多边形深基坑支护方案的应用探讨

李亮，高智，石燕霞

（山东省华鲁工程总公司，山东 济宁 272100）

1 基坑概述

1.1 工程概况

聊城市五星百货工程由振华集团开发，为实行规模化战略，振华集团拟投入巨资扩建改造，建筑面积由原来的3.66万km2增至7.39万km2。此次基坑支护工程为原五星百货扩建部位的基坑，基坑开挖深度为9.05m，东西长约95m，南北宽约60m。基坑南侧为原五星百货大楼，东侧为居民小区，西侧和北侧为交通要道。因场地地层较软，极易造成基坑周围土体下沉，影响周围道路管线及建筑物安全使用（附基坑平面示意图），施工有一定难度。

图1 基坑平面示意图

1.2 场地地质概况（表1）

表1 地质情况一览表

2 基坑支护方案的选择

2.1 支护方案的比选

该工程基坑施工有如下特点：①工期紧；②要严格控制造价；③基坑外部空间小，坑壁要尽可能直立；④地下水位较浅，因此基坑降水、支护、开挖必须同步兼顾，协调考虑。

以上工程实况是选择支护方案的基本前提，因此寻求技术上合理、可行，经济上可接受，工期上能满足要求的支护方案成为所追求的目标。

根据该工程的地质条件及现场的情况，结合聊城地区基坑支护的施工经验，该基坑支护可采用：

方案一：钢筋混凝土灌注桩；

方案二：地下钢筋混凝土连续墙；

方案三：旋喷桩结合钢筋混凝土灌注桩止水帷幕－自钻式预应力锚杆－土钉墙－喷射混凝土深基坑支护。

对以上三种方案，我们从成本、质量安全保证、对环境的影响以及工期等方面进行了对比和选择，见表2。

表2 三种支护方案对比

经过综合比对，我们决定按第三套方案进行施工。

3 施工前的安全计算

基坑深度－9.05m，支护桩外侧3m范围内地面荷载按照0.00kN／m2考虑，3～8m范围内地面荷载按照10kN／m2考虑。由于合理的简化，同时运用先进的基坑支护计算软件，其计算过程严密无漏洞，经过专家评审，获得了专家的一致肯定。本基坑支护计算运用软件为“理正深基坑支护F－SPW5.2版”。现节选部分计算结果如下（表3）。

抗倾覆安全系数 1.584

整体稳定计算方法瑞典条分法

整体稳定安全系数：2.754

滑移面圆心座标（m）x＝1.421，y＝－0.673

半径R＝8.448m

经验算支护设计符合要求，安全可靠。

4 基坑的施工

施工顺序为：旋喷桩结合钢筋混凝土灌注桩的止水帷幕→土方分层分段开挖→喷锚支护→挖至土方平衡面→桩基础施工→土方继续开挖至设计标高→喷锚支护。本工程的特点之一是工期紧，而且建设单位要求尽量节省造价。经过反复研究和比较，决定对基坑不同支护面根据周边条件选择最合理支护形式，基坑南部与东部紧邻建筑物，无放坡空间，且要保证基坑开挖过程中对地下水的控制，采用旋喷桩与钢筋混凝土灌注桩形成止水帷幕，外加预应力锚杆的支护模式，即可有效地对基坑支护，又能够防止对周边建筑的影响；基坑的北侧与西侧距离道路有一定距离，可以采用放坡土钉墙的形式进行支护，既到达支护目的又节省了工期。支护形式详见图1和图2。

表3 基坑支护安全计算

现将施工工艺及质量控制简述如下：

4.1 支护桩施工

按照设计图纸测量放线用短钢筋标注支护桩桩位。

通过查看地质勘探资料和现场勘踏、支护桩试打，作必要的地下障碍物挖除工作，挖除区域稍作场地平整，满足挖掘机桩机行走。

钻孔机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，为准确控制钻孔深度，应在机架上或机管上作出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。

调直机架挺杆，对好桩位，开动机器钻进、出土，达到控制深度后停钻、提钻。钻到预定的深度后，必须在孔底处进行空转清土，然后停止转动；提钻杆，不得回转钻杆。孔底的虚土厚度超过质量标准时，要分析原因，采取措施进行处理。钻进过程中散落在地面上的土，必须随时清除运走。

图2

吊放钢筋笼：吊放钢筋笼时，要对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。钢筋笼放到设计位置时，应立即固定。遇有两段钢筋笼连接时，应采取焊接，以确保钢筋的位置正确，保证层厚度符合要求。

4.2 降水井的施工

采用井点降水，在基坑四周以及中间布置40个φ550mm的降水井排水。降水井采用工程钻机成孔，安放钢筋笼外包砂网。由于场地的东南及东北角在－14m左右有一层粗砂及砾砂层，为防止挖孔桩施工时出现流砂、涌砂现象，该位置的降水井深至18m，其余为8～10m不等。另外，在基坑的外围设6个观测井，为基坑土方开挖观测水位变化提供依据。在整个施工过程中，落实专人负责抽水，保证不间断抽水。

