱河中下游地段，土层均为粉细砂土，土层中含水率较高稳定性差。

这些因素直接影响基坑开挖施工速度，喷锚面质量及整体稳定性，从而影响基坑支护结构的施工效果，设计通过基坑四周渗透注浆和网片内增加钢丝网，增强外部土层固结力的同时防止了面层粉细砂土脱落现象，解决了基坑开挖遇饱和粉细砂层土的稳定性。

施工实践证明，本工程通过对饱和粉细砂层桩间网喷钢筋网片内部放置钢丝网和渗透注浆，解决了基坑整体的稳固性及喷锚面的施工质量，由此证明施工解决方法是有限可行的，可为后期同类工程所借鉴！
参考文献：
【相关文献】
[1]杨旭.深基坑工程施工技术分析[J].中国城市经济.
[2]汪豫洲.关于建筑深基坑施工技术的研究[J].中华民居（下旬刊）.
[3]张磊，吴伟中.地铁车站基坑开挖施工技术[J].水利水电施工.。