超深超大基坑支护的施工控制

李五星

中铁建工集团有限公司 山东 青岛 266100

近些年来，建筑工程逐步向超高层发展，超深超大基坑也相应地层出不穷。深基坑支护技术是保证深基坑工程质量完好，提高建筑稳定性和安全可靠性的重要手段，对超深超大基坑支护的研究，已成为工程建设行业的重点领域[1-11]。

本文依托青岛市信息与金融产业示范区一地块的基坑支护工程，着重对超深超大基坑的工程重难点、施工控制措施进行研究，以期为类似超深超大基坑施工提供依据及参考。

1 工程背景

1.1 工程概况

信息与金融产业示范区一地块（李沧区东李商圈改造二期9-2-2地块）基坑支护工程拟建场区位于青岛市李沧区南崂路南侧，巨峰路西侧，大崂路北侧，基坑开挖深度25.20～26.27 m，基坑周长约924 m，属于超深超大基坑。基坑安全等级为一级，基坑设计使用年限为12个月，属于山东省2018年新旧动能转换重点项目。

1.2 地质条件及周边环境

场区内地层结构简单，层序清晰，第四系主要由全新统人工填土层（Q4ml）及上更新统洪冲积层（Q3al＋pl）构成，场区基岩主要为燕山晚期花岗岩（Y53），其中穿插分布着煌斑岩岩脉（X53）、细粒花岗岩岩脉，局部受地质构造作用，形成构造破碎带，本工程共揭示了5个标准层、6个亚层。

根据现场踏勘，基坑周边建筑物较多，基坑北侧为万达广场，基坑南侧为东李花园、百通星园住宅小区，基坑西侧为茶叶批发市场、国税局。

基坑西侧邻近黑龙江路，用地红线距离黑龙江路车行道约25 m，黑龙江路下埋设有各种管线，与基坑顶距离均在25 m以外。

基坑北侧为南崂路，坡顶线距离人行道边线约16.10 m，道路下也埋设有各种管线。

基坑东侧为巨峰路，坡顶线距离绿化带边线约7.40 m，道路下埋设有污水、雨水等管线。

基坑南侧为近期修建成的大崂路，坡顶线与人行道边线的距离为3.80～7.10 m，道路下埋设有污水、雨水、给水等市政管线。

2 围护体系及工程难点

2.1 围护体系

基坑1、2单元靠近南崂路，5单元靠近大崂路，该侧上部采用复合土钉墙支护体系，按照1∶0.68放坡，设置土钉和预应力锚索，成孔直径130 mm；下部采用钢管桩与预应力锚索支护体系，钢管桩成孔直径180 mm，桩间距1 000 mm，采用φ127 mm×6 mm钢管，锚索成孔直径130 mm，采用3φ15.2 mm钢绞线。

基坑3、4、6单元采用复合支护结构，上部采用排桩与预应力锚索支护体系，下部采用钢管桩与预应力锚索支护体系。桩锚支护体系中灌注桩直径800 mm，桩间距1 500 mm，灌注桩桩间设置φ1 200 mm高压旋喷桩，间距1 500 mm，入岩1.0 m，水泥用量不小于600 kg/m，设置5层预应力锚索，成孔直径130 mm，均为3φ15.2 mm钢绞线；下部采用钢管桩与预应力锚索支护，钢管桩成孔直径180 mm，桩间距1 000 mm，采用φ127 mm ×6 mm钢管；设置4层预应力锚索，成孔直径130 mm。

2.2 止水帷幕

考虑到3、4、5、6单元分布有粗砂，为确保土方开挖及周边环境的安全，本工程采用φ1 200 mm、桩间距900 mm的单排三重管高压旋喷桩止水帷幕，有效桩长约15 m，水泥用量不少于500 kg/m。

2.3 难点分析

本工程集合了桩锚支护体系、复合土钉墙支护体系，各体系转换存有较大的安全隐患。因此，在基坑开挖支护过程中，应根据支护设计参数、地层变化情况及基坑监测数据，强化支护体系转换的施工控制。

