深基坑支护施工关键技术研究

谷秀玲

（泗县住房和城乡建设局，安徽 宿州 234300）

1 拟建工程概况

拟建污水处理厂一期工程项目位于某产业转移工业园区内，建筑面积为15865m2，其中地上构筑物6个，地下构筑物20个。项目有3个开挖深度超过5 m的基坑，分别为进水分配井、粗格栅以及进水泵房，事故池，反硝化滤池、磁混凝高效沉淀池。其中进水分配井、粗格栅及进水泵房基坑设计为排桩+内支撑支护形式；事故池，反硝化滤池、磁混凝高效沉淀池基坑2个基坑则设计为放坡开挖支护形式。

1.1 地质条件

场地按时代成因自上而下可分为人工填土层（Q4ml），第四纪晚更新世坡积层（Q3dl）、冲积层（Q3al）、残积层（Q3el），以及燕山期花岗岩带（r53（1）），其中人工填土层、积层、冲积层对基坑施工影响较深。

1.2 水文条件

本场地地下水分布于第四系土层及燕山期基岩空隙-裂隙中，以潜水及基岩裂隙水类型为主，局部存在上层滞水。

潜水主要赋存于第一层到第二层土层中，大气降水及邻区地表水体直接渗入补给地下水，以蒸发、渗漏及人工排水方式排泄，地下水水质易受污染，受季节及气候与潮汐制约，水量较弱，水位不稳定。

基岩裂隙水主要赋存于第四层到第六层层裂隙体系中，主要从第四系含水层及附近含水层补给，因此基岩裂隙水含水量可能比较丰富，地下水位埋深在2.40m～10.30m，受季节性降影响较大。

此外，在雨季还可能存在上层滞水、第四系潜水上涨等现象，丰雨期间水量较大，对工程基础施工影响较大。

2 基坑施工特点及难点

2.1 水文地质条件复杂

项目所在的场地人工填土层、积层、冲积层对基坑施工影响较深，且受季节性影响较大，对工程基础施工影响较大，因此，在该项目中还应做好排降水工作。

2.2 时空效应显著

拟建项目具有工期紧、基坑数量多等特点，每个基坑的深度各不相同，开挖面积大，且部分基坑相隔距离较近，受力不利于基坑支护。此外，基坑施工时正值拟建地区进入雨季，施工期间降雨量大，在许多不确定因素的影响下，基坑施工具有明显的时空效应。

3 基坑支护结构设计

综合考虑拟建项目地质条件、开挖深度、面积以及经济性等因素，通过综合分析，进水分配井、粗格栅及进水泵房和事故池的基坑支护采用的是排桩+内支撑，反硝化滤池、磁混凝高效沉淀池的基坑支护采用的是放坡开挖。

3.1 支护体系设计

在排桩+内支撑复合支护体系中，采用钻孔灌注桩与内支撑式相结合的支护方案，并同时采用单轴水泥搅拌桩形成基坑外侧的止水帷幕。

3.1.1 排桩+内支撑支护

3.1.1.1 排桩支护设计

排桩支护开挖部分基坑安全等级为二级，基坑重要性系数分别取1.0，基坑变形控制等级为二级。排桩支护采用钻孔灌注桩形式进行支护，钻孔灌注桩设计参数见表1。

表1 钻孔灌注桩设计参数

3.1.1.2 止水帷幕设计

排桩施工完成后，在排桩外侧设置单轴水泥搅拌桩，形成基坑外侧的止水帷幕，水泥搅拌桩设计参数见表2。

表2 水泥搅拌桩设计参数

3.1.1.3 支撑结构设计

支撑体系在基坑施工中能够提高支护体系的可靠性。因此，当拟建项目顶部放坡至33.700 m后，采用ϕ800 mm的钻孔灌注桩进行支撑，设置两道支撑，支撑梁的混凝土强度等级为C30，设计参数见表3。

表3 支撑结构设计参数

3.1.2 放坡开挖支护

拟建项目边坡采用锚杆+喷射混凝土支护，放坡开挖设计参数见表4。为确保基坑开挖的稳定性，待支护桩内土方开挖至坑底时，即可进行桩间网喷射混凝土，桩间喷射混凝土80 mm，混凝土强度等级为C20。

