淺談深基坑止水帷幕與噴錨支護聯合技術的應用

黃　帥

（1.山東省魯南地質工程勘察院，山東濟寧272100；2.山東省華魯工程總公司，山東濟寧272100）

淺談深基坑止水帷幕與噴錨支護聯合技術的應用

黃帥*1，2

（1.山東省魯南地質工程勘察院，山東濟寧272100；2.山東省華魯工程總公司，山東濟寧272100）

深層攪拌樁作止水帷幕，具有設備輕、占地少、位移靈活、噪聲小、無振動等優點，且成樁快、成本低廉、質量可靠。對于含有較厚粉細砂層且土的承載力不大的地區尤其適用，錨桿支護，優點在于工藝成熟、施工便捷、造價較低，而且邊開挖邊做支護，可大大加快施工速度，縮短工期。綜合多方面考慮，在砂層較厚、地下水豐富且滲透性好的地質條件下，采用攪拌樁止水加噴錨支護兩者聯合使用，方案是安全可行的、經濟合理的。

噴錨聯合支護；深層攪拌樁；止水帷幕；基坑支護觀測；降水井

1　基坑概述

1.1工程概況

某工程位于濟南市歷山北路與小清河路交界口，總建筑面積為58660.5m2，其中地下室2層每層12860.5m2。地下室2層為現澆框架—剪力墻結構建筑物，工程現場自然地面標高約為-0.80m，地下室基坑開挖深度為9.0m，東北角部分基坑實際開挖深10.40m。工程設計采用人工挖孔樁與天然基礎聯合的方式作為建筑物的基礎。

1.2場地地震概況

根據工程勘察報告，該場地地層主要由人工堆積雜填土、沖積成因的粉質粘土、粉土、淤泥質土、粉細砂及中粗砂、礫砂、淤泥、泥炭殘積成因的粗砂、粉土以及泥巖組成。各層土質具體描述如下：

第四系：厚度6.20～18.60m。自上而下分為7層：

（1）雜填土：厚0.90～3.20m。進行標準貫入試驗2次，校正擊數平均值N=3.9擊，fk=80kPa。

（2）粉質粘土、粉土（Qal）：頂板埋深1.10～2.60m，校正擊數N=3.8擊。

（3）淤泥質粉質粘土、淤泥（Qal）：頂板埋深0.90～3.20m，厚0～2.50m。共進行標準貫入試驗3次，校正擊數平均值N=2.8擊。

（4）粉細砂、粉土（Qal）：頂板埋深2.30～4.10m，厚2.00～6.30m。校正擊數N一般在1.8～13.7擊，平均值6.9擊。

（5）淤泥質粉土、淤泥質粉質粘土、淤泥（Qal）：頂板埋深5.40～10.20m。共進行標準貫入8次，校正擊數平均值N=1.7擊。

（6）粉質粘土（Qal）：頂板埋深5.80～9.00m，N= 1.7～5.3擊。

（7）粗砂、礫砂（Qal）：頂板埋深8.20～15.40m。

（8）殘積粉質粘土（Qal）：頂板埋深6.00～16.50m。殘積土層厚度變化較大，厚0～7.15m。校正擊數N一般在4.2～36擊之間。

第三系：頂板埋深6.20～18.60m。鉆厚11.30～39.70m。

（9）強風化帶：頂板埋深6.30～18.60m。巖性以泥質粉砂巖為主，局部為泥巖。紫紅色，膠結程度差，一般含水量高，巖質軟硬變化大，呈堅硬土—半巖半土—堅硬碎塊狀。

（10）中風化帶：頂板埋深7.40～25.10m。巖性以泥質粉砂巖為主，局部見粉砂巖、粗砂巖及礫巖等，紫紅色，膠結程度較好，巖芯一般完整，局部稍破碎，巖質軟硬—堅硬，夾多層強風化夾層。進行標貫試驗3次，校正擊數平均值N=32.6擊。

