深基坑综合支护技术在施工中的应用分析

黄文辉 （中铁四局集团第三建设有限公司，天津 300163）

1 引言

深基坑综合支护技术在建筑工程中是一项十分关键的技术，如何选择支护方案及施工方案是实现基坑稳定性和经济性的关键因素。某综合管廊新建工程，基坑开挖深度8.0～8.5m，同时道路红线内北侧包含了电力管线、热力管线等多处管线，如何在北侧放坡不影响既有管线的同时，保证南侧支护的稳定性是本项工程的关键。为了解决这一问题，基坑支护方案采用单侧灌注桩、预应力钢绞线锚索支护，开挖侧则采用预留平台法进行放坡开挖。在保证基坑稳定的同时，一定程度上减小了工程规模。

2 工程概况

2.1 管廊概况

某工程为新建综合管廊建设，综合管廊全长约4.0km，位于新建道路南半幅下方。现状道路宽度为5m，道路北侧有现状引水渠，距基坑约30～40m。拟建基槽开挖深度8.0～8.5m，开挖深度h〈10。同时道路红线内包含多条现状管线，既有管线主要包含架空电力影响基坑围护桩施工，现状热力影响基坑开挖，现状电力、电信及军缆影响围护桩及基坑开挖，现状雨水、上水、中水、污水影响围护桩及基坑开挖。

图1 管廊位置示意图

2.2 施工标准

主体结构的安全等级为一级，设计使用年限为100 年。基坑侧壁安全等级，土钉墙及自然放坡为三级，护坡桩为二级。地基基础设计等级为二级。

3 水文地质情况

勘察单位揭露地层最大深度为36.0m，按地层沉积年代、成因类型，将本工程场地勘探范围内的土层划分为四大类。按地层岩性及其物理力学性质进一步分为五个大层，拟建场地范围内地层由上至下分类如下。

人工堆积层（Qml）层底标高为51.43～72.36m，主要地层情况为黏质粉土填土①层，杂填土①1层。

新近沉积层（Q42+3al+pl）层底标高为53.78～65.66m，主要地层情况为卵石②层，砂质粉土黏质粉土②1 层、粉质黏土重粉质黏土②2层、细中砂②3层。

第四纪全新世冲洪积地层（Q4）层底标高31.62～34.72m，主要地层情况为卵石③层，黏质粉土③1 层、粉质黏土③2 层、细中砂③3 层。卵石④层，砂质粉土④1层、粉质黏土重粉质黏土④2层。

第四纪晚更新世冲洪积层（Q3）主要地层情况为卵石⑤层，细中砂⑤1 层，本次钻探未穿透此层。

4 基坑支护方案

4.1 支护方案

支护段采用单侧灌注桩、预应力钢绞线锚索支护和单侧放坡。

灌注桩。基坑围护墙体采用Φ 800@1500 灌注桩，桩间土设Φ8@150x150 挂网钢筋和C20 喷射混凝土护壁。

预应力锚索。预应力锚索采用钢绞线，预应力钢绞线强度标准值为1860MPa，低松弛钢纹线。锚杆成孔直径150mm，注浆采用二次压力注浆，注浆选用42.5 级普通硅酸盐水泥，水灰比0.5。

冠梁。冠梁截面尺寸800mm×1000mm（斜面），混凝土强度等级C30。

腰梁。采用I25a双拼工字钢。

4.2 安全等级

基坑侧壁安全等级。北侧放坡侧为三级、南侧桩锚侧为二级。结构重要性系数1.0。

5 基坑施工技术方案

5.1 钻孔灌注桩

5.1.1 施工流程

将施工场地整平并根据施工图及现场控制点，使用全站仪测定桩位，以“十字交叉法”引导四周用短钢筋做好护桩。

护筒采用整体式钢护筒，直径1m，埋深3m。筒的中心应与桩中心重合，其偏差不得大于20mm，垂直度偏差不大于1%，同时其顶部高出地面不少于0.3m。

成孔后根据规范要求制作、安装钢筋笼。钢筋笼安装固定，且隐蔽工程验收合格后立即进行水下混凝土浇筑。

5.1.2 泥浆制备及循环

三个施工区段内各布置一个泥浆池，净尺寸为4m×10m×2.5m，泥浆池内有带孔的中隔墙，将泥浆池分为沉淀池和造浆池两部分，回收泥浆先排入沉淀池沉淀后，再排入造浆池。专人随时使用比重计测量泥浆比重，确保泥浆比重在1.15～1.20之间。

根据现场实地情况试验确定配合比例，参考配比指标如表1所示。

表1 配比指标表

5.2 桩顶冠梁施工

基坑灌注桩桩顶设置钢筋混凝土冠梁，与灌注桩连接成整体。冠梁土方开挖应分段进行，随开挖一段施工一段，每段施工长度不大于40m。冠梁沟槽开挖深度为1.5～2.5m，开挖过程中采取两侧1:0.5放坡开挖，先开挖围护桩外侧土体，再开挖围护桩内侧土体，最后开挖灌注桩钢筋笼上方土体。冠梁底标高以上15～20cm采用人工开挖。

用风镐凿除灌注桩桩顶混凝土至冠梁底标高以上5～10cm，再用凿子剔凿至标高处，清除表面浮浆、松动的混凝土碎块等。桩顶整平后进行测量放样，在施工区域内设置5cm 厚的垫层作为底模。