表4 放坡开挖设计参数

3.2 基坑排降水设计

根据拟建场地地下水分布情况可知，地下水水量较弱，但水位不稳定。因此，支护结构需要进行相应的排降水设计。由于场地内局部钻孔揭露砂层，且砂层层厚较薄，约为0.80 m～3.30 m，层顶埋深8.90 m～12.50 m，因此支护结构采用集水井、明沟抽排水的施工方案，方便及时排除基坑内积水。

拟建项目基坑开挖深度区域位于素填土层，为防止雨天后基坑内外积水，在坡顶沿坑边和坡底沿地下室外墙线分别设置300 mm×300 mm 排水沟进行明排，沟底为10 cm厚C20细石混凝土，排水沟两侧120 mm MU10砌体，沟底及2两侧采用30 mm厚M5砂浆抹面，具体如图1所示。水沟沟底泄水坡度按i≥3‰控制，排水方向根据现场实际情况确定。集水井沿基坑路线约30 m～-50 m两侧各布置，集水井规格为1000 mm×1000 mm×1000 mm，集水井周围为MU10砌体，具体如图2所示。根据基坑开挖时的出水情况，调整集水井数量及位置。

图1 排水沟示意图（单位：mm）

图2 集水坑示意图（单位：mm）

此外，在土方开挖过程中还应采用挖土过程的自降水方案，在场地内两侧设置排水沟，通过自动化施工，将基坑内的水经三级沉淀过滤后再由抽水泵抽入市政雨水井中，解决了传统降水方法工作强度大、测量精准低和滞后的缺点问题。在开挖过程中，要随时注意周围的渗水情况，采用明沟及集水坑排水，及时将把水抽出。

根据现场实际出水量，增补疏干井数量，集水井用污水泵抽取集水坑中地下水排入坡顶截水沟并引向现有排水沟及沉淀池，最后排入市政雨水管道[1]。由于基坑面积较大较长，施工时结合底板后浇带设置盲沟或盲管，加强基坑排水，防止基坑大面积积水，保障基坑和主体结构的施工安全。

4 关键技术分析

基于拟建项目工期紧、基坑单体数量多等特点，将基坑施工分为Ⅰ区段和Ⅱ区段2个施工段，并按“先深后浅”的原则进行平行施工[2]。深基坑支护施工工序较多，该文主要从以下几点对关键施工技术进行分析。

4.1 灌注桩施工

在拟建项目灌注桩施工中，成孔采用泥浆护壁成孔工艺，正循环清孔，水下导管法灌筑混凝土成桩。具体施工流程如图3所示。

图3 灌注桩施工流程

首先测定桩位，桩位直径偏差控制在50mm以内；采用连续性筒式取土作业模式，护筒埋深2m且须高出地面20cm左右，桩径偏差≤50mm，垂直度偏差小于0.5%，复测桩位后即可开始钻进成孔；在钻进过程中泥浆护壁，优质泥浆密度为1.03g/cm3～1.1g/cm3、黏度为17Pa·s～20Pa·s、含砂率＜2%。随时监控孔内水位，一旦出现异常及时采取有效措施。当钻进至设计孔深后（距孔底300mm～500mm），进行冲孔，清理孔底的沉渣，保证沉渣厚度不大于50mm；将按照设计要求制作的钢筋笼吊放进孔内，及时下放灌注导管，利用导管采用换浆法进行二次清孔，使孔底沉渣厚度满足设计要求，开始进行水下混凝土灌注[3]。在灌注过程中，随时测量孔内混凝土面高度，在开始浇灌时，应保证足够的初灌量，保证埋深0.8m～1.5m，随时调整导管埋深，当灌注接近桩顶时，适当提高漏斗高度。当灌注完成后，采用吊车提起导管上下活动并缓缓拔出导管，以增加混凝土的密实度，同时做好孔口防护，防止发生意外事故。

4.2 水泥搅拌桩施工

在水泥搅拌桩施工前，根据设计要求，对各项参数进行工艺性试验，使其符合设计及工艺要求。如果桩周围成层土时，在施工前，须增加水泥的搅拌次数或适当增加水泥掺量，并按照试桩时确定的技术参数组织施工，具体施工流程如图4所示。

