深基坑工程中内撑式排桩支护施工技术

谢代胜

(福建一建集团有限公司，三明 365000)

随着我国城市建设的迅速发展，建筑工程施工活动越来越多，城市建设用地日益紧张，合理利用土地、开发地下空间成为一种必然。各大城市都在大量建设地铁地下车站、地下车库、地下商场等，深基坑工程数量和规模急速增长，基坑工程形式越发复杂，频繁的基坑施工事故给社会和企业造成了严重的损失，如何有效且经济地进行基坑支护越来越受到人们的关注和重视。放坡开挖是一种常被采用的基坑开挖施工工艺，但目前在城市建筑密集区域并不具备条件，内撑式排桩支护施工技术应势产生且逐渐成为目前我国城市建筑基坑开挖常见的施工形式。从长远角度看，研究内撑式排桩支护结构应用对于建筑行业改革深化有重要的推动作用。

1 工程概况

1.1 项目基本情况

该文选取三李城商业中心基坑作为案例研究城市内撑式排桩技术在建筑基坑开挖过程中的实际应用。三李城商业中心位于厦门市集美区灌口镇，地下2层，地上4～5层建筑，高度为21.00～24.00 m，为框架结构。工程建筑设计标高为19.50 m(1985国家高程)，拟建基坑大致呈类长方形，最长约200 m，宽约72～125 m，面积约18 084.11 m2，周长约568.68 m，开挖深度约为8.90～12.10 m，土方开挖量约180 841.1 m3。采用旋挖灌注桩，成桩形式采用旋挖成孔，地基基础设计等级为乙级，桩基安全等级为二级，桩基设计使用年限为50年。施工环境方面，场地东北侧为已建鱼孚路，道路下埋有中水管、给水管；东南侧为已建七甲路，道路下埋有雨、污水管；西北侧为约16 m宽的长条状空地，空地外为已建金龙东路。项目周边不存在密集管线或文物等保护单位，整体施工环境良好。

1.2 水文地质情况

根据勘察地质资料，场地内地层主要由第四系土层、下伏基岩(以燕山早期花岗岩为主)及风化层组成，自上而下依次为：①第四系新近人工填土层，主要为杂填土及素填土，平均厚度7.45 m；②第四系湖积层，主要为淤泥，平均厚度1.4 m；③第四系冲洪积层，主要为粉质粘土、细砂及粗砂，平均厚度6.47 m；④第四系残积层，主要为残积砂质粘性土，平均厚度9.24 m；⑤下伏基岩及风化层，主要为全风华花岗岩、砂砾状强风化花岗岩及中风化花岗岩，平均厚度40.57 m。

场地地下水类型主要为储存运移于填土层孔隙中的潜水(局部为上层滞水)及砂层、残积层和风化层裂隙中的承压水，勘察测得地下稳定水位埋深1.45～6.51 m，相应标高为11.78～17.03 m，预计该场地范围内全年地下水变化幅度为2～3 m，结合本次勘察实测的地下水位埋深及赋存情况、周边规划及场地整平后地下水动态将发生较大变化的特点，建议最高地下水位按设计室外地面标高以下0.50 m考虑(黄海高程17.50～20.50 m)。

1.3 工程特点

该工程施工范围较大，根据场地地质情况、现地面标高及拟建地下室结构设计图，对拟建基坑分为8个剖面，开挖深度最大为12.10 m，为大型深基坑工程项目。此外，工程场地分布淤泥、粉质粘土等，地基性质较差，对基坑稳定性不利，且厦门市位于沿海地区，为亚热带海洋性季风气候，春季多雨，夏季高温并伴有台风，施工时流土(砂)现象会频繁发生，还存在坑底突涌情况[1]。因此工程基坑支护存在一定难度，应精心设计支护方案、合理调整支护结构。

2 内撑式排桩设计方案

工程拟建场地基坑安全等级为一级，结合基坑周边环境及开挖影响地层，基坑支护方式主要采用灌注排桩+钢筋混凝土内支撑支护。排桩由φ1 200 mm和φ1 000 mm的旋挖灌注桩、φ900 mm的三重管高压旋喷桩组成，沿基坑侧壁排列设置，高压旋喷桩对灌注桩之间的间隙咬合，防止基坑渗水，排桩布置图见图1。

1)支护桩、立柱桩采用旋挖灌注桩。桩径为1 200 mm和1 000 mm，间距1 500 mm，桩长15.4～21.1 m，桩身混凝土强度C30，充盈系数≥1.1，桩底沉渣≤50 mm。立柱桩进入持力层残积土或其以下层≥15 m。

