地下车库软土基坑支护开挖方案设计与应用分析

高山 宋东旭

中国水利水电第十一工程局有限公司 河南 郑州 450000

引言

以粉土、粉质黏土为主的软土地基呈现出承载力差、抗剪力差、易滑坡等特点，在地下车库基坑施工中，这种地质条件对施工安全管理、开挖方案、支护方案产生了深远的影响，施工单位在作业之前应该通过地质勘察、专家论证等方式制定出科学的开挖和支护技术方案，提出可靠的施工方法。

1 工程简介

本工程为郑州市贾鲁河综合治理生态绿化工程地下车库，地上建筑面积为124.26m2，地下为7082.30m2。地下车库位于贾鲁河两岸绿带范围内，属于黄河冲积平原，地形平坦。根据勘探结果发现，地下水位孔隙潜水，埋藏深度仅仅为4.6～5.1m，于此可见，该项目的地下水水位较浅，对土壤、混凝土结构以及钢筋可产生一定的腐蚀性作用。场地地基土层较为复杂，主要包括了粉土、粉土夹杂粉质黏土、细砂、素填土等。这些土壤类型的承载力差、可塑性差，属于软土地质的范畴，对车库施工产生了严重的干扰，需对其实施有效地处理。

2 软土地质对基坑施工的影响

从项目基坑开挖的深度来看，虽然不属于深基坑的范围，但是依然存在较大的安全风险，等级定位为二级重大危险源。鉴于此，需要对基坑开展严格的支护施工，并且邀请工程技术专家对具体的支护技术方案加以指导。至于项目具体应该采用哪一种支护技术，主要由开挖深度以及工程地质条件来决定。该项目中的土壤以粉土、粉质黏土为主。粉土可塑性极差，在外力的作用下容易发生滑移，在这种地质条件下开挖深度超过6m的基坑时，必然存在一定的滑坡或者坍塌风险。并且整个基坑边坡都存在滑坡的风险，这是由粉土的特点所决定了，因而在支护时要对边坡的面层实施整体加固。另外，粉土的承载力极差，开挖基坑之后导致其侧向缺乏土压力，如果基坑上部平面的边缘部位受到载荷作用力，也容易造成垮塌，这种地质条件对安全管理提出了很高的要求[1]。

3 软土基坑开挖和支护设计方案

3.1 基坑开挖施工方案

开挖基本要求。在全面开挖之前要事先制定好降水措施、确定需支护的基坑范围以及具体的支护技术方案，创造良好的安全施工条件[2]。结合本项目的实际情况，基坑底部的总面积达到10010m2，开挖深度达到了6.1m，根据开挖区域的地质勘察结果，场内不会产生地下水，因而无须采用降水措施。但基坑需采用土墙顶支护技术来处理，边坡按照1∶075来控制，支护区域的面积达到了3500m2。

测量放样。基坑开挖对边线、高程、坡脚线、坡度等提出了严格的控制要求，这些指标关系到施工范围、基坑本身的结构稳定性，因而在作业之前需通过测量放线来确定这些关键参数的具体范围，采用白灰在作业范围内完成放线[3]。根据图纸设计要求，在平整完场地的基础上开展放线作业，即使进入开挖阶段，技术人员依然要对边坡坡脚位置、坡度以及高程等实施复核，

基坑开挖。由于该项目中基坑的深度达到了6.1m，受到安全和机械设备的限制，一次性难以开挖到位，因而采用分层开挖的技术方案，每一层的开挖深度控制在2.0m之内。虽然每一层开挖深度只有2.0m，但是依然存在滑坡、坍塌之类的安全风险，因此，每一层基坑开挖完成后要通过喷射细石混凝土或者设置土钉墙的方法以及稳固。基坑开挖过程中要对其边坡实施精确地控制，采用专业化的仪器涉笔来测量边坡的坡度和高程，坚决避免超挖。在边坡上喷射混凝土之后，待其凝固强度达到设计强度的75%之后，才能继续推进下层基坑的开挖施工。另外，基坑开挖施工到后期之后，要采用合理的方式完成基面清理，以倒推的方式为主，这是为了避免对已经成型的基面造成破坏[4]。

保护层清理和基础面验收。基坑的绝大部分范围以机械方式开挖，但是在接近基坑底部时要预留出大约20cm的土层，改为人工方式开挖，这样做的目的是防止机械振动对其底部原状土产生扰动。基地清理一共分为两个步骤，第一次先处理掉上部10cm的土层，并且在施工过程中按照间隔10m钉上小木桩，再由人工挖除基底余土，这样做是为了精确开挖深度，避免超挖。在木桩上拉线作为标高控制线。

3.2 基坑支护的施工技术方案

确定主要的支护技术。基坑支护的技术路线具有多样化的特点，在确定支护方案时要综合考虑安全性、可靠性、施工成本、施工效率等多个方面的因素。该项目在施工时根据坡度、开挖深度等因素，确定采用1∶0.75放坡以及喷锚秃顶支护。另外，基坑顶部基础面层在受到载荷作用时容易向基坑内部垮塌，为了杜绝这种风险，要求坡顶2m范围内不得堆放任何载荷，并且严禁任何车辆通过[5]。

喷锚土墙钉加固原理。土墙顶实际上是由金属材料（大多为钢筋）制作而成的加筋设施，将其打入到基坑的边坡中，并在基坑边坡上铺设一层钢筋网，然后在其表面喷射一层细石混凝土材料。混凝土和钢筋、土墙顶凝固在一起，通过植入土体的钢筋形成拉力，防止土体滑坡和垮塌，混凝土面层也起到了加固坡体的作用。项目中使用的土墙钉为Ⅱ级螺纹钢，其公称直径达到了18mm，规格为HRB400（热轧带肋钢筋），根据加固面的特点，将土墙钉的行列间距均确定为1.5m。土墙钉在施工时将孔径设计为110mm，与水平面的夹角为10°，具体坡度也会受到边坡坡度的影响。

