广场工程深基坑支护设计与施工

李云霞，李琰，赵争艳

（1.山西兰花工程造价咨询有限公司，山西晋城048000；2.山西兰花真诚招标代理有限公司，山西晋城048000）

广场工程深基坑支护设计与施工

李云霞*1，李琰1，赵争艳2

（1.山西兰花工程造价咨询有限公司，山西晋城048000；2.山西兰花真诚招标代理有限公司，山西晋城048000）

结合城市广场改造工程实例，介绍了选用注浆技术进行基坑周边建筑道路基础注浆加固、土方开挖和基坑采用锚杆喷射混凝土支护、高压旋喷桩做止水帷幕的施工方案在深基坑支护工程中的应用，阐述了施工工艺及要求，为类似工程提供参考。

基坑支护；喷射混凝土；止水帷幕；检测

1　概述

为适应城市经济社会发展和建设和谐社会的需要，《晋城市城市近期建设规划（2011-2015）》提出在“十二五”期间对人民广场周边地区、新市街两侧等市级商业中心改造升级，提升城市品位，展现城市风貌。广场改造工程项目位于市中心人民广场及西侧区域，在新市西街南侧与黄华街北端交汇处，东北临银都购物商厦，西南邻住宅居民楼。设计地下设置3层连通式地下室，作购物超市、停车场及人防工程使用，地上广场增加绿地2500m2；西侧部分拟建设地下2层、地上4层的3栋高层商业住宅楼；该工程总占地面积58.79亩，总建筑面积约15.6×104m2。采用下沉式方案，基坑呈矩形，东西长约334.96m，南北宽约126.74m，基坑开挖深度北侧约15.52m、南侧约13.9m，支护周长约930m。周边建筑物基础埋深约12m，四周道路下均有管道，最大埋深约5m，基坑安全等级为一级，安全使用年限不小于2年。其中深基坑支护设计与施工质量的好坏是整个广场改造工程能否顺利进行施工的关键，稍有不慎就可能影响后期工程的施工进度和建筑物的施工质量，可能会影响周围建筑物的安全及周围居民的正常生活，造成不良的社会影响。

2　工程特点及地质条件

施工场地在市区中心街道繁华地段，对安全文明施工、保护环境的要求很高；同时要保证道路及市政管线的正常运行。周边情况极为复杂：基坑西面与东面距原有建筑物距开挖地距离局部较近，场地狭窄，东北部邻街有一处塑像，南北两侧为城市道路，周围存在需要保护的建筑、街道及热力管线。根据项目岩土工程勘察报告，基坑范围内岩土分层自上而下为杂填土、素填土、粉质粘土、粉土、砾砂、砂岩、砂质页岩、煤、炭质砂岩，地下水埋深较浅，水位约7.8～10.7m，岩土层主要参数见表1。

表1　场地主要岩土层参数

3　基坑周边建筑道路基础加固方案

根据现场实际情况，针对该工程基坑比较深，周围环境复杂，且塑像须加固保留等工程特点，采取基坑周边建筑道路基础进行注浆加固措施：

（1）1号区域在基坑槽边向外500mm起为布置4排垂直桩孔位，注浆管选用Ø25mmPVC管；2号区域由于所处地段特殊，外加2排垂直桩孔位和1排斜桩孔位，注浆管外2排选用DN20mm的焊接钢管，其余均为Ø25mmPVC管，共7排。钻孔直径50mm，排间距1.5m，孔眼呈梅花状，注浆孔深6～12m。预估钻孔数量12m深的1300个、10m深的1320个、8m深的1024个和6m深的112个。

（2）注浆材料采用325#普通硅酸盐水泥，外加剂采用水玻璃，掺量为水泥用量的0.05%，水泥、水和水玻璃配合比1∶0.7∶0.03，浆液须充分搅拌和严格过滤，注浆压力0.3～0.6MPa。钻孔时力争干钻，注浆时有下而上，水泥用量按预算100kg/m控制，采用隔点注入，有深到浅，多次反复压注至单孔饱和。

