昆明某科研实验大楼工程基坑支护实例分析

刘运龙，牟兴书，陈小进

（1. 昆明理工大学 云南 昆明 650000）

（2.云南骋艺工程检测鉴定有限公司 云南 昆明 657100）

（3.云南天外天律师事务所 云南 昆明 650011）

0 引言

土钉墙基坑支护技术，由于其施工工艺简单、成本低廉、性价比较高，在20 世纪90 年代以来，在中国的许多城市工程建设中得到了推广应用。土钉墙支护技术是由加筋土和锚杆技术发展而来，在主动土体内设置一定长度和密度的土钉体，同时还可以通过土钉对土体注浆，使土体固结，从而土钉和主动土体共同作用，以弥补土体自身强度不足，并在坡面上制作与土钉连成一体的钢筋网喷射混凝土面，以限制土体变形发展，增强边坡主动土体自身的稳定性[1]。土钉支护不仅有效提高了边坡土体整体强度和稳定性，而且弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点，显著地提高了边坡抗变形和抗破坏的能力，并且一旦出现破坏、滑坡时，主体也不会发生突发性滑动坍塌，为抢救或补强赢得了时间，减少施工中的风险。

1 工程概况

该工程地处昆明市某单位的办公区内，场地整体较平整，高差不到1m。东侧距北京路延长线约30m，北侧距已建6 层办公楼仅11m，西侧距河流23m，南侧为实验大棚较远。场地总用地面积为7088.5m2，建筑占地面积为2073m2，总建筑面积为30179.58m2，拟建物为1 栋地下1 层，地上21 层的高层建筑物，核心筒框剪结构，采用长螺旋桩筏板基础，整体开挖地下室，基坑开挖深度为3.5～6m。

2 工程地质及水文地质条件

2.1 工程地质条件

地貌上处于昆明断陷盆地中北部，属古滇池湖相沉积盆地地貌，次一级地貌单元为盘龙江二级阶地。

基坑开挖深度范围内分布的地层为：场区表层分布第四系层（Q4pd）耕植土和杂填土；上部为第四系湖（沼）相沉积层（h），岩性为粉质粘土、粘土、粉土；下部为第四系冲、洪积（Q4al+pl）层为主的，岩性为含混粘性土砾砂。

表1 基坑开挖深度内主要物理力学参数

2.2 水文地质条件

场地地下水依据含水介质的不同，地下水可分为上层滞水、孔隙水型潜水两种类型。

2.2.1 上层滞水

赋存于浅部粉质黏土层内，水量受大气降水及地表水的直接补给及影响，向坡面及垂直向下排泄。富水性弱到中等，透水性弱，对工程建设影响较小。

2.2.2 孔隙水型潜水

主要赋存于第四系冲洪积含砾粉质黏土、粉土、细砂、砾砂、圆砾、卵石层中，其中含砾粉质黏土、粉土的孔隙连通性稍差，透水性一般，富水性稍差。细砂、砾砂、圆砾、卵石地层中透水性较好，富水性较好。本层地下水上部主要接受上层滞水及大气降水的影响和补给，向低凹地段排泄；下部接受上部孔隙水的补给。初见水位埋场于上部粉质黏土中，在雨季勘察期间场区内稳定地下水位平均埋深仅为地下2m，圆砾层和含粘性土圆砾层为中等含水（透水） 层。

3 施工方案的确定

3.1 基坑降及排水方案

施工期间，现场应对周边排水管网进行疏通和加固，并对坑顶地表做有效封闭，防止地表水大量渗入土体，对护壁造成严重影购，确保护壁安全。

（1） 基坑内沿坑壁设置300×300mm 排水沟，排水沟用MU7.5 机制砖和M5.0 水泥砂浆砌筑

（2） 基坑内沿周边每隔30M 左右设置一口集水井，在土方开挖前，先在基坑周边开挖降水坑超前抽排坑内地下水，土方开挖到基坑底部以后再施工集水井。

（3） 集水井水位降至基坑底下1.0m，井深至基坑底下0.5m

（4） 坑顶设置1 个沉淀池，沉淀池用MU7.5机制砖和M5.0 水泥砂浆砌筑，池内用1:2 水泥砂浆抹面，厚度20mm 池底浇注C20 素混凝土，垫层厚度80mm。在基坑开挖过程中在坑内设置一定数量的集水坑抽排坑内积水，基坑开挖到设计标高后沿基坑底四周设置排水沟、集水井抽排坑内积水，积水井内水位低于基底1m 以下。

