关于深基坑支护施工技术及常见问题研究

2015-08-25许守华中国能源建设集团安徽电力建设第二工程公司安徽合肥230601

中国科技纵横 2015年12期

许守华（中国能源建设集团安徽电力建设第二工程公司，安徽合肥 230601）

关于深基坑支护施工技术及常见问题研究

许守华
（中国能源建设集团安徽电力建设第二工程公司，安徽合肥 230601）

深基坑开挖越来越多，深基坑支护难度逐步加大，基坑支护的施工组织设计方案必须依据工程地质资料进行科学设计，其支护方案的优劣直接影响工程进度、质量和成本。本文首先分析了高层建筑深基坑支护工程施工特点及流程，通过详细工程案例及操作工艺，进一步阐述了高层建筑深基坑支护的常见问题及控制措施。

高层建筑基坑支护施工流程常见问题

深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定，而且要满足变形控制要求，保证基坑内正常作业安全，而且要防止基坑及坑外土体移动，保证基坑附近建筑物、道路、管线的正常运行。为降低成本及加快进度，业主、施工单位往往不顾深基坑支护施工的复杂性和风险性，而只看到其临时性，从而导致高层建筑的深基坑施工工程安全事故时有发生。做好基坑支护的质量控制对保证施工安全、临近建筑物及施工人员生命、财产安全极其重要。

1　高层建筑深基坑支护工程施工特点及流程

随着我国建筑的不断发展，深基坑施工也向大深度、大广度方向发展。基坑施工规模的加大也直接导致了施工周期变长，施工难度加大。笔者主要对我国高层建筑深基坑支护工程施工特点做如下阐述：

1.1深基坑支护工程施工特点

（1）基坑深度越来越深。现代城市建筑因受到多种因素的影响而逐步向地下空间发展，例如地下室的层数由原来的1层，2层发展到3层，4层或5层，6层，此外基坑开挖深度已达到10m～16m，甚至达到20m左右。

（2）工程地质条件及基坑四周环境越来越复杂。城市超高层或高层建筑的建址多分布有密集的建筑物及人口，同时与重要交通要道紧密相连，外加建址四周建筑结构较陈旧及管线分布密度较高，所以基坑开挖必须确保基坑自身及四周建筑物的稳定性。

（3）基坑支护方法越来越多。现代高层建筑深基坑支护方法主要包括人工挖孔桩、深层搅拌桩、混凝土灌注桩、钢板桩、预制桩、锚钉墙、地下连续墙及各种墙、桩、管、板、撑与锚杆的联合支护。

（4）基坑支护的安全隐患越来越大。由于深基坑工程技术复杂，涉及范围广，事故频繁，因此在施工过程中应进行监测，并应具备应急措施。基坑支护失效势必引起已有建筑设施受到破坏，影响着建址四周地下管线、已有房屋及道路的稳定性，甚至发生严重的安全事故，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。所以工程实践过程必须对深基坑支护结构进行科学设计，同时采取必要的支护技术措施，以确保深基坑支护工程的顺利推进。

（5）深基坑支护工程量大、工期紧。由于深基坑开挖深度一般较大，工程量比浅基坑增加很多。抓紧施工工期，不仅是施工管理上的要求，它对减小基坑变形，减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。

1.2深基坑支护的施工工艺流程

（1）土层锚杆施工工艺流程。土方开挖→修整边壁→测量、放线→钻机就位→接钻杆→校正孔位→调整角度→打开水源→钻孔（接钻杆）→钻至设计深度→冲洗→插锚杆→压力灌浆养护→裸露主筋除锈→上横梁→焊锚具→张拉→锚头（锚具）锁定。

土层锚杆干作业施工程序与水作业钻进法基本相同，只是钻孔时不用水冲泥渣成孔，而是将土体顺钻杆排出孔外而成孔。

（2）喷射混凝土面层施工工艺流程。立面子整→绑扎钢筋网片→干配混凝土料→依次打开电、风、水开关→进行喷射混凝土作业→混凝土面层养护。

2　工程概况及操作工艺

拟建某工程基坑开挖深度约14.85m，为保证建筑基坑边坡稳定及安全，根据现场的实际情况对基坑边坡采用土钉墙及预应力锚杆和排桩支护方案，土钉墙面层为内挂一层φ6@200×200钢筋网，外喷C20细石混凝土。本文主要就南北边坡进行探讨，采用土钉墙及预应力锚杆支护（如图1-5）。

