浅谈某小区工程的深大基坑支护施工技术

摘要：本文介绍某小区工程的基坑支护方案,阐述灌注桩排桩支护及喷射砼桩间土拱的施工技术与支护效果。

关键词：排桩支护；灌注桩；喷射砼；桩间土拱

l 工程概况

某小区为地上四栋单体17层（地下1层）的高层住宅，总建筑面积75663.4平方米，连体深大基坑面积为24867m2，基坑开挖深度6.4～8.1m。基坑南侧和北侧为七层住宅楼，最近离边坡顶7m，东侧为菜地，南侧离西区施工区约13m，基坑最深开挖处为南侧。

2 地质概况

2.1 工程地质条件

工程岩土工程勘察报告显示岩土层分布如表1：土层物理力学性质指标表。报告显示基坑底的土层为④⑤⑥⑦⑧，支护桩桩端进入的土层为⑤⑥⑦⑧。

2.2 水文地质条件

地下水分为上、下两层，上部主要含水层④泥质卵石层，富水性强，稳定水位埋深0.50～3.00m，补给来源为大气降水和地表水；下部为石灰岩岩溶地下水，富水性强，具有承压性，埋深7.50～8.50m，受大气降水和地表水的补给。

3 支护方案的选择与设计

3.1 方案选择

本工程基坑开挖较深，综合场地地面及地下管线条件，力求保证基坑侧壁稳定及后续施工的顺利进行，同时考虑工期、材料、设备、人工以及环境角度等因素及支护工程造价的合理性，结合本地区深基坑支护工程设计与施工的实际经验，经过多方案综合考虑和反复比较，最后确定采用灌注桩进行“排桩支护”，桩间采用喷射砼土拱。

考虑工期及场地条件，本工程灌注桩采用了两种桩型，一是液压高频振动沉管桩机振动沉管挖土成孔灌注桩，优点是能够就地成桩、施工简便、环保少污染，成桩速度快，因只适宜在空旷处作业，而本工程西侧及南侧为空地，故采用此桩型；另一种为泥浆护壁冲孔灌注桩，此桩型作业对场地要求不高，但施工速度较慢,主要北侧及东侧的采用该种桩型。

3.2 支护方案设计简介

根据设计方案，基坑支护分段进行，支护结构布置见图1。

基坑支护形式主要为排桩支护，局部采取放坡。

3.2.1灌注桩排桩支护

采用灌注桩，根据各边坡线及地质情况水平桩距1500～2000，桩径1000，桩长15～18m。

钢筋笼主筋基坑侧为6C25，挡土侧对应悬臂桩长度按9C25、10C25、6C25布筋，桩与边坡交接处配4C20，加劲箍为C16@2000，箍筋为10@100，桩身混凝土强度等级C30。

3.2.2 桩间土拱

桩距1500时，桩间土拱做法如图3：桩间土拱做法1。

桩距2000时，桩间土拱做法如图4：桩间土拱做法2。

桩间土拱喷射砼做法：喷射砼厚度80，配16＃钢丝网，钢丝网用C16钢筋钉入土层固定，如图3、图4 所示。

3.2.3 冠梁

冠梁截面：1100×800；配筋：高度方向5C20，宽度方向3C16,双向四肢箍8@100。

3.2.4支护体系的安全性

采用北京理正深基坑支护结构设计软件F-SPW5进行设计计算，基坑侧壁安全等级为二级，安全系数为1.0，基坑周围堆载取10KPa。西侧、北侧活载考虑为20KPa，南侧考虑汽车荷载在基坑外8m，支护验算满足支护安全要求。

支护方案通过了专家组认证。

4 支护结构的施工

本工程灌注桩采用了两种桩型，两种成桩方式，一是西侧及东侧的支护桩采用QD160液压高频振动沉管桩机振动沉管挖土成孔灌注工艺；二是北侧及东侧的支护桩采用GPS1500冲孔桩机的泥浆护壁冲孔成孔灌注工艺。

