廣場工程深基坑支護設計與施工

李云霞，李琰，趙爭艷

（1.山西蘭花工程造價咨詢有限公司，山西晉城048000；2.山西蘭花真誠招標代理有限公司，山西晉城048000）

廣場工程深基坑支護設計與施工

李云霞*1，李琰1，趙爭艷2

（1.山西蘭花工程造價咨詢有限公司，山西晉城048000；2.山西蘭花真誠招標代理有限公司，山西晉城048000）

結合城市廣場改造工程實例，介紹了選用注漿技術進行基坑周邊建筑道路基礎注漿加固、土方開挖和基坑采用錨桿噴射混凝土支護、高壓旋噴樁做止水帷幕的施工方案在深基坑支護工程中的應用，闡述了施工工藝及要求，為類似工程提供參考。

基坑支護；噴射混凝土；止水帷幕；檢測

1　概述

為適應城市經濟社會發展和建設和諧社會的需要，《晉城市城市近期建設規劃（2011-2015）》提出在“十二五”期間對人民廣場周邊地區、新市街兩側等市級商業中心改造升級，提升城市品位，展現城市風貌。廣場改造工程項目位于市中心人民廣場及西側區域，在新市西街南側與黃華街北端交匯處，東北臨銀都購物商廈，西南鄰住宅居民樓。設計地下設置3層連通式地下室，作購物超市、停車場及人防工程使用，地上廣場增加綠地2500m2；西側部分擬建設地下2層、地上4層的3棟高層商業住宅樓；該工程總占地面積58.79畝，總建筑面積約15.6×104m2。采用下沉式方案，基坑呈矩形，東西長約334.96m，南北寬約126.74m，基坑開挖深度北側約15.52m、南側約13.9m，支護周長約930m。周邊建筑物基礎埋深約12m，四周道路下均有管道，最大埋深約5m，基坑安全等級為一級，安全使用年限不小于2年。其中深基坑支護設計與施工質量的好壞是整個廣場改造工程能否順利進行施工的關鍵，稍有不慎就可能影響后期工程的施工進度和建筑物的施工質量，可能會影響周圍建筑物的安全及周圍居民的正常生活，造成不良的社會影響。

2　工程特點及地質條件

施工場地在市區中心街道繁華地段，對安全文明施工、保護環境的要求很高；同時要保證道路及市政管線的正常運行。周邊情況極為復雜：基坑西面與東面距原有建筑物距開挖地距離局部較近，場地狹窄，東北部鄰街有一處塑像，南北兩側為城市道路，周圍存在需要保護的建筑、街道及熱力管線。根據項目巖土工程勘察報告，基坑范圍內巖土分層自上而下為雜填土、素填土、粉質粘土、粉土、礫砂、砂巖、砂質頁巖、煤、炭質砂巖，地下水埋深較淺，水位約7.8～10.7m，巖土層主要參數見表1。

表1　場地主要巖土層參數

3　基坑周邊建筑道路基礎加固方案

根據現場實際情況，針對該工程基坑比較深，周圍環境復雜，且塑像須加固保留等工程特點，采取基坑周邊建筑道路基礎進行注漿加固措施：

（1）1號區域在基坑槽邊向外500mm起為布置4排垂直樁孔位，注漿管選用?25mmPVC管；2號區域由于所處地段特殊，外加2排垂直樁孔位和1排斜樁孔位，注漿管外2排選用DN20mm的焊接鋼管，其余均為?25mmPVC管，共7排。鉆孔直徑50mm，排間距1.5m，孔眼呈梅花狀，注漿孔深6～12m。預估鉆孔數量12m深的1300個、10m深的1320個、8m深的1024個和6m深的112個。

（2）注漿材料采用325#普通硅酸鹽水泥，外加劑采用水玻璃，摻量為水泥用量的0.05%，水泥、水和水玻璃配合比1∶0.7∶0.03，漿液須充分攪拌和嚴格過濾，注漿壓力0.3～0.6MPa。鉆孔時力爭干鉆，注漿時有下而上，水泥用量按預算100kg/m控制，采用隔點注入，有深到淺，多次反復壓注至單孔飽和。

