深基坑围护灌注桩加高压旋喷止水帷幕方案设计

任艳艳

（福陆（中国）工程建设有限公司，上海 201103）

基坑施工是一项目综合性很强的系统工程，支护体系在基坑施工中需要承受土压力，具有很强的时空效益。

深基坑围护结构形式众多，建筑基坑开挖受到地下水位影响，通过采用高压旋喷桩与灌注桩相结合的方式作为止水帷幕施工可提高止水效果，预防渗漏，确保基础开挖安全。在施工现场，高压旋喷桩在桩间止水帷幕项目中大范围应用，可最大限度地展开施工作业面，大大提高止水效果，并对土体扰动小，确保周围建筑沉降面不会过大，加快工程进度，达到生产安全。

1 单体概况

本单体紧邻海边，地上部分为泵房，地下部分为16 m深的水池。对于水池部分开挖属于深基坑开挖，基坑安全等级为一级（开挖深度>10 m），故必须选用合理的基坑围护设计与支撑方案，加强基坑监测，促进基坑围护方案优化，从而为基坑开挖提供可靠安全保障。笔者参考了一些相似地区的工程经验并查阅了相关资料做出了初步设计阶段的方案，更详细准确的方案会由具有基坑支护资质的公司来深化。下面仅谈一下在这个初步方案确定过程中的一些理解和收获。

2 场地现状

2.1 水文地质

本工程地质报告的形成以场地内地质调查情况为依据，按照地质年代和成因类型对岩土层进行划分。根据现有资料，在勘察揭露100.20 m深度范围内地基土属第四纪下更新统及全新统沉积物，主要由粘性土和砂土组成，分布较稳定，一般具有成层分布的特点；其次，根据当地岩土勘察报告对地下水文进行了解，勘察期间测得钻孔的地下水稳定水位埋深为0.30~4.30 m（相应标高0.15~5.10 m）。地下水位埋深随地形及季节变化而异，在拟建场地整平后地下水补给、渗流条件等也将发生变化。根据工程经验，沿海建设场地当地势增高后（与周边地势持平），其地下水位也将逐步提升，最终高水位一般可至地表下0.5~1.0 m。本工程以地质报告为依据，结合工程实际情况，确定本单体的工程桩与围护桩。水池下工程桩采用Ø500管桩，36 m长，单桩承载力1 700 KN，满足水池基础受力计算；灌注桩适用于软粘土质和砂土地区，此水池的基坑围护桩持力层是⑤1层粘土层，所以灌注桩适合用于围护桩。

2.2 不良地质条件

本项目涉及的不良地质主要是浅部砂土流砂、液化问题。拟建场地浅部分布的第①0-3层吹填含砾中粗砂、第②1层中粗砂夹粘性土及第④层中粗砂夹粘性土，上述土层在水动力作用下易产生流砂现象，在反复震动荷载作用下易产生砂土液化现象，在基坑开挖时，易产生渗流液化，设计及施工时需引起注意。

本项目的首期阶段野外施工期间，局部区域有个别勘探孔揭示有沼气溢出，不排除本项目现阶段场地亦有沼气分布，建议详勘阶段对沼气分布情况作进一步查明。

根据地质勘察揭示情况，在场地局部区域，分布有填石（粒径10 cm左右），填石为地下障碍物，对地基处理、桩基施工均构成一定的不良影响，建议在场地回填整平前应予以重视。

对此，综合上述，必须经过多方面论证确定最终基础围护方案，以确保基坑开挖安全。

3 基坑围护设计要点

3.1 围护方案比较

（1）基坑支护结构由垂直挡土结构和水平支撑结构组成，基坑围护结构型式主要包括板式支护体系、钢板桩支护、型钢水泥土搅拌墙、钻孔灌注排桩等，不同围护结构所对应的施工方法也各不相同。本项目为了满足基础规划设计要求，根据地块水文地质现状，在进行围护设计时考虑多个方案，通过对已有项目经验参考、方案比较后确定最佳方案。