1）灌注桩成孔难度大。本基坑主要为松散素填土、粉质黏土、砂层、风化花岗岩等，由于砂层中富含地下水，容易坍孔，故采用泥浆护壁。该项目部分灌注桩采用长螺旋钻机钻至设计深度后灌注混凝土，然后振动插放钢筋笼的工艺，局部灌注桩入岩不足的部位，采用内侧增加钢管桩及护脚锚杆，保证嵌固深度。

2）锚索施工成孔难度大。基坑上层部分锚索既要穿过回填土层、黏土层、砂层，又要进入岩层。基坑上部周边回填土中埋有大量的市政管线，成孔难度大；砂层中蓄水开孔后易出现涌水涌砂现象，普通钻机难以实现。为克服上述难点，选用套管跟进工艺进行施工，确保按设计要求成孔。

3）现场止水难度大。本工程地层中存在大量粗砾砂层，邻近李村河，蓄有大量地下水，因此高压旋喷桩对止水起到了至关重要的作用。止水关键主要体现在岩石与砂层接触位置，该部位施工时必须严格控制提升速度、喷射参数。

4）周边环境复杂。周边建筑物较多，基础形式复杂，变形控制要求高。通过每天进行基坑巡检，观察管线有无异常；通过监测数据，可直观地了解管线的变形情况，并根据变形情况，决定施工时是否对方案进行调整和对管线采取进一步的加固措施。

3 施工过程控制措施

3.1 桩基施工

基坑3、4、5、6单元分布有粗砂，先进行灌注桩施工，然后进行三重管高压旋喷桩止水帷幕施工。该基坑支护灌注桩桩径为800 mm，高压旋喷桩桩径1 200 mm。为加快施工进度，选择采用旋挖钻机及长螺旋钻机进行施工，但由于现场存在较厚砂层，渗透系数较大，且地下水位较高，故采用5 m加长护筒进行施工，采用泥浆护壁，有效地避免了坍孔。

3.2 止水帷幕施工

该基坑周长逾900 m，基坑四面需进行三重管高压旋喷桩施工，应采用合理的水灰比及喷射参数，控制水泥用量，以达到良好的止水效果。经过试验，通过控制水灰比及调节施工参数，对不同地层的施工进行指导。通过对施工参数的控制，止水帷幕累计节省水泥800 t。

3.3 承压水地层锚索施工

该项目地层上部为素填土、粉质黏土、粗砾砂、含碎石砾砂，下部为强风化、中风化、微风化岩石。锚索需要穿过粉质黏土、含碎石砾砂，锚入微风化花岗岩。本基坑在应用设计的套管跟进工艺，更换钻杆期间出现涌水涌砂等问题，由于止水帷幕位于灌注桩以外，灌注桩之间砂层没有水泥固结，加大了涌砂处理难度，很多常规治理方法难以解决，致使该部位工程一度停滞。经多方讨论、比对、试验后，在传统套管跟进工艺基础上，采用增加外套管、填充棉絮状物及注浆袋等方法，有效地解决了锚索涌水涌砂的问题，并且保障了工程进度。

承压水地层锚索涌砂治理方法为：采用双套管水循环钻进工艺进行锚索施工，钻进到位后，拔出内钻杆，在外套管内注满水泥浆，安装锚索束。锚索束绑扎一根通长注浆管（锚固段设劈裂孔眼并用胶带封闭），靠近止水帷幕以外位置绑扎一根封孔注浆袋，锚索束放入套管内后，逐节拔外套管，并不断在套管内补注水泥浆。剩最后一根时，将锚索束向外拔出一定长度，在止水帷幕位置紧靠注浆袋绑扎棉絮状填充物，直径以恰好能从外套管内壁穿过即可。