（3）塑像加固方案：沿塑像周邊三側5m開始布設5排注漿孔，鉆孔深度有里向外分別為一排12m、二排15m、二排17m，布孔間距1.5m，梅花形布點，鉆孔數量12m34個、15m80個、17m98個；內側三排插?25mm鋼管，其余為?25mmPVC管，管壁開孔，孔徑4mm，間距0.6m。注漿采用加熱水攪拌漿液。注漿孔布置剖面圖和模式見圖1、圖2。

圖1　注漿孔剖面圖

圖2　注漿孔布設模主要式圖

圖3　基坑支護平面圖

4　基坑支護及降水設計方案

制定深基坑支護方案設計時，充分考慮了影響邊坡安全穩定性的不利因素，同時兼顧技術、經濟、環境、工期合理和施工可行性等方面的原則。

工程基坑支護和降水工程總體方案：周邊建筑及道路注漿加固+放坡卸載+基坑錨噴支護，注漿和高壓旋噴樁止水帷幕以及排水溝和集水坑進行降水。

4.1基坑支護設計

針對本工程地質條件，在基坑周邊進行注漿加固措施和止水帷幕對土體加固的情況下，基坑邊坡支護分一個大區域進行，基坑四周采用29%的坡度，采用島式分級放坡開挖，基坑壁進行鋼筋網混凝土錨噴支護的方法。基坑支護平面見圖3。

（1）錨桿支護墻墻面坡度設計為1∶（0.28～0.25），采用鉆機成孔，鉆孔直徑140mm；錨桿采用HRB335Ⅱ級鋼筋，直徑為25mm，間排距1.5m，長度規格為10、12、15、17m。每隔2m設U型直徑為14mm的架力筋，錨桿設置傾角15°左右，成排布置，錨固段不小于長度的1/3，端部200mm直鉤網片筋。錨固灌注砂漿采用水泥和水比例為1∶0.8的水泥漿，強度等級M20；采用單層雙向鋼筋網，規格為?8mm@250mm×250mm，上下段反搭接長度應大于300mm，設直徑?16mm斜拉加強筋，間距1.5m，加強筋并同錨桿牢固焊接，噴射混凝土厚度120mm。

（2）采用噴射混凝土標號C25，主筋保護層不小于30mm。應設置泄水孔，孔徑?100mm，孔間距為2～3m，向外傾斜5%，并應上下左右交錯布置泄水孔做直徑不小于50mm的卵石濾水包。上方平臺應用厚度不小于15cm的C15混凝土封閉，并設向墻外傾斜2%坡度的橫坡。

（3）由于基坑東北側及塑像加固場地標高較高，實際開挖深度為15.5m，而且基坑內側邊緣在粉質粘土層，需增一排直徑20mm的錨桿，遇特殊情況查明原因并適當調整各層錨桿的材料、長度、數量。錨桿支護剖面圖見4。

圖4　錨桿支護剖面圖

圖5　止水帷幕注漿示意圖

4.2基坑降水方案

在深基坑工程施工中，地下水是影響深基坑工程安全順利開挖的一個重要影響因素。通常在基坑外圍和基底做豎直和水平止水帷幕，減小地下水的流動對周邊環境影響，以達到止水及增強基坑邊坡穩定性目的，確保基坑施工安全。

4.2.1地下水控制

本場地地下水按賦存介質可分為孔隙潛水和基巖裂隙水，地下水位變幅2～3m，礫砂層的滲透系數為0.4cm/s。從可行性、可靠性和經濟性等方面綜合考慮，降水工程設計在先行開挖土方深4m，坡度26%，在4m平臺上開始注漿做止水帷幕（示意圖見圖5），采用普通水泥和水玻璃雙漿液作為注漿材料，采用XJA-100型地質鉆機垂直鉆孔、袖閥管后退式分段注漿工藝技術，部分施工高壓旋噴樁，基坑內明溝排水的降水措施：

（1）在基坑西半部的3個側面沿周圍于人工挖孔樁外側梅花型設置3排高壓注漿孔，采用單管法樁長約16m，孔間距1150mm，排距580mm，擴散半徑600mm，注漿后形成止水帷幕厚度為1.5m，帷幕深度為進入相對不透水層2.5m。