（3）塑像加固方案：沿塑像周边三侧5m开始布设5排注浆孔，钻孔深度有里向外分别为一排12m、二排15m、二排17m，布孔间距1.5m，梅花形布点，钻孔数量12m34个、15m80个、17m98个；内侧三排插Ø25mm钢管，其余为Ø25mmPVC管，管壁开孔，孔径4mm，间距0.6m。注浆采用加热水搅拌浆液。注浆孔布置剖面图和模式见图1、图2。

图1　注浆孔剖面图

图2　注浆孔布设模主要式图

图3　基坑支护平面图

4　基坑支护及降水设计方案

制定深基坑支护方案设计时，充分考虑了影响边坡安全稳定性的不利因素，同时兼顾技术、经济、环境、工期合理和施工可行性等方面的原则。

工程基坑支护和降水工程总体方案：周边建筑及道路注浆加固+放坡卸载+基坑锚喷支护，注浆和高压旋喷桩止水帷幕以及排水沟和集水坑进行降水。

4.1基坑支护设计

针对本工程地质条件，在基坑周边进行注浆加固措施和止水帷幕对土体加固的情况下，基坑边坡支护分一个大区域进行，基坑四周采用29%的坡度，采用岛式分级放坡开挖，基坑壁进行钢筋网混凝土锚喷支护的方法。基坑支护平面见图3。

（1）锚杆支护墙墙面坡度设计为1∶（0.28～0.25），采用钻机成孔，钻孔直径140mm；锚杆采用HRB335Ⅱ级钢筋，直径为25mm，间排距1.5m，长度规格为10、12、15、17m。每隔2m设U型直径为14mm的架力筋，锚杆设置倾角15°左右，成排布置，锚固段不小于长度的1/3，端部200mm直钩网片筋。锚固灌注砂浆采用水泥和水比例为1∶0.8的水泥浆，强度等级M20；采用单层双向钢筋网，规格为Ø8mm@250mm×250mm，上下段反搭接长度应大于300mm，设直径Ø16mm斜拉加强筋，间距1.5m，加强筋并同锚杆牢固焊接，喷射混凝土厚度120mm。

（2）采用喷射混凝土标号C25，主筋保护层不小于30mm。应设置泄水孔，孔径Ø100mm，孔间距为2～3m，向外倾斜5%，并应上下左右交错布置泄水孔做直径不小于50mm的卵石滤水包。上方平台应用厚度不小于15cm的C15混凝土封闭，并设向墙外倾斜2%坡度的横坡。

（3）由于基坑东北侧及塑像加固场地标高较高，实际开挖深度为15.5m，而且基坑内侧边缘在粉质粘土层，需增一排直径20mm的锚杆，遇特殊情况查明原因并适当调整各层锚杆的材料、长度、数量。锚杆支护剖面图见4。

图4　锚杆支护剖面图

图5　止水帷幕注浆示意图

4.2基坑降水方案

在深基坑工程施工中，地下水是影响深基坑工程安全顺利开挖的一个重要影响因素。通常在基坑外围和基底做竖直和水平止水帷幕，减小地下水的流动对周边环境影响，以达到止水及增强基坑边坡稳定性目的，确保基坑施工安全。

4.2.1地下水控制

本场地地下水按赋存介质可分为孔隙潜水和基岩裂隙水，地下水位变幅2～3m，砾砂层的渗透系数为0.4cm/s。从可行性、可靠性和经济性等方面综合考虑，降水工程设计在先行开挖土方深4m，坡度26%，在4m平台上开始注浆做止水帷幕（示意图见图5），采用普通水泥和水玻璃双浆液作为注浆材料，采用XJA-100型地质钻机垂直钻孔、袖阀管后退式分段注浆工艺技术，部分施工高压旋喷桩，基坑内明沟排水的降水措施：

（1）在基坑西半部的3个侧面沿周围于人工挖孔桩外侧梅花型设置3排高压注浆孔，采用单管法桩长约16m，孔间距1150mm，排距580mm，扩散半径600mm，注浆后形成止水帷幕厚度为1.5m，帷幕深度为进入相对不透水层2.5m。

