軟土基坑的支護設計與施工

1 工程概況

渤海航運服務中心位于黃驊港西部， 1號路以北、12號路以東、3號路以南、規劃10號路以西，屬于新區航運、貿易服務區的主要建設項目。項目占地面積194.17畝，分為辦公區、規劃酒店區和規劃居民區。其中辦公區建設以渤海航運服務中心大廈、新區規劃展廳、審批辦件大廳及開放式廣場為主，估算總投資約2.5億元。按照設計，渤海航運服務中心審批大廳為四層建筑，主要作為政府相關部門及港航、口岸通關服務平臺，建筑面積約為2.5萬m2；開放式廣場占地14畝，將修建噴泉等設施，是新區群眾休閑活動的便利場所。

渤海航運服務中心審批辦件大廳基坑底部長94.15 m，寬92.85 m。基坑開挖深度為9.5m。基坑周圍沒有建筑物，東側10 m有一公路。

施工單位：河北華興基礎工程公司

施工時間：2008年11月

1.1 場地工程地質條件

整個場地位于華北平原東部的濱海平原。本次勘察范圍內地層除表層為素填土（Q4ml）外，主要為第四系全新統陸相沖積（Q4a1）、全新統海相沉積（Q4m）及上更新統陸相沖積（Q3al）形成的粉質黏土、粉土及粉砂層，按其成因、巖性特征及物理力學性質共分為8層，各層土的巖性特征如下所述：

（1）素填土，層厚0.80～1.10 m，黃褐色，以粉質黏土、黏土為主，混有粉土，為近期堆填，松散～稍密，濕～很濕。底部為深灰色。

（2）粉質黏土，層厚0.60～1.20 m，黃褐色，含氧化鐵，局部夾淤泥質粉質黏土，光滑，無搖振反應，干強度高，韌性高，軟塑～流塑。

（3）粉土，層厚1.20～5.50 m，灰色，含云母，腐植質，含貝屑，無光澤反應，搖振反應中等，干強度低，韌性低，稍密～中密，很濕。

（4）粉質黏土，層厚1.30～2.8 0 m，灰～深灰色，含腐植質，稍有光滑，無搖振反應，干強度中等，韌性中等，軟塑～流塑，局部為淤泥質粉質黏土。

（5）粉質黏土，層厚1.20～2.30 m，灰～灰褐色，含腐植質，見貝殼，光滑，無搖振反應，干強度高，韌性高，軟塑，局部夾粉土。

（7）粉土，層厚2.40～4.90 m，灰～黃灰色，含云母，局部腐植質，無光澤反應，搖振反應中等，干強度低，韌性低，中密，很濕。

（8）粉質黏土，層厚0.90～8.20 m，灰褐～黃灰色，含腐值質，見貝殼，稍有光滑，無搖振反應，干強度中等，韌性中等，軟塑～可塑，局部夾粉土。

1.2 場地水文地質條件

勘察深度范圍內揭露的地下水主要為第四系孔隙潛水，主要受大氣降水影響及周邊場地海水養殖場、曬鹽池等地表水體的影響，地下水位年變化幅度0.50～1.00 m。勘察期間地下水位：埋深0.5 m。

2 基坑支護方案比選

軟土基坑支護方案的選擇要綜合考慮場地周圍的環境、基坑開挖范圍及深度、地質條件及防水要求。結合本工程的實際情況通過分析比較，綜合確定了如下幾種基坑支護方案。

（1）鋼板樁支護。鋼板樁作為臨時性結構常用于深基坑支護、橋梁橋墩水中基礎及海岸工程等的施工圍堰。其適用范圍包括軟土、淤泥質土及地下水豐富地區，這些地質環境往往易于鋼板樁的施工。但由于鋼板樁剛度小、柔性大， 在土壓力的作用下容易產生位移，，且造價較高。