土钉支护面层。土墙钉植入土体的过程中要在土体中形成孔径，这样会导致钻孔部位周围产生土体变形，土钉的支护作用会因此而受到一定程度的削弱，为了消除这种不利因素，工程实践中主要采用设置支护面层的技术方案，面层以混凝土为主，凝固之后可形成较为坚固的保护层，可防止土体变形，增加土体对土钉的握持力。该项目中面层采用C20砼来喷射，并且在边坡上要设置一层Φ6.5@250×250的钢筋网。

注浆。土墙钉设置在孔隙中，本项目中土墙钉的公称直径为18mm，而孔径的内径为110mm，因此，在土钉施工中还要在孔径中注浆，使用凝固后强度较大的水泥砂浆，凝固之后的水泥砂浆将孔径填满，使土墙钉和土壤层紧密地结合在一起，形成良好的加固作用。注浆时注意控制操作压力，一般将注浆压力控制在0.3到0.5MPa之间，注浆可从孔口向内，也可从孔底向外注入，具体要根据孔径来确定。

土墙钉施工要点。①土墙钉施工和基坑开挖应该同步实施，每一步开挖完成后要立即组织支护施工，防止后期开挖作业对已经形成的基坑产生过大的扰动作用，因此，施工方法是开挖一段、支护一段。另外，在开挖时要严格落实分层施工的技术要求，每层不得超过2.0m。②如果在开挖的过程中发现基坑的土质发生了不确定的异常现象，应该及时停止开挖和支护作业，向监理单位、施工企业的技术部门报告相关情况，坚决不可冒险作业。③土墙钉制作方法。土墙钉以螺纹钢制作而成，其长度、直径要保持一致，每间隔3.0m焊接一个对中支架，焊接方式为搭接焊，单面焊10d，双面焊为5d。④钻孔。安装土墙钉之前要采用机械方式成孔，有些情况下机械方式钻孔具有一定的难度，此时可利用人工方式完成后续的成孔施工，孔径控制在110mm。在钻孔的过程中要有可能遭遇岩石障碍物，如果不能顺利钻孔，可适当调整钻孔角度。⑤挂网。挂设钢筋网的作用是为土墙钉提供着力点，通过在钢筋网上喷神细石混凝土的方法形成坚硬的加固面，土墙钉可对加固面产生作用力，二者相互作用，防止基坑的边坡滑塌。钢筋网片为HPB300 ，Φ6.5@250×250，网格允许偏差控制在±30mm，钢筋网片在铺设时要通过搭接方式来连接，为了保证搭接面的稳定性，将其搭接长度控制在300mm以上，通过绑扎和焊接的方式实现搭接。⑥加强筋的处理。土墙钉是螺纹钢筋，土墙钉和钢筋网之间要焊接在一起，这是为了保证二者之间的牢固性，此时可用加强筋来强化这种连接效果，加强筋可使用HRB400 Φ14；⑦喷射砼。这一操作的前提是钢筋网片和土墙钉之间完成焊接施工，并且要在焊接完成后立即开展喷砼操作。由于喷射时具有一定的压力，喷枪口距离坡面不可太近，否则过大的压力会冲击破坏土层表面。因此，在作业时将喷枪的距离控制在1.5到2m的范围内。由于细石混凝土采用喷射的方式来作业，因而对砼的流动性提出了较高的要求，在配置材料的过程中要控制好水灰比。⑧土墙钉质量检验。土墙钉在施工时要确保其抗拉性能，因而在施工之后要采用抗拉试验检测其承载力，由于土钉数量较多，难以对其一一开展试验，可通过抽样的方式来完成土墙钉性能测试，试验数量要达到3根以上，并且参与试验的土墙钉要达到总数量的1%以上。在墙面上喷射混凝土之后要检查喷射厚度，如果厚度不足，其加固效果不能满足设计要求。在混凝土面层上实施钻孔，然后检测其厚度，单位面积内的钻孔数量保持一致，根据面层特点合理选择钻孔点位[6]。

图1 基坑边坡支护示意图

3.3 安全保障措施

第一，设置硬围护。由于基坑深度达到了6m以上，如果人员或者车辆从边坡处跌落，难免会产生严重人身伤亡事故，因此，项目施工过程中必须在基坑外围设置硬围护。该项目在施工时设置了高度为2.5m的封闭式围挡，并且间隔3m设置一道立杆和斜杆，作为围挡支撑。围挡设置在基坑的最外侧，在其内侧还需设置一道高度为1.2m的防护栏，采用钢管搭建而成。

第二，载荷控制。考虑到粉土地质的承载力非常差，为了防止其咋载荷的作用下发生滑塌的现象，必须对基坑顶部周边的载荷实施严格的控制，原则上2m范围内不得出现任何载荷。

4 结束语

在地下软土基坑的施工中，要先通过地质勘察活动对地下水、土壤类型等实现全面的掌握，粉土、粉质黏土虽然含水量不算大，但是其缺乏承载力，在受力情况下易变形。软土基坑开挖时遭遇这种不良的地质条件时应该采用边开挖、边支护的技术方案来加以处理，重点是确定出最合理的支护技术方案，常见的土墙钉施工技术，借助细石混凝土形成保护面层。