（2）在基坑東半部的3個側面沿基坑內側設置一排高壓注漿孔注漿，外側設置2排高壓旋噴樁，注漿孔間距750mm，排距375mm，擴散半徑375mm，樁排距375mm，行距600mm，注漿壓力25MPa，注漿孔與高壓旋噴樁梅花型布置相互膠結形成止水帷幕，并與西側部形成閉合止水帷幕墻，將基坑內外水力隔開。一般情況下注漿深度從-4.00m處開始約16m，上部2m可不注漿，確保注漿深度進入粉質粘土層3m。

（3）在基坑頂部和底部設置斷面尺寸為300mm× 300mm的排水溝和每隔30m設500mm×500mm的集水坑（深600mm）進行抽排降水，在坑內設污水泵，將水排出至地面，連通市政雨水管道。在基坑周邊1m圍欄處墊300高的土壩覆蓋彩條布，防止地面水進入基坑。

4.2.2注漿要求及參數

采用普通水泥和水玻璃雙液灌注的袖閥管垂直后退式分段工藝，其作用機理主要表現為裂隙填充和劈裂作用，雙漿液凝膠時間可調在30s～3min，可以減少地下水對漿液凝膠化性能的影響，確保漿液在富水和動水條件下的凝膠固結；同時采用精密水準儀監測注漿施工過程中地表變形，應控制地表隆起限值為30mm。采用?48mm單向袖閥式塑料管，管外側每33cm設一組溢漿孔，外部覆蓋橡膠套，皮碗式或臺階式止漿塞、花管、寶塔頭和管堵等其配套構造，可以形成分段注漿工藝，能夠保證漿液在壓力條件下注入地層，而防止地層中的水和砂土進入注漿管，影響注漿施工效果，能保證帷幕的連續性和有效性。

原材料為425#以上普通硅酸鹽水泥、35Be′以上水玻璃，緩凝劑Na2HPO4，漿液配比：水泥與水玻璃為1∶1，緩凝劑1%～3%，稀水玻璃濃度25～35Be′；注漿速度20～40L/min，分段長度0.4m，注漿終孔1～1.7MPa。按注漿孔間距a≤（1.5～1.7）R進行計算，R指漿液擴散半徑（m）；單孔注漿量按下式進行計算確定：

Q=πRhnα（1+β）γ

式中：Q——注漿量，m3；

R——漿液擴散半徑，m；

h——注漿深度，m；

n——地層孔隙率或裂隙率；

α——地層孔隙填充率；

β——漿液損失率，一般取10%～30%；

γ——單孔注漿轉化為群孔注漿時注漿量折合系數，一般取60%～80%。

5　主要施工技術

本工程包含3個分項是塑像、基坑周邊建筑及道路的基礎加固施工和土石方開挖外運、基坑支護。由于工期要求比較緊，在保證質量、安全的前提下，盡可能開展多工序同步施工、平行作業，控制作業循環時間，合理安排作業層次。東西兩側分為2個施工區，首先在基坑坡頂實施地基注漿加固處理，再土方開挖和錨噴支護同時進行，實行邊開挖邊支護。關鍵工序是土方開挖工作，支護工作須得土方施工緊密配合，及時開挖出支護工作面，確保施工正常進行。

5.1施工流程

施工前準備（場地準備）→基坑測量放線→周邊建筑及道路基礎鉆孔注漿加固→坡頂排水系統施工→開挖第一層平臺（4m）→施工錨桿噴射混凝土支護→施工監測→止水帷幕基坑降水（注漿加固、高壓旋噴樁）施工→土石方逐層開挖外運至第7層（每層2m）→逐層施工錨桿噴射混凝土支護→剩余土石方挖運、坡腳排水系統施工→工程驗收。實施過程中重點是鉆孔注漿加固、土石方開挖、止水帷幕降水、錨桿施工與錨噴支護工況的結合以及過程中的施工檢測進行控制。

5.2鉆孔注漿加固

為保證注漿加固軟土層的加固質量，先注開挖區域外側的內排孔和外排孔，使加固區域圈圍密封。注漿頭使用自動脫開式花管，出漿孔直徑5mm左右，注漿壓力0.5MPa，應隔2孔施工，防止注漿孔連通冒漿。