（2）地下連續墻。地下連續墻的圍護呈封閉狀，止水效果好，墻體剛度大。在基坑開挖后，澆筑地下連續墻再加上錨桿或支撐系統，就可以止水和擋土，非常便于深基礎的施工。一般來說，圍護體用作主體結構的一部分，或采用逆筑法施工時，或在軟土層中基坑開挖深度超過10 m，周圍地下管線或相鄰建筑對位移與沉降要求較高，可采用地下連續墻。與排樁和深層攪拌樁圍護相比，地下連續墻如只用作臨時擋土結構，該圍護方法造價較高，不夠經濟。要根據基坑土質情況、開挖深度、以及周圍環境情況，并經過技術經濟比較后認為合理，才能使用。

（3）土釘墻支護。土釘支護是一種邊坡原位加筋支護技術。它是由天然土體通過土釘墻就地加固并與噴射混凝土面板相結合，形成一個類似重力擋墻來抵抗墻后的土壓力，從而保持開挖面的穩定。

在軟土基坑支護方面，土釘支護一般存在以下幾個問題：

①土釘與地層界面粘結強度T值偏低，則土釘抗拔力相應降低。

②在軟塑勃性土及淤泥質土層中，基坑開挖后往往難自立。

③由于軟弱土層與噴射混凝土粘結強度低，或由于滲水難以施工。

④軟弱土層基坑底部存在隆起、管涌、滲流等問題。

（4）深層攪拌水泥土樁與擋土灌注樁結合的支護結構，即采用深層水泥土攪拌樁為止水帷幕、鉆孔灌注樁為支護結構。

深層攪拌水泥土樁是以水泥為固化劑與深層軟土強制攪拌，使軟土硬結成穩定性、整體性和有一定強度的樁。如密排布置可作為防水帷幕，阻止滲透水流，并對樁背后的軟土進行加固，可以增加側向承載力，支護深度較淺，一般不超過6 m。

鉆孔灌注樁支護主要利用鉆孔樁擋土，通過密排、間隔式、雙排或其他形式在基坑周圍沿線布置，樁鉆入土層一定深度，使懸臂部分的主動土壓力與被動土壓力達到平衡，以樁自身強度承受土體壓力來限制土體滑移。在開挖深度不大，閉水要求不高時可利用鉆孔樁密排布里，這樣布置的支護結構間隙較小，有一定的閉水性；當開挖深度較大時，可采用雙排樁加支撐、后錨等其他形式的布置方式，以鉆孔樁作為一道擋土墻體，防止土體滑移，保證基坑附近建筑物的安全。

深層攪拌水泥土樁與鉆孔灌注樁結合應用， 即能起到擋土的作用， 且閉水效果顯著，適合軟土地區且對防水要求較高的基坑支護。

通過方案比選，本工程最終選用了深層攪拌水泥土樁與擋土灌注樁結合的支護結構。采用深層水泥土攪拌樁為止水帷幕、鉆孔灌注樁為支護結構。

3 基坑支護結構施工工藝

本文詳細介紹了鉆孔灌注樁和水泥土攪拌樁的施工設備、施工工藝流程及施工注意事項。以渤海航運中心基坑支護為例，介紹鉆孔灌注樁和水泥土攪拌樁的具體施工方案。

3.1 水泥土攪拌樁止水帷幕施工

本工程采用雙頭止水深層攪拌樁，樁長28.5 m，樁徑500 mm，樁間咬和150 mm。采用42.5普通硅酸鹽水泥，摻量為15%，水灰比0.45。超過24 h的施工冷縫采用二噴三攪的施工工藝。在成樁15 d后水泥土強度達到50%時方可開挖。

（1）施工工藝

①定位。鉆機到達指定樁位，對中、整平。利用經緯儀檢查鉆機垂直度。

②預拌下沉。根據電機的電表控制下沉速度，通常為0.38～0.75 （m·min-1）。如下沉速度太慢，可輸入少量清水以利鉆進。

③壓漿前，先制備水泥漿，并放入集料斗中。

④鉆頭下到樁底標高時，即行噴漿攪拌提升，邊噴邊攪拌；提升速度為0.3～0.5 （m·min-1）。為使軟土和水泥漿攪拌均勻，重復上下攪拌，兩根樁之間的搭接15 cm。