3.2 基坑支护方案的确定

根据地质条件、场地环境和周边类似工程经验综合分析，并考虑支护设计在满足安全的前提下最大限度的降低支护的成本，进行多方案分析后选择了土钉墙支护的形式。

（1） 基坑支护设计参数

基坑侧壁重要性系数γ=1.0；

整体稳定安全系数≥1.3

抗倾覆安全系数≥1.25

抗管涌安全系数≥1.6

荷载及荷载组合：按临时基坑支护荷载组合设计，路面动荷载30Kpa，坑边堆载20Kpa,坑边建筑物15Kpa/层。

地质设计参数详见表1。

支护结构设计计算根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012），采用中国建筑科学研究院《基坑与边坡支护结构设计软件》 辅助计算。基坑土钉施工参数详见表2，基坑土钉支护结构剖面图详见图1、图2。

表2 基坑土钉施工参数如下

图1 基坑土钉支护结构剖面图一

图2 基坑土钉支护结构剖面图二

基坑放坡1:0.5 放坡坡度，锚杆注浆采用P.O 32.5 纯水泥浆，水灰比0.45，注浆压力0.4MPa。喷射混凝土厚度80mm，配合比为：水泥：砂：石子=1:2:2，混凝土强度为C20。钢筋网片采用Φ6的HPB300 钢筋，钢筋网间距双向@200，加强筋用Φ14 的HRB400 钢筋与锚杆头纵横通长焊接。

4 土钉支护施工工艺

施工顺序：

4.1 土方开挖和修坡

每层开挖深度为一层锚杆的垂直排距，开挖要到位，不得欠挖，严禁超挖。

机械开挖后，应及时对壁面进行人工修整，以保证边壁平整、无浮土，并符合设计规定的坡角。土方必须分层开挖，严格做到开挖一层、喷锚一层，上一层未喷锚完，不得开挖下一层。

4.2 锚杆施工

锚杆用锚杆机强力打入或垂锤击入被支护土层中，外露长度20cm 为宜。

锚杆加长连接时，对接接头要焊牢，并在接头处绑焊3 根Φ14，长15cm 的钢筋，且应全长满焊。

4.3 挂网

根据施工作业面分层分段铺设钢筋网，可用短钢筋将网片固定在坑壁上，但距离面不宜小于4cm。

网片之间的搭接可采用绑扎。绑扎的搭接长度不小于20 倍钢筋直径。

边壁上的钢筋网延伸至地表面，其长度等于翻边的宽度。

用Φ14 钢筋作加强筋，沿锚杆水平、垂直方向焊接在锚管上压紧网片。加强筋搭接长度不小于10 倍钢筋直径。

垂直加强筋须向上延伸至地表面与地锚焊接牢实。

4.4 注浆

水泥宜使用普通硅酸盐水泥，其标号一般选P.O325 号。

注浆液配合（重量）比，水灰比采用0.45，加入0.03%～0.05%的三乙醇胺用以促进早凝和控制泌水，不准任意加大用水量。

采用水泥净浆低压（0.4Mpa） 注浆填满，采用管口压力注浆，管口密封扎紧。

每次向管内注浆时，应预先计算所需要浆体体积，以确认注浆的冲填程度，实际注浆量必须超过孔的体积。

4.5 喷射混凝土

喷射混凝土的碎石最大料径不宜大于15mm，配合比采用水泥：沙：石重量比为1:2:2，水灰比不宜大于0.45，混凝土强度不小于C20。速凝剂须采用国家鉴定合格的产品，其掺量应视地质条件确定，通常为水泥重量3%左右，特殊情况下可减小或增大比例。