（2）在基坑东半部的3个侧面沿基坑内侧设置一排高压注浆孔注浆，外侧设置2排高压旋喷桩，注浆孔间距750mm，排距375mm，扩散半径375mm，桩排距375mm，行距600mm，注浆压力25MPa，注浆孔与高压旋喷桩梅花型布置相互胶结形成止水帷幕，并与西侧部形成闭合止水帷幕墙，将基坑内外水力隔开。一般情况下注浆深度从-4.00m处开始约16m，上部2m可不注浆，确保注浆深度进入粉质粘土层3m。

（3）在基坑顶部和底部设置断面尺寸为300mm× 300mm的排水沟和每隔30m设500mm×500mm的集水坑（深600mm）进行抽排降水，在坑内设污水泵，将水排出至地面，连通市政雨水管道。在基坑周边1m围栏处垫300高的土坝覆盖彩条布，防止地面水进入基坑。

4.2.2注浆要求及参数

采用普通水泥和水玻璃双液灌注的袖阀管垂直后退式分段工艺，其作用机理主要表现为裂隙填充和劈裂作用，双浆液凝胶时间可调在30s～3min，可以减少地下水对浆液凝胶化性能的影响，确保浆液在富水和动水条件下的凝胶固结；同时采用精密水准仪监测注浆施工过程中地表变形，应控制地表隆起限值为30mm。采用Ø48mm单向袖阀式塑料管，管外侧每33cm设一组溢浆孔，外部覆盖橡胶套，皮碗式或台阶式止浆塞、花管、宝塔头和管堵等其配套构造，可以形成分段注浆工艺，能够保证浆液在压力条件下注入地层，而防止地层中的水和砂土进入注浆管，影响注浆施工效果，能保证帷幕的连续性和有效性。

原材料为425#以上普通硅酸盐水泥、35Be′以上水玻璃，缓凝剂Na2HPO4，浆液配比：水泥与水玻璃为1∶1，缓凝剂1%～3%，稀水玻璃浓度25～35Be′；注浆速度20～40L/min，分段长度0.4m，注浆终孔1～1.7MPa。按注浆孔间距a≤（1.5～1.7）R进行计算，R指浆液扩散半径（m）；单孔注浆量按下式进行计算确定：

Q=πRhnα（1+β）γ

式中：Q——注浆量，m3；

R——浆液扩散半径，m；

h——注浆深度，m；

n——地层孔隙率或裂隙率；

α——地层孔隙填充率；

β——浆液损失率，一般取10%～30%；

γ——单孔注浆转化为群孔注浆时注浆量折合系数，一般取60%～80%。

5　主要施工技术

本工程包含3个分项是塑像、基坑周边建筑及道路的基础加固施工和土石方开挖外运、基坑支护。由于工期要求比较紧，在保证质量、安全的前提下，尽可能开展多工序同步施工、平行作业，控制作业循环时间，合理安排作业层次。东西两侧分为2个施工区，首先在基坑坡顶实施地基注浆加固处理，再土方开挖和锚喷支护同时进行，实行边开挖边支护。关键工序是土方开挖工作，支护工作须得土方施工紧密配合，及时开挖出支护工作面，确保施工正常进行。

5.1施工流程

施工前准备（场地准备）→基坑测量放线→周边建筑及道路基础钻孔注浆加固→坡顶排水系统施工→开挖第一层平台（4m）→施工锚杆喷射混凝土支护→施工监测→止水帷幕基坑降水（注浆加固、高压旋喷桩）施工→土石方逐层开挖外运至第7层（每层2m）→逐层施工锚杆喷射混凝土支护→剩余土石方挖运、坡脚排水系统施工→工程验收。实施过程中重点是钻孔注浆加固、土石方开挖、止水帷幕降水、锚杆施工与锚喷支护工况的结合以及过程中的施工检测进行控制。

5.2钻孔注浆加固

为保证注浆加固软土层的加固质量，先注开挖区域外侧的内排孔和外排孔，使加固区域圈围密封。注浆头使用自动脱开式花管，出浆孔直径5mm左右，注浆压力0.5MPa，应隔2孔施工，防止注浆孔连通冒浆。