⑤每次成樁后，必須及時用灰漿泵注清水，對注漿管和噴漿頭進行清洗。

⑥移位。根據鉆機上的刻度，每次移位350 mm。

3.2鉆孔灌注樁施工

根據該工程場地內的工程地質條件及工程技術要求，本工程擬采用泥漿護壁、潛水鉆成孔。采用2臺KQ-1200潛水工程鉆機分區域由東向西推進，采用跳打方式，如圖5-7所示。

（1）成孔施工方法和質量標準。

①進行測量放線，定樁位，開挖泥漿溝、泥漿池，埋設護筒。護筒采用鋼板護筒，中心與樁位中心偏差不大于50 mm，護筒上口應高出地面150 mm，其內徑應大于鉆頭直徑100 mm，其上部宜開設1～2個出漿孔。

②鉆機就位后，必須平整、穩固，確保在施工中不發生傾斜、移位。為了準確控制鉆孔深度，必須在機架上做出控制深度的標尺，以便施工中進行觀測、記錄。

③開鉆前，要保證泥漿的排放暢通及排運泥漿工作準備就緒，方可開鉆。

④鉆機必須先注水后進尺，進尺速度控制在0.2 m·min-1為宜，碰到硬土層進尺速度適當減慢，以鉆機不超過負荷為準，鉆機進尺到設計孔深時，使鉆機空轉不進尺，同時射水。待孔底殘渣磨成漿，排水泥漿比重降到1.1左右時，以手指捻漿無砂粒感覺時，即可認為清孔合格。

⑤清孔終結前，應測定泥漿指標，以保證在水下混凝土澆注時，孔底沉渣不大于允許厚度，清孔后應立即組織水下混凝土施工，一般從清孔停止到砼澆注開始控制在一小時以內。

⑥樁鉆孔成孔后，必須測量深度、孔徑，符合設計要求后，方可進行混凝土澆注。澆注砼前，孔底的泥漿比重應小于1.25；含砂率小于或等于8%；粘度≤28 S；孔底沉渣厚度指標符合設計要求不得大于200 mm。

⑦鉆進過程中如發生斜孔、塌孔和護筒周圍冒漿時，應停鉆，待采取相應措施后再行鉆進。如發生縮頸、塌孔時，可加大泥漿比重以穩孔護壁，也可于縮頸、塌孔段投入粘土、泥膏；使潛水鉆空轉不進尺進行固壁。當縮頸、塌孔嚴重或泥漿突然漏失時，應立即回填粘土，待孔壁穩定后再鉆。

（2）鋼筋籠的制作。

①鋼筋籠在制作、運輸和安裝過程中，應采取措施防止變形。

②鋼筋籠的主筋凈保護層不宜小于70 mm ，其允許偏差為±20 mm 。

③吊放鋼筋籠入孔時，不得碰撞孔壁，灌注混凝土時應采取措施固定鋼筋籠的位置。

④鋼筋籠需分段連接者，其連接焊縫及接頭數量應符合規范要求。

⑤鋼筋籠外側需設混凝土墊塊或采用其它有效措施，以確保鋼筋保護層厚度。

⑥水平鋼筋（橫向加勁箍及螺旋箍）與縱向鋼筋交接處應焊牢。

（3）混凝土的澆灌。

①本工程灌注樁混凝土強度為C30。

②本工程采用水下灌注的混凝土，要求混凝土必須有良好的和易性，坍落度宜為180～220，混凝土中的水泥用量不應少于360 kg·m-3，粗骨料粒徑不得大于40 mm。

③現場制作的混凝土初凝時間不得少于2 h；預拌混凝土初凝時間應視交通情況而定，宜從最不利的情況考慮控制終凝時間。

④應控制最后一次混凝土的灌注量，不使樁頂超過或偏低過多，一般控制在設計樁頂標高以上約0.8 m。如果樁頭質量較差，必須鑿至符合要求為止。

4 .結束語

本文以渤海航運服務中心基坑支護為工程背景，介紹了場地的工程地質條件和水文地質條件，通過方案比選，確定了基坑支護方案。應用理正深基坑計算軟件對支護結構進行了內力計算，在此基礎上進行支護結構設計并對基坑進行了穩定性分析。該工程已于2011年12月峻工投用，基坑支護工程施工非常成功，效果良好。