混凝土浇筑完成并达到规定强度后进行模板拆除，并按规定对混凝土进行保湿养护。冠梁达到一定程度后进行沟槽回填，夯实找平。

5.3 基坑开挖方案

本标段采用明挖法施工，分为三个施工区域。基坑北侧采用预留平台法进行放坡开挖，开挖坡度为1：1，机械土方放坡开挖基本成型，人工配合修坡后，立即进行坡面的防护锚喷。

覆盖前一般每年翻耕2次。翻耕以机械作业为佳，既能切断霉变及残弱鞭，也能将嫩鞭梢头切除，而且不伤及壮龄鞭，可使壮龄鞭提早萌芽、出笋。翻垦抚育措施与冬笋早出型模式基本相同。

①测量放样定出中心桩、槽边线及堆土堆料界线，界线至开挖线的距离应根据开挖深度确定，并不小于5m。

②基坑开挖时采用机械分层开挖方式为主，人工开挖方式为辅的挖土方式。开挖应分层、分段依次进行，形成一定坡度，以利排水。开挖时不允许破坏沟底原状土，若沟底原状土被破坏时，必须用原土夯实平整。

③正常段沟槽开挖

第一步土方开挖到锚索下0.5m 位置，开挖深度满足锚杆施工高度要求，待锚杆及钢腰梁安装并张拉完毕，再进行下步土方开挖。

第二步土方开挖深度为2～3m，开挖过程中根据边坡稳定性计算对北侧放坡开挖预留1.8m宽二级台阶。

第三步土方开挖深度为3m，开挖至基底设计标高以上0.2～0.3m 的原状土，人工清理至设计标高。

④双层锚杆段

沟槽开挖时首先开挖至第一层锚索下0.5m 位置，施工预应力锚索。第二次向下开挖至第二道锚索以下0.5m 位置，进行第二道锚索施工，最后下挖至基底设计标高。

图3 基坑分层开挖示意图

5.4 锚索施工方案

锚索施工紧接基坑土方开挖进行，基坑土方开挖采取分层开挖，当每层土方开挖至锚索孔位下0.5m 高程时，平整开挖面后进行锚索施工。

测量放点定出锚索孔位后，于孔位上支设钻孔机，调整好角度，开孔直径为150mm。锚位开孔与钻进同步进行，以确保锚索施工进度。

锚索开孔施工完成后，即可进行钻孔作业。钻机采用套管跟进水冲法作业，机内配置高压泵及可冲击钻头，土壤在高压水冲击钻头及推进力的作用下冲散成孔，泥浆及水沿套筒周边涌出，反复冲击，形成扩大头锚杆，能更有力地保证锚索的支撑作用。终孔后清孔要彻底，并立即插入锚索灌浆。

为了提高锚索受力，一次注浆与二次注浆都使用纯水泥浆，强度不小于20MPa。水灰比经试验确定，本工程的注浆水灰比为0.5，搅浆用水为自来水，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。

锚索固体的强度大于15MPa，且达到设计强度75%时，可进行锚索张拉锁定。锚索正式张拉前，取0.1～0.2轴向拉力设计值对锚索预张拉1～2 次，使锚索杆体完全平直，各部位接触紧密。张拉荷载为锁定值的1.1 倍，稳定5～10min后退至锁定荷载锁定。

6 基坑监测设计

为了保证本项目工程安全，需进行基坑工程现场监测，监测项目包括坡顶位移监测、地下水位监测、巡视等。

6.1 监测布置

①坡顶位移监测

在支护结构顶部设置位移和沉降监测点，位移和沉降监测点合二为一。

②巡视

检查内容有地表、支护结构有无裂缝及其出现的位置、发生时间，地面发生鼓胀、沉降的位置、形态、面积、幅度及发生时间等。

6.2 监测周期

支护结构顶部位移和锚杆拉力监测在基坑开挖稳定前每天进行一次监测，结构底板完成前每3 天进行一次监测，至回填土完成前每15 天进行一次监测，支护结构深部水平位移监测频率分别为4天一次、10天一次和30天一次。

基坑周边建（构）筑物、地下管线、道路沉降巡视频率在基坑开挖稳定前为2天一次，结构底板完成前为3 天一次，至回填土完成前为15 天一次，安全巡视在基坑稳定前2 天进行一次，结构底板完成前为1天一次。

6.3 监测预警值

①坡顶位移监测

坡顶水平位移控制值为20mm，报警值为14mm。坡顶竖向位移控制值为20mm，报警值为14mm。水平位移速率预警值为3mm/d（或连续3d 超过该值70%），竖向位移速率预警值为3mm/d（或连续3d超过该值70%）。

②巡视

查看支护体系各部位是否出现裂缝、渗漏等，必要时应拍照或录像，对变形强烈地段要设立连续观测点，如发生异常现象，经复查后，应立即报告。

7 结语

深基坑作为工程建设中的基础内容，具有专业性强、复杂性高的特点，是工程建设中的重点和难点。选择合适的支护形式能使深基坑工程达到节省材料、安全施工、绿色施工、高效率施工的效果。本工程深基坑综合支护技术根据现场情况进行设计施工，选择单侧灌注桩配合预应力锚索的形式进行支护，可有效控制深基坑的变形和保障基坑及周边环境的施工安全，同时最大限度缩短了基坑开挖的工期和结构施工工期，提高了施工效率。