2.1锚杆及土钉墙支护（南、北边坡）

该基坑边坡高度12.0m，采用土钉喷锚支护方案，有效支护高度12m，设置土钉8排，放坡坡比1：0.2，土钉孔直径130mm、倾角15°，土钉水平间距1.5m，以梅花形布置。

土钉水平间距为1.5m，与水平方向夹角15°，孔径0.13m，孔内置筋见剖面图，托架间距为2.0m。土钉个数根据现场实际情况确定。

孔内注浆用M15水泥砂浆，采用压力注浆，掺入水泥用量7%的膨胀剂。土钉墙面层为喷射细石砼，厚度为100±20mm，强度等级为C20，并掺入水泥用量3%的速凝剂。网面筋采用一层φ6@200×200的钢筋网。

2.2操作工艺

（1）基坑开挖。基坑开挖应按设计规定以每2.5m为一层，分段开挖，做到随时开挖，随时支护，随时喷混凝土，在完成上层作业面的锚杆预应力张拉或土钉与喷射混凝土以前，不宜进行下一层土的开挖。当上一层土钉或锚杆未完时，允许在距离四周边坡10m的基坑中部自由开挖，但应注意与分层作业区的开挖相协调；严禁边壁出现超挖或造成边壁土体松动或挡土结构的破坏。

（2）排水。锚杆、土钉支护宜在排除作业层地下水的情况下进行施工。基坑南侧坡顶地面采用C20混凝土硬化至围墙脚部；基坑北侧坡顶向外延伸2m范围内用C20混凝土硬化，并且里高外低，便于径流远离边坡。坡顶排水沟与基坑边缘的距离为2.0m，沟底和两侧找平砂浆中掺入5%的防水剂。

（3）钻孔和锚杆制作。钻孔前先放线定位，保证土钉位置正确，钻孔深度要比设计深度多100mm～200mm，以防止孔深不够。锚杆应由专人制作，接长应采用帮条焊，为使锚杆置于钻孔的中心，应在锚杆上每隔2000mm设置定位托架一个；钻孔完毕后应立即安插锚杆以防塌孔，为保证非锚固段可以自由伸长，可在锚固段和自由段之间设置堵浆器，并用PVC管套住自由段。

（4）注浆。孔内注浆用M15水泥砂浆，采用压力注浆，掺入水泥用量7%的膨胀剂。注浆前要用水引路润湿输浆管道；灌浆后要及时清洗输浆管、灌浆设备；灌浆后自然养护不少于7d，待强度达到设计强度的75%时方可进行张拉工艺；在灌浆体硬化之前，不能承受外力或由外力引起的锚杆移动。

（5）喷射混凝土。钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层厚度不宜小于20mm。钢筋网片可用插入土中的钢筋固定，在混凝土喷射时应不出现移动。

钢筋网片采用φ6@2 0 0×2 0 0绑扎而成，网格允许偏差为10mm，钢筋网铺设时每边的搭接长度为200mm。喷射混凝土为细石混凝土，厚度为100±20mm，强度等级为C20；为加强支护效果，在喷射时掺入3%的速凝剂。在喷射混凝土初凝2h后方可进行下一道工序，此后应连续喷水养护5～7d。

3　深基坑工程施工常见问题研究

近年来，随着大基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多。下面将就深基坑工程存在的几个问题进行讨论：

3.1深基坑工程设计阶段存在的问题

（1）基坑工程结构选型不合理。深基坑工程的支护结构大致可以分为桩式和墙式两种，而桩式的支护结构又可以分为连续的板桩结构和分离的排桩结构，板桩结构因为它的特点目前使用较少，而分离的排桩目前大量地运用在无地下水或者允许坑外降水或者设置止水帷幕的工程。墙式支护结构一般采用钢筋混凝土地下连续墙。