施工采用純水泥漿液，選用32.5級水泥其灰水重量比為1∶0.5，采用自流式水沖攪拌機進行攪拌，加入0.05%用量的水玻璃，起到快干固化作用。水泥漿液要攪拌均勻，應隨灌、停留漿桶時間不得超過15min。

5.3土石方開挖

土石方開挖工程是影響工期的主線，必須搞好組織管理與調度。嚴格按照設計的分層開挖深度進行，充分利用空間和時間，保持土方均衡施工進度。要抓好土方開挖的連續突擊作業，同時采用分區、分層、分步交叉流水作業。土石方開挖前，應對基坑支護范圍內周邊地下管線設施及道路、建（構）筑物的情況等調查清楚，并采取切實可行的保護措施，避免土方開挖及支護施工過程中將其損壞。

基坑邊坡支護施工需要合理選擇基坑土方開挖程序，遵循分段開挖、分段支護的施工原則。本基坑采用機械分層開挖和裝載機清底，土方開挖時第一層開挖深度不宜超過2.9m，以后每層開挖深度為2m，最大不大于2.5m。邊坡開挖與錨桿支護施工應自上而下分段分層進行，應人工修整坡面，開挖速度應與錨桿支護施工相協調以保障邊坡和支護結構安全，并留好噴錨支護施工工作面。

5.4錨噴支護

噴錨支護作業施工順序：鉆孔施工準備→移機就位、校正孔位調正角度→安螺旋鉆桿繼續鉆孔到預定深度→退旋螺鉆桿→插放鋼筋錨桿→插入注漿管→灌水泥漿、養護→上錨頭→預應力張拉→緊螺栓→錨桿安裝工序完畢→人工修邊坡→噴射混凝土30cm→安設鋼筋網→結構斜筋綁扎、焊接→噴射混凝土層到設計厚度120cm→繼續土石方開挖。

上層錨桿注漿體及噴射混凝土面層達到設計強度的70%后方可開挖下層土方及錨桿施工，錨桿鉆孔應采用跳鉆施工，不得在同一處密集施工。

錨桿鋼筋應設定位支架，注漿前應將孔內殘留或松動的雜土清除干凈，注漿管應插至距孔底250～500mm處，孔口部位宜設置止漿塞及排氣管。

5.5止水帷幕降水

止水帷幕采用注漿孔和高壓旋噴樁的施工，加固了基坑邊坡，同對基坑外側地下水起到了截止作用。由液壓鉆機成孔，注漿泵進行注漿作業，方式采取后退式分段注漿工藝，在注漿管內由孔底進行注漿，每次注漿步距0.4m，注完第一注漿段后，后退注漿管進行第二段注漿，以此下去，直至完成注漿，并且對檢查孔進行注水實驗。

5.6施工監測

為確保基坑支護施工期間周邊建筑物和道路的穩定及安全，按設計要求，對基坑周邊建筑物與重要街道、基坑周圍的土體和塑像加固的水平位移及沉降等不同情況，每隔18m沿基坑周邊及錨噴支護墻面44處和周邊建筑物上12處設置了觀測點。施工過程進行了觀測管理，根據采集的監測數據，基坑周邊建筑物最大沉降為1mm，塑像加固的最大水平位移為21mm及沉降量17mm，基坑最大的側向位移為15mm，最大沉降量為14mm，監測結果表明，監測對象的沉降量、位移值、變形值、應力值均在設計允許范圍內波動，未出現異常現象，說明基坑的開挖過程對周圍土體及建筑物的擾動影響非常小。

6　結語

通過在廣場改造工程深基坑支護的施工實踐，采用鉆孔注漿加固+錨噴支護+高壓旋噴樁止水帷幕的體系是安全可靠的，施工操作簡單，支護體系結構剛度大，對周邊的建筑物及道路影響小、降水實施效果較好等，保證了土石方開挖的施工安全，為快速封底、快速施工框架結構提供了條件，確保了項目的工期。總之，取得了良好的社會和經濟效益。

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TU463

B

1004-5716（2016）10-0004-05

2016-05-23

2016-05-31

李云霞（1976-），女（漢族），山西晉城人，工程師，現從事工程施工技術及項目管理工作。