（11）微風化帶：頂板埋深13.40～44.20m。

綜合分析地質情況，各向地層簡述如下：①東向：雜填土→粉細砂→粘土→殘積粉質粘土→泥質粉砂巖（埋深變化較多），強風化泥巖頂板埋深為9～16m。②南向：雜填土→淤泥質土→淤泥、淤泥質土（埋深較深，厚度大。流塑—軟塑）→澆薄的粗砂層→殘積粉質粘土→泥質粉砂巖。③西向：對于基坑支護，靠近北向地質情況較好，靠南向則地質情況較差，西南角部存在8m左右厚的流塑、軟塑土層。④北向：雜填土→粉細砂→殘積粉質粘土→泥質粉砂巖，基巖埋深較淺，強風化泥巖頂板埋深一般為9～11m。

場地地下水屬潛水，水量豐富，主要含水層為粉細砂層，透水性強，地下穩定水位為-0.6～-1.4m之間，地下水位較淺。

2　基坑支護方案的選擇

2.1支護方案的比選

該工程基坑施工有如下要求：①工期要求緊迫。②嚴格控制工程造價。③該場地位置比較空曠，對坑壁變形要求不高，但在鄰近基坑四周均設計有預制樁獨立基礎，且地下室周邊距柱下獨立樁基礎僅4.8m，基坑放坡角度不能超限為了保證基坑開挖與樁基礎能同時施工，坑壁要盡可能直立。④據地質報告顯示，地下水位較淺，含水層水量豐富，因此地下室基坑降水、支護、開挖必須同步兼顧協調考慮。

以上工程實況是選擇支護方案的基本前提，因此尋求技術上合理、可行，經濟可接受，工期上能滿足要求的支護方案成為所追求的目標。

根據該工程的地質條件以及現場的情況，結合濟南地區地下水室基坑的施工經驗，該基坑開挖可采用攪拌樁止水加灌注樁門式剛架支護方案、鋼板樁支護方案及攪拌樁止水加噴錨聯合支護方案等。

2.1.1灌注樁門式剛架支護方案

優點在于位移少，穩定性較好，但缺點較為突出：工期長，造價高。因地下室周長較大，用作支護的灌注樁數量多，加上樁的混凝土冠梁與連系梁，工程造價偏大。且施工灌注樁時不能進行土方開挖，勢必造成工程工期延長。

2.1.2鋼板樁支護方案

優點在于施工工藝簡便、快捷、強度高、阻水效果好等特點，但對設備要求較高，一次投入鋼材多，工程造價偏大。

2.1.3噴錨聯合支護方案

優點在于工藝成熟、簡單、造價低，而且邊開挖邊做支護，可大大加快施工速度，縮短工期。該方式的缺點在于位移較大，而且在砂層較厚的地方不宜成孔，會引起砂土的流失，但上述缺點可通過改進施工工藝，優化設計方案等來控制。

根據本工程的實際情況，周邊無重要的建筑物和管線，對位移控制要求不是特別嚴格，而且建設單位要求的工期緊。綜合多方面考慮，采用攪拌樁止水加噴錨支護的方案是安全可行的，經濟合理的。

2.2支護方案的細化

根據本工程占地面積大，周長較長，地質變化不均勻，場地闊窄不一的實際情況，對基坑各向支護分別按具體情況進行錨桿設計，具體如下所述。

2.2.1止水

根據地質資料顯示，該場區砂層較厚，地下水豐富且滲透性好，止水帷幕的質量好壞直接影響基坑開挖順利與否。本工程采用雙排攪拌樁作止水帷幕，攪拌樁樁徑為600mm，樁間搭接300mm，排間搭接200mm，兩排樁樁心錯開1/2d，樁尖進入殘積粉質粘土層500mm。地下水采用井點降水，共設40個?550mm的降水井。