（2）基坑工程结构设计土压力的确定。随着岩土力学理论的发展，提出了多种计算理论和方法，目前的支护结构设计中，一般都以古典的库伦公式或朗肯公式作为计算土压力的基本公式。由于土的物理力学指标的空间各向异性，导致使用这些力学指标时的不确定性。

3.2深基坑工程施工阶段存在的问题

（1）施工过程与施工设计的差别大。在深基坑中需要支护施工时，会用到深层搅拌桩，但其水泥掺量会不够，这就影响水泥土的支护强度，进而使得水泥土发生裂缝，另外，在实际施工中，偷工减料的现象也时常发生，深基坑挖土设计中常常对挖土程序有所要求来减少支护变形，并进行图纸交底，而实际施工中往往不管这些，这往往就会造成偷工减料现象的发生。深基坑开挖是一个空间问题。传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。在未能进行空间问题处理之前而需按平面应变假设设计时，支护结构的构造要适当调整，以适应开挖空间效应的要求。这点在设计与实际施工相差较大，也需要引起高度的重视。

（2）土层开挖和边坡支护不配套。在施工过程中协调管理的难度大，土方施工单位抢进度，拖延工期，开挖顺序较乱，特别是雨天期间施工，甚至不顾挡土支护施工所需要工作面，留给支护施工的操作面几乎是无法操作，时间上也无法去完成支护工作，对属于岩土工程的地下施工项目，资质限制不严格，基坑支护工程转手承包较为普遍，一些施工单位不具备技术条件，为了追求利润而随意修改工程设计，降低安全度。现场管理混乱，以致出现险情，未做到信息化施工和动态化管理。这也是深基坑支护施工中常见的问题之一。

（3）边坡修理不达标。一般深基坑在开挖时均使用机械开挖、人工简单修坡后即开始挡土支护、初喷工序。而在实际开挖时，由于施工管理人员不到位，技术交底不充分，分层分段开挖高度不一，挖机操作手的操作水平等因素的影响，使机械开挖后的边坡表面平整度、顺直度极不规则，而人工修坡时不可能深度挖掘，只能就机挖表面作平顺修整，没有经过严格检查验收就开始初喷，因此会出现超挖和欠挖现象。

4　高层建筑深基坑支护施工质量控制要点

4.1重视前期地质勘察工作

要熟悉并掌握工程的地质勘察报告，熟悉基坑开挖地的地形、地貌和地质特点，分析深基坑可能导致边坡土体滑坡的各种可能，对影响边坡稳定性的关键地段、地层和土质技术指标做到心中有数。由于地质勘察资料不一定很详细而且与实际情况往往有出入，在基坑开挖中还要经常比对现场的地质情况，与地质勘察报告差异很大时要及时书面告知建设单位，由建设单位通知勘察和设计单位，必要时调整施工组织设计。

4.2土方开挖的质量控制

基坑支护施工要与挖土互相配合，合理安排工序及工期。土方开挖的顺序、方法必须与设计相一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，减少开挖过程中原土体的扰动范围，缩短基坑开挖卸荷后无支撑的暴露时间，对称开挖，均衡开挖，合理利用土体自身在开挖过程中控制位移的能力。基坑开挖过程中，应防止碰撞支护结构、工程桩或扰动基底原始土层。发生异常情况时，应立即停止挖土，并应立即查清原因和采取措施，方可继续挖土。

4.3深基坑周围土体止水效果的控制

在地下水位较高的地区，地下水对深基坑工程施工带来的危险程度是相当高的。地下水的来源一般为上层滞水、潜水、承压水、雨水及基坑周围的渗漏管道水，由于水的来源复杂，枯水期和丰水期水位变化的影响，在制定止水方案时应从深基坑工程的防水、降水和排水3个方面考虑，根据地质勘察部门提供的地质资料，深入分析地下水的成因，了解深基坑周围环境，对周边有建筑基坑，宜采用以堵为主，抽水为辅，否则会导致基坑周围土体与水体的流失，使建筑物不均匀沉陷，甚至发生坑底流沙、管涌等现象，增大了处理难度，拖延了工期，反之，以降水为主。