利用钻机钻杆配合人工将锚索束连同棉絮状填充物压入套管内，同时外拔套管，将棉絮填充物和注浆袋准确安放在帷幕和帷幕以外位置，将砂土层堵在孔内，然后对封孔注浆袋进行压力注浆（早强）封孔。待封孔强度上来后，对留置孔内的通长注浆管进行二次压力劈裂注浆，保证锚固段注浆质量。

3.4 土方开挖

本基坑开挖深度25.20～26.27 m，基坑周长约924 m，土方量约700 000 m3，石方量约750 000 m3，选择合理的出土坡道尤为重要。

本基坑大崂路侧先放坡后垂直开挖，基坑水平位移较大，不宜作为出土通道；黑龙江路侧为高架桥，无法出土；南崂路对面为商场，车行及人流较多，不宜作为出土通道。因此，选择南崂路与巨峰路交叉口作为出土通道，既保证出土方便，又利于基坑内土方开挖。

土方开挖划分为3个施工区，每个施工区分成几个施工段，进行流水作业施工。每个区段支护作业时，开挖其他区段的土石方，从而减少同区域支护与土石方开挖的互相干扰。

3.5 基坑监测

本项目基坑除支护结构的水平、竖向位移，锚杆轴力监测外，尤其加强基坑1、2单元南崂路侧的监测以及5单元大崂路侧的监测。基坑1、2、5单元上部采用复合土钉墙放坡支护体系，下部垂直开挖。

2018年12月，大崂路侧、南崂路侧泵车通行较多，基坑水平位移较大。后期减少泵车通行后，采用地表压力注浆，增强土体的黏聚力，基坑水平位移的控制效果比较理想。

3.6 BIM技术指导锚索施工

基坑锚索数量多，长度为12～29 m。基坑周边环境复杂，基坑形状不规则，周边既有建筑物较多，预应力锚索容易与周边建筑物基础及管线碰撞，危害结构安全。

项目成立BIM小组，根据设计图纸、勘察报告，结合基坑周边地下管网环境、周边建筑物基础，进行基坑桩锚支护结构与环境BIM模拟，指导预应力锚索的施工作业，实现基坑与周边基础空间一体化。

BIM小组根据结构设计规范对预应力锚索每一个有效碰撞点进行钻孔角度的调整，并实时更新模型，再利用 Navisworks进行施工碰撞检查模拟验证，形成预应力锚索施工前期问题报告汇总表，在表中提出针对地下管线及周边建筑物基础碰撞点的优化方案，反馈至设计单位，经设计单位优化，调整锚索钻孔角度，优化锚索自由段与锚固段的长度。

3.7 微震监测系统

该基坑岩层需爆破施工，周边建筑物较多，与青岛理工大学合作引入“微震监测系统”，对基坑监测进行实时监控和预测。

采用微震监测系统、三维激光扫描、孔隙水压力计、三维土压力计、测斜仪，与第三方监测已有的措施形成互补。研发了一套利用微震、应力、位移、地下水位等监测数据判定超深基坑开挖失稳的智能监测预警分析系统，结合了基于大数据分析技术的数据处理方法，得出基坑破坏危险等级划分标准，确定针对的不同危险等级的危险警报阈值。

使用微震监测系统，能够准确预测损伤发生的位置，实时进行危险性评估和预警。微震监测可以反演岩体损伤破坏的全过程，通过相应的地震学参数分析，能够揭露岩体内部复杂的力学环境，通过应力、应变的突变，模拟岩体的稳定状况。

4 结语

该工程为超深超大岩石基坑，邻近商业及住宅区，通过合理的施工技术控制措施，有效地加快施工进度，确保了工程质量。从设计阶段即统一规划今后可能出现的设计、工期、成本、施工难度等因素，优化围护设计方案，降低成本。仅止水帷幕一项通过优化施工参数，便有效节约水泥量达800 t，为类似项目的低成本运营提供了借鉴。

该基坑深度较深，锚索轴力监测不便于开展，2018年雨季期间，因天气因素，影响基坑监测长达15 d。该类基坑宜采用自动化监测，随时掌握监测数据，对于该类超深超大基坑的施工具有重要意义。