施工采用纯水泥浆液，选用32.5级水泥其灰水重量比为1∶0.5，采用自流式水冲搅拌机进行搅拌，加入0.05%用量的水玻璃，起到快干固化作用。水泥浆液要搅拌均匀，应随灌、停留浆桶时间不得超过15min。

5.3土石方开挖

土石方开挖工程是影响工期的主线，必须搞好组织管理与调度。严格按照设计的分层开挖深度进行，充分利用空间和时间，保持土方均衡施工进度。要抓好土方开挖的连续突击作业，同时采用分区、分层、分步交叉流水作业。土石方开挖前，应对基坑支护范围内周边地下管线设施及道路、建（构）筑物的情况等调查清楚，并采取切实可行的保护措施，避免土方开挖及支护施工过程中将其损坏。

基坑边坡支护施工需要合理选择基坑土方开挖程序，遵循分段开挖、分段支护的施工原则。本基坑采用机械分层开挖和装载机清底，土方开挖时第一层开挖深度不宜超过2.9m，以后每层开挖深度为2m，最大不大于2.5m。边坡开挖与锚杆支护施工应自上而下分段分层进行，应人工修整坡面，开挖速度应与锚杆支护施工相协调以保障边坡和支护结构安全，并留好喷锚支护施工工作面。

5.4锚喷支护

喷锚支护作业施工顺序：钻孔施工准备→移机就位、校正孔位调正角度→安螺旋钻杆继续钻孔到预定深度→退旋螺钻杆→插放钢筋锚杆→插入注浆管→灌水泥浆、养护→上锚头→预应力张拉→紧螺栓→锚杆安装工序完毕→人工修边坡→喷射混凝土30cm→安设钢筋网→结构斜筋绑扎、焊接→喷射混凝土层到设计厚度120cm→继续土石方开挖。

上层锚杆注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及锚杆施工，锚杆钻孔应采用跳钻施工，不得在同一处密集施工。

锚杆钢筋应设定位支架，注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净，注浆管应插至距孔底250～500mm处，孔口部位宜设置止浆塞及排气管。

5.5止水帷幕降水

止水帷幕采用注浆孔和高压旋喷桩的施工，加固了基坑边坡，同对基坑外侧地下水起到了截止作用。由液压钻机成孔，注浆泵进行注浆作业，方式采取后退式分段注浆工艺，在注浆管内由孔底进行注浆，每次注浆步距0.4m，注完第一注浆段后，后退注浆管进行第二段注浆，以此下去，直至完成注浆，并且对检查孔进行注水实验。

5.6施工监测

为确保基坑支护施工期间周边建筑物和道路的稳定及安全，按设计要求，对基坑周边建筑物与重要街道、基坑周围的土体和塑像加固的水平位移及沉降等不同情况，每隔18m沿基坑周边及锚喷支护墙面44处和周边建筑物上12处设置了观测点。施工过程进行了观测管理，根据采集的监测数据，基坑周边建筑物最大沉降为1mm，塑像加固的最大水平位移为21mm及沉降量17mm，基坑最大的侧向位移为15mm，最大沉降量为14mm，监测结果表明，监测对象的沉降量、位移值、变形值、应力值均在设计允许范围内波动，未出现异常现象，说明基坑的开挖过程对周围土体及建筑物的扰动影响非常小。

6　结语

通过在广场改造工程深基坑支护的施工实践，采用钻孔注浆加固+锚喷支护+高压旋喷桩止水帷幕的体系是安全可靠的，施工操作简单，支护体系结构刚度大，对周边的建筑物及道路影响小、降水实施效果较好等，保证了土石方开挖的施工安全，为快速封底、快速施工框架结构提供了条件，确保了项目的工期。总之，取得了良好的社会和经济效益。

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TU463

B

1004-5716（2016）10-0004-05

2016-05-23

2016-05-31

李云霞（1976-），女（汉族），山西晋城人，工程师，现从事工程施工技术及项目管理工作。