（2）本项目根据基础现状，预设三个方案进行比较，以此选定最优围护方案：①钻孔灌注桩挡土+三轴搅拌桩阻水；②基坑四周全部采用钢板桩；③钻孔灌注桩+高压旋喷止水帷幕。基坑围护类型中，排桩应用较为广泛，其刚度大、抗弯能力强、变形相对较小，并对周围建筑影响较小，排桩加内支撑体系为深基坑围护结构选型的重点，通常排桩加混凝土支撑体系除了排桩围护自身优点外，还能充分发挥混凝土支撑抗压材料特性，且机械化程度要求较低、占地少、施工成本低、结构安全，便于施工管理，排桩-内支撑结构尤其多用于深大基坑工程。经过比较和评估，虽然方案①基础施工技术发展成熟，且安全可靠，但本工程基坑现场地质条件复杂，该方案只适合局部基坑挖深，被动围护情况；方案②水池完成后可拔出钢板桩，便于施工，但钢板桩刚度相对较小，还需要多增加一道水平支撑，进而造成支撑间净空高度减小，对挖土施工不利；方案③安全可靠，高压旋喷止水将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体，对淤泥、淤泥质土、粉土等，并具有施工占地少、振动小的特点，但如果单一采用该种方案又具有片面性：比如会形成很厚的旋喷墙体，从而加大了工程量，延长了工期且不经济。还有一点是三轴搅拌桩同高压旋喷桩相比在阻水性方面可靠性略差一点。

（3）本工程钻孔灌注桩+高压旋喷止水帷幕具有可行性。经过参考临近地区工程设计经验，最终设计的围护方案采用灌注桩加冠梁和四道支撑（两道钢筋混凝土内支撑+2道锚杆支撑）。

3.2 围护设计要点

（1）本单体开挖深度为16.15 m，围护结构 为Φ800@1200~1300桩 长26 m灌 注 桩，Φ650@1200~1300桩长18 m高压旋喷桩；通过采用灌注桩与高压旋喷桩咬合止水帷幕设计促进支护施工与提升止水效果（如图1）。本工程桩基围护包含钻孔灌注桩和高压旋喷桩等两种形式，不同工艺之间的搭接复杂，故施工中必须实行总体优化措施。

图1 灌注桩与高压旋喷桩咬合止水帷幕设计

（2）由于基坑的深度16 m，比较深，悬臂式挡墙的强度和变形比较难满足要求，而钢筋混凝土内支撑刚度大、变形小，能有效控制挡墙和周围土体的变形；它还可随挖土逐层就地现浇，形式随着基坑形状灵活变化，所以采用两道水平钢筋混凝土内支撑，支撑系统砼等级为C40，支撑中心标高为±0.0 m（其实-1.0 m更为合适，会使边坡顶部不易被挤塌），-5.3 m；在混凝土支撑下部还有2道锚杆支撑，标高为-9.0 m、-13 m，由于这个水池平面尺寸相比于深度来说不是很大，所以下面2道采用锚杆，可提供更开阔的施工空间，方便了土方开挖和主体结构施工。立柱基础采用Φ800钻孔桩，共12根，主受力支撑间用腹杆连接形成平面桁架结构，在水平支撑的节点处设置420×420格构立柱，其下锚入钻孔灌注桩，用以竖直方向支撑水平支撑（如图2），具体支撑截面尺寸与布置如表1所示。

图2 支撑系统

表1 支撑截面尺寸及布置

4 基坑监测

以本工程性质、地质条件、周边环境状况为依据布置监测点，按照监测技术要求与现场施工具体情况进行基坑监测。本工程保护对象包括基坑周围建筑物、地下管线、道路和基坑本身，监测点设置时必须以工程设计要求与相关规范为依据，可对工程施工过程周围环境及基坑围护体系变化予以全面反映，从而使施工时可对基坑本身变形情况进行及时了解，方便采取对策。其次，监测所采用的方法、仪器、频率等都必须根据设计与规范要求，可实现数据提供的及时性、准确性，满足信息化施工要求。本工程具体监测内容包括围护桩顶的垂直于水平位移、围护桩身变形、工程桩水平位移、周边地面沉降、立柱沉降、坑内外地下水位、轨交监测、地下管线、住宅居民楼等，其报警值如表2所示，围护施工阶段监测频率为1次/2d，基坑开挖阶段为1次/1d，在基坑施工期间的观测间隔，可视测得的位移及内力变化情况放长或减短，异常情况下应增加1~2次监测频率。

表2 监测报警值

5 结束语

综合上述，深基坑周边环境复杂，土体性质多变，围护结构作为深基坑支护结构重要的组成部分，如何根据工程性质、地质特点等进行最适宜的围护结构设计就成为了相关人员必须要考虑的问题。本项目基于建筑整体稳固、安全原则，符合施工质量标准要求优化深基坑围护结构设计，根据地块地质情况特点，在基坑开挖前进行灌注桩施工（跳打），之后将高压旋喷桩施加于灌注桩之间，以此对两种桩成桩后的材料特性进行利用，一方面高压旋喷桩用作止水帷幕，另一方面灌注桩自身也具有自防水功能，从而通过将两者结合所形成的止水帷幕，使防水、止水与支护效果事半功倍。本次围护设计方案在经济上大大节省了建设成本，为以后同类条件下深基础围护的施工提供了经验，并且为基坑围护的设计提供了新思路。