混合料应搅拌均匀，颜色一致，随拌随用。

喷射时，喷头处的工作风压以保持在0.15～0.2Mpa 为宜，喷头与受喷面应尽量垂直，并保持在0.8～1.2m 的距离。

喷射顺序应自下而上，按螺旋式轨迹一圈压半圈均匀缓慢地移动。开始时，先送风，后开机，再给料；结束时，喷完料，再停机，必须将喷射机和输料管内的积料清除干净才能停止送风。

喷射混凝土时，给料须均衡连续，宜少不宜多。喷射工程控制好水灰比，保持混凝土表面平整，呈现湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。

喷射混凝土搭接，水平方向一般为45°搭接，垂直方向一般以水平加强筋为界，至少留一下钢筋网格与下一层钢筋网片相连，其接缝应圆滑、平整。

采用2 次喷射混凝土时，初喷厚度一般为3cm，以不完全遮盖钢筋网片为宜。钢筋网不得外露。

5 施工监测

拟建工程基坑开挖范围较大，地质条件较复

杂，基坑开挖过程中可能会出现侧壁流砂、坑底管涌等不良现象，疏忽就会出现问题，必然带来

巨大的经济损失、人身安全和社会影响。为了切实保证基坑及周围建筑物、道路和地下管线的安

全，及时跟踪掌握在基坑开挖和地下室施工过程中可能出现的各种不利现象，需进行监测工作。

5.1 监测测点布置及监测方式

根据监测对象及内容，将现场的监测点分为3 类进行布置。

J1 类监测点主要监测基坑开挖后坑顶部水平、垂直位移。监测点沿基坑开挖线两端及中间位置布置，各点间距在20～30m 左右，采用仪器进行监测。

J2 类监测点为与基坑周边距离在10m（即3 倍基坑开挖深度）范围内，易受开挖影响而监测的永久性建筑物，主要监测建筑物的沉降及倾斜程度。每幢建筑物于其角点处设置监测点，采用仪器进行监测。

J3 类监测点为随机性监测点，即对基坑周围表土的沉降、裂缝，支护结构的变形及裂缝，周边建筑物、坑壁的开裂变形，地下水位的变化、渗漏及周围道路、管线等市政设施的变形、损坏等进行监测。由于该类监测对象的变形破坏随基坑施工的深入而呈动态变化；监测点位置随变形地点出现而定，因此不在监测平面图中标出。而一旦其位置确定后，应在监测图中补充。该类点监测时由监测人员在现场做相应标记，进行人工观测并记录。

5.2 监测要求

根据前述及基坑类别，结合实际，该基坑的施工监测要求如下：

监测基准点数量不少于2 个，根据现场实际情况应设置在基坑开挖影响范围以外的地点，亦即选择在开挖线以外20m 左右，通视条件良好的地点作为基准点。

仪器监测前，各监测点在基坑开挖前应测得初始值，且不少于2 次，以保证数据的准确性。

监测中应对变形较大的地方进行拍照，形成图片记录。

监测支护结构的开裂变形情况时，应注重检查支护桩侧、支护墙面、主要支撑、连接点等关键部位的开裂及变形情况，支护结构漏水情况。

现场监测从基坑开挖至土方土回填完毕均应进行观测。

变形速率较大、支护结构开裂等情况，应进一步加强监测，适时缩短监测周期，并及时向监理、设计和现场施工人员报告情况。

监测记录应采用相应表格进行，并由监测人员记录、校对，签字。

表3 警戒值详见附表基坑及支护结构监测报警值

6 结语

在基坑支护中，采用土钉支护技术显示了其支护速度快、安全性高的特点，同其他支护类型相比，造价最低。水平位移监测结果表明累计水平位移最大值为8mm，不超过规程允许值，说明本次支护是成功的。

具体工程施工中应根据基坑周边环境的不同，结合自身的工程经验采用不同支护参数，因地制宜，可以有效减少工程造价，节约基坑支护空间。土钉施工是关键，应保证注浆质量，同时对减少位移有利。

施工中建立健全监测制度，对土钉支护实施信息化施工，随时提供有关支护和土体变形信息，以便及时掌握，调整施工顺序，确保施工安全。