4.3 土方开挖

为确保喷锚支护施工的各开挖层段的整体稳定性，土方分层分段跳挖，每段开挖宽度为15～20m，充分利用未开挖土体的压力达到保持喷锚支护整体稳定的目的。

土方开挖时，严格控制分层开挖的深度，应尽量减少锚杆施工的超挖深度。

4.4 锚杆施工

锚杆采用钻探用无缝钢管D50钻杆，热扎stmr780钢，中间钻孔后壁厚6.5mm，标准节长3m。锚头为螺旋锚头，长1000mm、外直径120mm。锚杆总长为13m，钻杆采用中间接锥螺纹连接。锚杆采用专用锚杆机打入后进行压力灌浆，压力灌浆后设置连续腰梁，腰梁采用2道槽钢，型号为28c，灌浆养生5天后用预应力张拉机对锚杆进行预应力张拉锁定。

1～5排锚杆：①倾角：10°；②锚杆标高：第一排－1.5m，第二排－3.0m，第三排－4.5m，第四排－6.0m，第五排－7.5m；③锚杆间距：1.5m；④预应力：100kN。

锚杆成孔采用 MD－50型钻机，成孔直径150mm，锚杆施工应与开挖紧密配合，土方开挖应先在坑周挖出锚杆施工用约6m宽的边槽。

土方开挖边槽时，量测标高，并在围护桩上拉线做记号。钻机就位时应准确，底座应垫平。成孔采用连续钻进工艺，干成孔。锚杆采用MD－50型钻孔成孔。成孔至设计深度后，进行注浆，待孔口冒浆时，注浆完毕。锚张拉锁定在注浆体强度达到15MPa后进行，锚具为QM锚具，用YC－100型穿芯工千斤顶、电动油泵加荷锁定。锁定张拉系统事先经过标定，并用此油压表的读数换算成张拉压力进行控制。在锁定过程中，采用锚杆拉力计进行校核。为确保工程安全，每个锚杆张拉到设计抗拔力的120%后，放松到70%设计抗拔力进行锁定。腰梁紧贴钢管桩，采用2根28c槽钢，用铁件焊为一体，锚头部分为200×200×140mm的垫片。锚杆正式张拉之前，应取0.3～0.6设计轴力，对锚杆预张拉1～2次，使其各部位的接触紧密，锚杆完成平直。锚杆张拉荷载分级及时间应遵循有关规定。锚杆张拉与锁定工作应作好记录。锚杆钻进速度严格控制在0.3～0.5m／min，回转速度20～50N·m。锚杆注浆用水、水泥及其添加剂应注意氯化物与硫酸盐的含量，以防对锚杆的腐蚀。锚杆施工前根据要求和土层条件，选出合理的施工工艺。锚杆应除油污、除锈，严格按设计尺寸下料，每根长度误差不大于50mm。锚杆按一定规律平直排列。注浆材料应根据设计要求确定。水泥浆液配合比∶水泥∶水＝1∶1或0.7∶1。灰浆搅拌机内每次投入量：水泥量＋水量＝0.25t＋0.137t。锚杆张拉前，应对张拉设备进行标定。锚固体强度均大于15.0MPa时，方可进行张拉。锚杆张拉应按一定程序进行，锚杆张拉顺序，应考虑邻近锚杆的相互影响。

锚杆安放应注意：锚杆放入钻孔之前，应检查锚杆的质量，确保锚杆组装满足设计要求。锚杆安放后不得随意敲击，不得悬挂重物。通过预应力锚杆的预应力以及二次注浆等施工方法，有效地控制了基坑的位移。整个基坑施工过程中，周边的沉降位移均不大，并未影响到周边的建筑物以及管线。

连系梁：在第三排和第五排预应力锚杆处设置两道连系梁，采用20槽钢，使得施工方便快捷。槽钢连系梁必须紧贴喷砼面，必须通长连接，确保预应力锚杆张拉后整体受力，以加强基坑支护的整体稳定性。

挂网喷砼：钢筋采用φ15，加强筋采用φ16，钢筋网在开挖面修好后立即铺设，并通过加强筋将钢筋网与锚杆体利用锁定板焊接牢固。喷射细石混凝土应分层自上而下进行，后一层应在前一层混凝土终凝后进行喷射。喷射时应将骨料充分搅拌，控制好水灰比。混凝土强度为C20，碎石粒径不大于10mm，配合比为水泥∶砂∶石为1∶1∶2。

图3 现场锚杆施工

图4 现场喷射混凝土

5 基坑支护观测

5.1 地下水位观测

通过基坑外的观测井，每天专人用钢尺丈量水位的变化，做好记录，并描绘水位变化曲线。

5.2 水平位移观测

在基坑的周边每隔10～15m设置观测点，由专人用经纬仪监测支护结构的水平位移变化，每天不少于一次，并做好详细记录，描绘位移曲线。该工程施工至±0.00时，最大水位平位移为3.4mm。

5.3 沉降观测

测点布置在周边路面以及民房等永久建筑物上，每天由专人用水准仪及目测方法进行测量，做好记录并描绘沉降曲线。

6 结语

聊城五星百货扩建工程基坑支护施工进展顺利，比合同要求工期提前10天，施工过程中无安全、质量事故发生。地面道路和临近建筑物等的沉降、位移，围护桩桩体侧向位移，围护桩、锚杆的应力变化，基坑外侧土体侧向位移等经监测，均在受控制范围以内。施工结束后会同业主和监理公司，以及业主聘请的当地基坑支护专家对基坑支护工程质量进行了检查验收，一次性验收合格。

［1］建筑基坑支护技术规程，JGJ120－2012.

［2］建筑桩基技术规范，JGJ94－2008.

［3］建筑边坡工程技术规范，GB50330－2013.

［4］建筑地基处理技术规范，JGJ79－2012.

［5］桩基工程手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1995.