4.1支护桩的施工

4.1.1 振动沉管人工取土成孔灌注成桩工艺

⑴施工工艺流程。测量定桩位→桩机就位→沉护筒管→人工取土→安放钢筋笼→拔管、浇筑混凝土→桩机移位

⑵主要施工工艺。①桩机就位:复核确认好桩位，调整好沉管的垂直度再进行沉管。②沉护筒管：利用高频液压振动锤将钢护筒沉入地下，当桩管沉至设计标高时停止沉管；本工程因桩距小于3.5倍桩径采用跳打法施工，采取了隔2打1的做法。③人工取土：人工洋稿开挖，电动葫芦出土。采取的安全措施：空压机向孔内通风换气后，人员才下孔作业；10m以上深孔作业时，保持向孔内通风，通风量不少于25L/s，以防止急性中毒事故发生；孔内使用安全电压照明； 人员上下采用软爬梯。④安放钢筋笼及导管：钢筋笼通长布置，钢筋笼接头使用直螺纹套筒机械连接，接头错开，纵横钢筋交接处采取焊接，保护层70mm厚度控制采用主筋侧向按3m一道焊接弓形撑架的方式，钢筋笼分节吊放在孔口进行连接。钢筋笼固定在钢护筒上，浇捣过程保证不浮起不下沉。⑤拔管、浇筑混凝土。按计算好的灌注量将混凝土料用套管投入到孔内后，即进行振动拔管。施工中拔管灌注过程没有出现过异常。

4.1.2 泥浆护壁冲孔成孔灌注桩工艺

⑴施工工艺流程。测量定桩位→设置浆池、浆沟→桩机就位→埋设护筒→冲击造孔→清孔换浆→校验桩孔→安放钢筋笼及导管→浇筑混凝土→拔护筒、填空孔→桩机移位

⑵主要施工工艺。①护筒埋设：孔口设8厚钢板护筒，内径比钻头直径大200，护筒高度1.5m，为定位用并防止孔口坍方。②冲击成孔：采用泥浆循环方式进行浅孔排渣，采用抽渣筒进行深孔抽排渣，冲孔时主要控制各环节泥浆性能及冲程进行冲击成孔。现场泥浆控制要求为：1)开孔，比重1.1～1.3，冲程0.9～1.1；2)粘土，清水，冲程1～2；3)砂卵石，比重1.3～1.5，冲程2～3。现场采用泥浆比重计(CN61M/NB-1)进行泥浆比重测定。③清孔换浆：到达终孔深度确认无误后，进行清孔使用钢抽渣筒反复进行掏渣，将孔底沉渣及淤泥清除，并用测绳测量孔底沉渣，保证沉渣厚度不大于100mm。泥浆密度控制在1.15～1.25间，采用水泵抽入清水置换控制。④安放钢筋笼及导管：⑤浇筑混凝土：采用导管法水中浇筑，在钢筋笼及导管安放好立即进行浇捣，浇捣过程导管埋入混凝土的深度控制在1.0m～5.0m间，并根据混凝土落入量相适应的速度来拔导管，导管勤提勤拆，按一次拆管不超过6.0m控制，灌注过程中没有出现顶部沉渣泥浆渗入的现象，灌注桩的冲盈系数≥1.10。