2)三重管高压旋喷桩桩径900 mm，桩距700 mm,桩长为进入砂层不小于1.5 m，孔位偏差≤5 cm，孔斜率≤1.0，导孔孔径≤130 mm，气压0.7 MPa,水压30 MPa,水量75 L/min，水泥浆水灰比1∶0.9，浆压>0.3 MPa,浆量75 L/min，且每米水泥用量不少于650 kg。三重管提升速度10～12 cm/min，旋转速度8～10转/min。

3)放坡坡面喷射80 mm厚C20细石混凝土，内挂φ8@250×250钢筋网。坡率约为1∶0.5/1。挂网短钉采用16钢筋，长0.8 m，间距1 000 mm×1 000 mm，梅花形布置。

4)冠梁、内撑梁混凝土强度等级为C35，截面尺寸有1 400 mm×1000 mm、800 mm×1 200 mm、600 mm×800 mm、800 mm×800 mm、800 mm×1 000 mm。

3 内撑式排桩施工要点

3.1 旋挖灌注桩施工

工程支护桩、立柱桩均采用旋挖灌注桩，桩径为1 200/1 000 mm(1-1～3-3剖面1 200 mm，4-4～8-8剖面1 000 mm)，桩距1.5 m，桩身强度C30，桩长为15.40～19.10 m，桩数为382根。

旋挖灌注桩施工流程为：放样定位→旋挖机就位→护筒埋设→旋挖成孔→清孔→钢筋笼制作及安放→下导管→混凝土浇筑。根据基坑排桩布置情况建立测量控制网，定位各桩位中心点后稳固安放旋挖钻机，确保钻机水平以免钻杆倾斜导致斜孔现象发生。埋设护筒直径超出桩孔直径20 cm，高度高出地面30 cm，工程采用护筒直径分别为1.2 m和1.4 m，护筒中心应与桩孔中心重合，倾斜度≤1%，埋设完成后四周用粘土回填压实避免护筒下沉或倾斜。旋挖成孔采用适宜在中风化层中钻进的SR-250型转挖机，利用钻头钻进搅拌泥土自然造浆，泥浆循环形成泥皮起护壁作用，泥浆比重控制在1.2～1.3，若不在此范围可通过掏渣或向孔内加清水等方法调节。工程灌注桩跳桩施工，临桩间隔不小于4倍桩径或间隔施工时间宜大于36 h。旋挖成孔至设计孔深后钻头换成旋挖捞渣钻斗慢转(污、无泥浆循环)以清除余泥、余渣，待钢筋笼在现场分节制作完毕后即可安放，工程桩长较长为15.4～21.1 m，钢筋笼采用机械连接，同一截面内接头≤配筋的50%，间距错开≥35d，钢筋搭接长度为10d，采用塔吊吊装钢筋笼，吊装过程严格控制钢筋笼中心与桩孔、护筒中心均在同一竖直线上，防止钢筋笼碰撞孔壁产生沉渣。导管内径为φ250～φ280，每节长2.5 m,采用丝扣连接，导管长度应同时满足二次清孔(下至孔底)和浇筑混凝土(距孔底<0.5 m)的要求，使用前重点检查导管严密性，连接处有密封圈且连接牢固方可下放。混凝土浇筑是旋挖灌注桩施工的最关键环节，混凝土质量决定了成桩质量，应严格控制其塌落度、和易性、强度、初终凝时间等相关指标，浇筑混凝土应迅速连续，因此每次浇筑先计算好浇筑量，保证浇筑时间≤混凝土初凝时间/2，否则混凝土初凝会导致堵管，根据混凝土面提升情况提升导管，以确保导管始终埋入混凝土深度为2～6 m。混凝土浇筑结束后可拔除护筒并用开挖出的泥土矿渣等回填支护桩上部未灌混凝土部分，孔口用混凝土封住。