2.2.2各向支護方式

東、南、西向：均具備較闊的場地，采用先放一級坡再垂直下挖的方式進行。用1∶1放坡至2.5m，留設-2.5m的操作平臺，由上而下共設6道或7道錨桿，其中，第三、五道錨桿為預應力錨桿。

北向：不具各放坡條件，垂直下挖，設7道錨桿，其中第三、五道為預應力錨桿。

3　基坑的施工

工程的特征之一是工期緊，而且建設單位要求盡量節省造價，經過反復研究和比較，決定施工順序為：深層攪拌樁止水帷幕施工→土方分層分段開挖→噴錨支護→挖至土方平衡面→樁基礎施工→土方繼續開挖至設計標高→噴錨支護。

各工序的施工工藝及質量控制簡述如下。

3.1深層攪拌樁施工

施工前，嚴格按設計方案進行攪拌樁定位，每隔5根樁以及轉角位采用竹片定位。

主要技術參數：樁徑為600mm，樁間搭接300mm，排間搭接200mm，兩排樁中錯開300mm。樁長以樁尖進入殘積土層500mm以上。水泥摻入量為15%，水灰比為0.45～0.5，送漿壓力為0.4～0.5MPa，攪拌提升速度≤1m/min，樁身垂直度控制在1%以內。

施工工藝：采用控制水泥總量，反復少量多次噴漿的工藝，保證四噴四攪。由于本場區淤泥層厚，為保證成樁質量，攪制漿液時可適量摻加泥粉，以增加漿液濃度，增強其在淤泥層中的粘結力。另外，由于相對隔水層—殘積粉質粘土層的埋深變化較大，樁長的變化除根據地質資料調整外，還應考慮樁機的工作電流的變化調整，確保樁尖進行殘積粘土層500mm。另外，施工過程中常檢測樁的垂直度，常檢查鉆頭的磨損情況，確保樁的垂直度及樁徑。攪制漿液時適當添加早強劑，以加快樁身早期強度的增長。

3.2降水井的施工

采用井點降水，在基坑四周以及中間布置40個?550mm的降水井排水。降水井采用工程鉆機成孔，安放鋼筋籠外包砂網。由于場地的東南及東北角在-14m左右有一層粗砂及礫砂層，為防止挖孔樁施工時出現流砂、涌砂現象，該位置的降水井深至18m，其余為8～10m不等。另外，在基坑的外圍設6個觀測井，為基坑土方開挖觀測水位變化提供依據。在整個施工過程中落實專人負責抽水，保證不間斷抽水。

3.3土方開挖及支護

3.3.1土方開挖

為確保噴錨支護施工的各開挖層段的整體穩定性，土方分層分段跳挖，每段開挖寬度為15～20m，充分利用未開挖土體的壓力達到保持噴錨支護整體穩定的目的。

土方開挖時，嚴格控制分層開挖的深度，應盡量減少錨桿施工的超挖深度。

3.3.2錨桿施工

成孔：采用工程鉆孔程孔，鉆迸過程中應盡量減少對孔壁土層的擾動，以防止孔壁坍塌。同時采用泥漿護壁成孔，成孔直徑、角度及深度必須符合設計要求。

由于本場地砂層較厚，在該土層成孔時利用稻草和麻袋等來防止砂土的流失，避免了大量砂土流失而引起較大的沉降或位移。

下錨：錨桿成孔，輕孔后，將預制好的鋼筋錨桿順直插入入孔內，注漿管綁扎在錨桿上連同插入孔底250～500mm處。預應力錨桿外段留3m自由段。

如果下錨插入深度達不到成孔深度，說明孔壁已坍塌，應重新進行掃孔下錨。

對于砂層太厚無法成孔的局部位置，改用鋼管錨桿代替鋼筋錨桿體。注漿：注漿前應先進行清孔，排出孔內沉渣，采用一次常壓全孔注漿法進行注漿。漿液采用32.5普通硅酸鹽水泥配制，摻入水泥重0.03%的三乙醇胺作為速凝劑，水灰比為0.45，注漿壓力為0.5～1MPa，注漿開始或中途停止超過30min時，應用稀水泥漿潤滑注漿泵及管道；孔口部位設置止漿塞及排水管，注漿管逐步向外拔至孔口，等排氣管停止排氣且孔口溢出水泥漿時停止注漿。注漿液隨拌隨用，做好詳細的注漿記錄。