4.2冠梁施工

施工工艺流程：开挖土方→砍桩整平→桩顶钢筋调直→放样→绑扎钢筋→支模→灌注混凝土→拆模养护

冠梁施工采取分段开挖，分段灌注方式进行。

4.3 桩间土拱的施工工艺

基坑每层挖深取2m，开挖一层即立即进行该层土拱施工。土拱采取80厚喷射砼内布16＃钢丝网。

⑴施工工艺流程。挖土修面→初喷→布设钢丝网→复喷

⑵主要施工工艺。①挖土修面：坚持分层分段开挖与快速支护的原则，以利于坡面的稳定性。挖土采取机械挖土，人工修出设计要求的拱型。施工因支护桩作为拱脚桩的净间距较小，为保证进度，故尝试采取了作业面内拱间土方一次性开挖，没有采取按拱分段开挖修面。②初喷：初喷厚度按4cm，施工前，用压缩空气风对边坡进行土面清渣，以保证砼与土面的良好粘结。混凝土采用PR32.5普通硅酸盐水泥，清水河中砂，石子为小豆石，水灰比不大于0.45，配合比为水泥:砂:小豆石=1:2:2，随拌随喷。喷射砼施工时喷头自下而上进行作螺旋状移动，喷头与受喷面距离控制在1～1.5m之间，射流方向应垂直指向喷射面，喷射压力不小于7Mpa。③钢丝网挂设：钢丝网片按照每层支护高度制作，预留200mm作下层土拱网片搭接长度。④复喷：为保证施工时的喷射混凝土厚度达到设计值，在坡壁上打入钢筋作为控制标记。按初喷施工要求进行二次喷射，保证总厚度达到设计要求80mm，最终使钢丝网片、喷射混凝土形成一个整体。⑤排水：土拱间布设多排泄水管，坑底四周设置集水沟、井，进行集中抽水出坑。施工中未出现需要边坡溜方、坍塌的情况。

4.4 应急防患措施

基坑开挖后,现场采取的紧急防患措施有：①备有足够砂和砂袋；②坡顶不堆载，并联系多台挖土机，遇险随时能够调入现场进行及时卸载措施；③加强监测，及时发现险情。

4.5 桩基质量成果

施工231根支护桩,按设计要求总桩数的20%进行低应变检测,检测共47根桩,其中Ⅰ类桩41根,占87.3%,Ⅱ类桩6根,占12.8%。

5施工监测情况

为保证基坑施工的顺利、安全，按设计要求对整个支护体系的使用实行监测。通过跟踪监测，及时掌握支护结构和基坑内外土体位移情况，以便优化基坑设计，随时调整施工参数。

(1)计划监测内容: ①支护结构水平位移；②基坑边坡顶的沉降情况；③基坑外8m范围内重要设施沉降倾斜观测；④基坑回弹情况。

(2)监测频率：①在支护施工阶段，每天监测不少于1次；②在完成基坑开挖，变形趋于稳定的情况下，一般3天测一次，但遇雨天及恶劣天气每天监测不少于1次。

(3)监测结果:①基坑支护结构的最大水平位移为24mm(未大于1／200基坑开挖深度)，水平位移速率未出现连续三天大于3mm/d的情况；②基坑边坡顶的最大沉降量为11mm；③附近建筑最大的沉降量为3mm,倾斜量为9mm，未发现建筑物因基坑施工发生的裂缝；④基坑底部或周围土体未出现如隆起、涌土。

6 结束语

(1)本工程共231根支护桩，实际施工时间为49天，主要受冲孔灌注桩的成桩速度限制。因使用了高频液压振动沉管人工取土成孔技术，缩短了基坑施工工期，取得了一定的经济技术成效。

(2)冲孔桩机械现场配置6台，一台机械平均成桩速度约为2天／根。冲孔灌注桩技术要求高、工序多，施工操作具有一定难度，操作人员的责任心，技术素质和经验对成桩速度与质量有较大的影响，经验丰富的操作人员对施工中出现的问题能够及时发现，及时处理避免酿成事故；控制关键是严格控制泥浆的性能及混凝土质量，保证符合规范要求；严格要求进行每道工序施工，可以避免事故的发生。

(3)喷射砼的粘结力强、抗渗性能好、能够很好的进行坡面土层封闭防止土层风化与松动，从而保证边坡稳定。

(4)实例效果，本工程基坑支护施工期间，根据跟踪监测结果，指标符合设计要求，基坑边坡及相邻建筑状态稳定；根据持续观察，基坑周边建筑无异常沉降发生，本工程的采用的排桩支护方案是可行、有效的。因此，深基坑采取灌注桩排桩支护方式是可行的，能够确保边坡安全并有利于施工作业。

作者简介：艾强（1979-），男，工程师，中煤科工集团西安研究院，陕西 西安 710077