3.2 三重管高压旋喷桩施工

三重管高压旋喷施工方法是指水、气喷射加上浆液灌注搅拌混合喷射，“三重”即三层喷射管同时横向喷射高压水和空气，将土体切割后再利用空气的上升力排除破碎土体，同时另一个喷嘴喷射浆液到被切割搅拌的地基中，浆液混入土体起到加固作用。三重管高压旋喷桩施工工艺为：场地平整→测放桩位→拌制水泥浆→钻机就位→钻孔→移钻→插高喷管→高喷作业→回灌→搬迁。清理施工场地，确保地面以下5 m内无障碍物，特殊原因无法清除的做好保护措施，场地平整度要求±100 mm。严格按照施工图纸由专业测量人员利用全站仪、水准仪等进行测量定位，实地布设，用竹签钉紧桩位，桩位复测桩孔中心移位偏差≤50 mm方可进行下一步施工。按设计确定配合比拌制水泥浆，工程采用水泥浆水灰比为1∶0.9，拌制系统(拌制+储存+运输设备)设置在水泥附近，注意还应设置沉淀池，以便将施工过程中的返浆废液引入沉淀池，沉淀清水排出，沉淀泥土则随基坑开挖渣土运出。钻机机座应平整稳固，且钻杆必须与桩位一致，控制偏差≤10 mm，垂直度误差≤1%，钻杆长度应符合孔位设计深度要求。钻孔前先在地面试喷，钻机运转正常后即可开始钻孔，高压泵产生的高压水(约20 MPa)和右圆筒状气流(约0.7 MPa)冲切土体在钻杆周围形成桩径范围的空隙，钻至设计深度后即可拔出岩芯管，换成喷射注浆管注入水泥浆液，插管过程边射水以免泥沙堵塞喷嘴，水压≤1 MPa。高压旋喷作业注意设备启动顺序为：空压机→高压泵→注浆泵，目的在于先向孔内送风和水后再注浆，水泥浆喷出后即可开始旋转提升注浆管，根据不同土层情况调整提升注浆参数，该工程三重管提升速度10～12 cm/min，旋转速度8～10 r/min。旋喷提升至设计桩顶标高后停止并将钻头提升出孔口，移位钻机进行下一桩体施工[2]。

3.3 基坑开挖与内撑搭建施工

工程开挖深度最大约12.10 m，挖深及土方量较大，利用反铲挖掘机从上往下分层开挖基坑，严格遵守先支撑后开挖原则。支护排桩施工完毕后应进行完整性检测，待桩体混凝土强度达到75%以上后开挖基坑[3]，开挖至冠梁底标高100 mm或更低，实施C35混凝土冠梁浇筑施工；随后继续开挖基坑至内撑梁底，应满足开挖深度标高<梁底面100 mm处标高，考虑到机械开挖的方便及支立模板要求，基坑的边缘按内支撑两侧各1 m设置，用石灰洒好边线后用挖机进行开挖，且在有水影响时做好排水沟和集水井及时排除积水。开挖完成后应及时测量桩顶标高及检查桩位偏位情况，确保埋置深度符合设计要求、桩位无偏移。

钢筋混凝土水平支撑体系的施工要点在于把控钢筋、模板加工安装和混凝土施工质量。1)钢筋加工安装。钢筋原材料须有出厂合格证、表面洁净，进场验收合格后方可下料制作；梁钢筋通长设置，纵筋锚固长度>36d，接头设置在构件受拉钢筋应力较小部分，高应力部分设置接头的百分率≤50%；节点处钢筋放置满足冠腰梁钢筋设置在外、主撑在内、连杆在中间的原则，加密箍筋与转角加强箍筋需在腋角加强钢筋范围内设置。2)模板制作安装。工程支撑系统采用九合板模板，其规格、强度、平整度等均满足要求，严格按图纸中轮廓墨线安装，安装完成后检查每一道拉杆和支撑的牢固性。3)混凝土施工。支撑系统混凝土施工尽量在夜晚进行以降低混凝土入模温度，浇筑应从下往上逐层升高，分层厚度为30 cm，插入式振捣棒应避免碰撞钢筋，整个浇筑过程应一次连续完成，防止中断产生冷缝，待混凝土强度达2.5 MPa后拆除模板。

3.4 挂网喷护施工

人工清理修整边坡后进行挂网喷护，为提高喷射混凝土粘结度应尽量使坡面粗糙，在支护桩侧壁植φ16钢筋，长度300 mm，竖向间距1 m，工程喷射混凝土为80 mm厚C20细石混凝土，配合比为水泥∶石子∶砂=1∶1.9∶1.9(重量比)，石子粒径5～10 mm。第一次预喷40 mm厚，自下而上进行喷射，喷头垂直受喷面且距离为0.6～1.0 m，工作风压为0.1～0.2 MPa，首次喷射完成后挂设φ8@250×250 mm单层双向钢筋网，网网间搭接长度≥300 mm，保护层厚度≥20 mm，最后复喷混凝土到本工程设计厚度80 mm，喷射方法与预喷相同，喷射过程随时注意钢筋位置和保护层厚度，严禁露筋现象。混凝土喷射2 h后喷水养护，养护时间控制在3～7 d，喷面材料28 d龄期无侧限抗压强度≥25 MPa。

4 结 论

李城商业中心基坑工程内撑式排桩支护体系施工完成及竣工后，委托具备专业资质的第三方单位对基坑工程实施现场监测，主要监测内容包括坡顶水平位移和沉降、周边地表沉降、坑内外地下水位等，均满足相关规范要求，投用后无涌土现象，实践证明内撑式排桩支护可有效保障基坑开挖稳定性，节约土地资源，具有广泛的应用价值。但内撑式排桩支护结构成本较高，工期长，且技术复杂，还需进一步深入研究，根据项目的地质和施工环境科学设计，确保适时合理运用该技术。