為防止孔壁坍塌，注漿應在錨桿成孔后即時進行，以確保注漿效果。在砂層較厚容易塌孔的層段，可采用二次注漿的施工方法，即入錨時同時放入2根注漿管，當第一次注漿完畢待漿液初凝后，再進行二次注漿，以確保錨桿的抗拉能力，增加基坑支護的安全。

事實證明，通過預應力錨桿的預應力以及二次注漿等施工方法，有效地控制了基坑的位移。整個基坑施工過程中，周邊的沉降位移均不大，并未影響到周邊的建筑物以及管線。雖然施工中也局部出現砂土流失引起的開裂和空洞等現象，但通過回填以及注漿等方法，有效地控制了上述不良現象，并未影響到周邊的安全。

連系梁：在第三排和第五排預應力錨桿處設置兩道連系梁，采用20槽鋼，使得施工方便快捷。槽鋼連系梁必須緊貼噴砼面，必須通長連接，確保預應力錨桿張拉后整體受力，以加強基坑支護的整體穩定性。

掛網噴砼：鋼筋采用?15mm，加強筋采用?16mm，鋼筋網在開挖面修好后立即鋪設，并通過加強筋將鋼筋網與錨桿體利用鎖定板焊接牢固。噴射細石混凝土應分層自上而下進行，后一層應在前一層混凝土終凝后進行噴射。噴射時應將骨料充分攪拌，控制好水灰比。混凝土強度為C20，碎石粒徑不大于10mm，配合比為水泥∶砂∶石=1∶1∶2。

4　基坑支護觀測

4.1地下水位觀測

通過基坑外的觀測井，每天專人用鋼尺丈量水位的變化，做好記錄，并描繪水位變化曲線。

4.2水平位移觀測

在基坑的周邊每隔10～15m設置觀測點，由專人用經緯儀監測支護結構的水平位移變化，每天不少于一次。并做好詳細記錄，描繪位移曲線。該工程施工至±0.00時，最大水位平位移為3.5mm。

4.3沉降觀測

測點布置在周邊路面以及民房等永久建筑物上，每天由專人用水準儀及目測方法進行測量，做好記錄并描繪沉降曲線。整個施工過程中只有西面局部位置在錨桿成孔時流砂嚴重，導致一個觀測點沉降量為3.8cm，后經灌砂及注漿等處理，沉降很快得到控制，沒有繼續發展。

5　結語

深層攪拌樁作止水帷幕，具有設備輕、占地少、位移靈活、噪聲小、無振動等優點，且成樁快、成本低廉、質量可靠。對于含有較厚粉細砂層且土的承載力不大的地區尤其適用。

錨桿支護，尤其是預應力錨桿支護，就其抗拔力而言是合理的，也可以很好地控制支護結構的水平位移。但在砂層較厚的地區，在成孔時必須注意預防砂土流失，以免出現沉降較大和開裂等不良現象。同時，在施工時應注意護壁，慎防塌孔，確保成孔質量和錨桿體的注漿質量，以保證錨桿的拉力。對于局部難以成孔的地方，可以考慮采用鋼管錨桿來代替鋼筋錨桿。

在基坑開挖施工過程中，必須嚴格進行觀測支護，出現異常情況應馬上分析原因并采取合理的處理措施。

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1004-5716（2016）01-0189-03

2015-03-01

黃帥（1983-），男（漢族），陜西西安人，工程師，現從事水工環及巖土工程施工與管理工作。