图4 水泥搅拌桩施工流程

拟建项目采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量15%，水灰比0.55～0.65，采用“四搅两喷”法进行水泥搅拌桩成桩。采用砂浆泵从深层搅拌中心管将水泥浆不断压入土中，在深层处的软土中，由搅拌机叶片对水泥浆进行搅拌，搅拌喷浆时间为10 s～20 s，确保桩头均匀密实。第一次预搅下沉至设计标高后，喷浆提升；第二次下沉边正循环搅拌，边喷浆提升；第三次下沉搅拌后提升钻头，第四次下沉至设计桩底标高，反循环搅拌，不喷浆。搅拌机的提升速度为0.5 m/min，确保搅拌桩成桩均匀、连续、无缩颈和断层，垂直度偏差不大于1%。

4.3 土方开挖

在土方开挖过程中，拟建项目应严格遵循“盆式开挖，从中间区域向四周开挖、减少支护结构临空时间、分层开挖、严禁超挖”的原则。土方开挖采用“平面上分段、竖向分层”作业模式，平面上每段开挖长度应小于20 m，严禁在一个工况条件下一次开挖到底。坑内土体应分层开挖，每层开挖土层坡高不大于2 m，开挖坡率不大于1∶4，如坑底需要进行换填，必须随挖随填。

当基坑开挖面的锚杆施工达到设计要求时，才可以向下方超挖土方。土方开挖包括2个阶段：第一阶段，根据开挖的方向及顺序，利用反铲挖土机采用端头挖土法、侧向挖土法[4]。因此在采用机械开挖时，挖土机距离边坡上缘的宽度须大于基坑或管沟深度的1/2；第二阶段，坑底预留30 cm，由人工开挖，并在边坡预留15 cm左右进行人工修整，要求基坑开挖深度要高于设计标高。边坡修整完成以及土方开挖至基底后，采取挂网喷射混凝土的边坡保护措施，喷射砼等级为C20，砼面层厚80 mm，厚度要均匀，为方便上、下2层砼面间搭接，层下部留300 mm坡面暂不喷射，并做成45º的斜面状。

4.4 内支撑施工与拆除

当土方开挖至压顶梁底标高后，将支护桩桩顶凿除，确保混凝土灌注桩进入冠梁500 mm，根据设计要求进行测量放线，确定支撑梁的截面尺寸为600mm ×800 mm。拟建项目设有两道支撑，支撑梁底模采用混凝土垫层，然后进行钢筋绑扎和侧模施工，支撑梁混凝土强度为C30。采用斜面分 层法浇筑混凝土，二次振捣法振捣混凝土，使支撑体系封闭，以避免上下层混凝土之间产生缝隙，并做好混凝土的养护工作，提高混凝土强度。在支撑拆除前，应先搭设人工操作台，并采用空压机与人工相结合的方式分段拆除支撑，当支护桩与地下室底板的临时支撑强度达到设计强度的80%以上，即可拆除第二道支撑，每隔2 m设置1个监测点，如果累计变形超过设计允许值，须进行换撑加固处理。当地下两层全部底板施工完成后，地下室外墙板与支护桩之间的临时支撑强度达到设计强度的80%以上，拆除第一道支撑体系。

5 基坑监测

进水分配井粗格栅及进水泵房设置地面沉降量测点、坡顶位移量测点、桩顶位移量测点、桩体变形量测点等，地面沉降点监测设置18个监测点，纵向间距15 m，横向间距5 m。坡顶位移监测点设置4个，间距25 m。桩顶位移监测点、桩体变形量测监测点各设置4个，间距25 m；事故池设置地面沉降点12个，坡顶位移监测点8个，间距为30 m；反硝化滤池、磁混凝高效沉淀池设置地面沉降点15个，间距15 m，坡顶位移监测点8个。在开挖过程中，每个监测项目的监测频率为1次/1d。当监测的位移、沉降数据变化异常或位移、沉降量已达相应预警和警戒值时，应增加监测频率，并采取相应的优化措施，具体监测报警值见表5。

表5 开挖施工中监测报警值

6 结语

随着建筑高度的不断地增加，不仅提高了建筑工程的整体作业量逐渐增加，对建筑基础工程施工提出了更高的要求。该污水处理厂一期项目拟建场地具有工程地质和水文地质条件复杂、项目工期紧以及基坑单体数量多等特点，进一步增加了深基坑支护施工的难度。因此，参照相关理论研究，该文对灌注桩施工、水泥搅拌桩施工、土方开挖等深基坑施工关键技术进行研究，采取一系列措施，不仅保证了工程整体施工质量，为后续主体结构施工创造了安全、便利的施工环境。