某強風化砂巖層深基坑設計及施工分析

武開通 丁亞飛

（1甘肅省建設投資（控股）集團有限公司，甘肅 蘭州 730050；2甘肅第六建設集團股份有限公司，甘肅 蘭州 730046）

0 引言

近年來，基坑支護類型和施工工藝、基坑開挖設計方法的多樣化和信息化、基坑穩定性控制和降水及變形監測等有了迅速發展，使得深基坑工程可靠性更強，且施工成本進一步降低，為大型工業建筑和超高層建筑的基礎施工提供了保障。

本文依托蘭州市某超高層建筑深基坑工程進行基坑支護設計及施工研究。該項目基坑工程是蘭州在建的大型超高層建筑深基坑之一，對基坑工程的設計和施工提出了考驗，需結合支護結構理論計算、變形監測和相關工程經驗，以及該場地的實際工程地質和水文地質條件，嚴密論證基坑開挖和支護及監測方案的可靠性與穩定性，并積極考慮對周邊建筑物和地下管線的影響，確保深基坑工程設計符合工程實際[1]，更加合理和經濟。

1 工程案例

1.1 項目概況

本項目為一商業住宅綜合體，建筑物高度為245.95m，為超高層建筑。開挖基坑尺寸約為300m×228m不規則矩形，基坑開挖深度約為16.0m，局部約為18.0m。

1.2 周邊環境

擬建場地周圍市政設施齊全，場地較平坦，位于黃河南岸Ⅱ級階地。基坑周邊環境如下：基坑北側為麥積山路，距離基坑邊13.0m；基坑南側為民主路，距離基坑邊12.0m；基坑西側為藍莓酒店及其附屬建筑物，距離基坑邊10.0m；基坑東側為蘭泵小區及家屬院，31層高層建筑，框架結構，距離基坑邊15.0m；基坑東側為速8酒店，距離基坑邊17.0m，獨立基礎。

1.3 工程地質及水文條件

本次勘察最大揭露深度為26.0m，勘察場地勘探深度范圍內地層主要為第四系松散堆積物及第三系砂巖，自上而下依次為①層雜填土、②層卵石、③層砂巖。場地地層結構如表1所示。

表1 場地地層結構表

場地地下水類型屬孔隙潛水，主要賦存于第四系卵石層中，勘察期間在鉆孔內測得地下水水位埋深3.2-3.7m，相應水位高程1514.22-1514.82m。

2 基坑支護系統設計

基坑四周距用地界線、已有建筑物及道路距離較小，為保證基坑周邊建筑物、地下管線、道路的安全和正常使用，保證主體地下結構施工安全及施工空間，本工程基坑支護采用圍護樁、預應力錨索、基坑面掛網噴射混凝土及降水等綜合措施。

基坑根據周邊環境，系統地劃分為四段，支護方式及參數如下：

①A-B-C段：長118m，布設68 根樁圍護樁，其中樁徑1200mm、樁間距1800mm、樁長34.9m共63 根，樁徑1000mm、樁間距1800mm、樁長22.5m共5 根。冠梁寬度1200mm，高度800mm；基坑布設6排預應力錨索，錨索孔徑150mm，長度15.5～20.5m。

②C-D段：35 根圍護樁，樁徑1000mm，樁間距1800mm，樁長22.5m。冠梁寬度1000mm，高度600mm；基坑布設5 排預應力錨索，錨索孔徑150mm，長度18.0～20.0m。

③擬建鍋爐房范圍內D-E-F段：支護結構為樁錨形式，樁徑1200mm，樁身27.0m，樁間距1800mm。冠梁寬度1200mm，高度800mm。基坑布設5排預應力錨索，錨索孔徑150mm，長度18.0～20.0m。

④F-G-H-I-J-K-L-A段：長821.52m，支護結構形式為樁錨支護。圍護樁樁徑1000mm，樁間距1800mm，樁深22.5m。樁頂冠梁寬度1000mm，高度600mm。基坑布設5排預應力錨索，錨索孔徑150mm，長度18.0～20.0m。

其中，系統各組成設計參數及布置方式如下：

鋼筋保護層厚50mm；鋼筋籠主筋為均勻間距配筋；鋼筋籠主筋為17（23）Φ22HRB400 鋼筋，加強筋為1Φ16＠2000HRB400鋼筋，箍筋為HPB300φ10＠150 螺旋箍，樁身混凝土強度為C30。

樁頂上部冠梁寬1000（1200）mm，高600（800）mm，通長配置，冠梁配筋為Φ22HRB鋼筋，箍筋為φ10@200HPB300鋼筋，冠梁混凝土強度為C30。

基坑邊壁布設鋼筋網片φ6.5@250×250(或鋼板網)，采用膨脹螺絲固定在圍護樁上，噴射C20細石混凝土厚度為80mm。

基坑上部3排槽鋼為2*22a槽鋼，下部2～3排預應力錨索錨具采用雙向支座，預應力錨索為4s15.24鋼絞線，成孔直徑150mm，傾角15°，孔內注M30水泥漿，預應力錨索鎖定值200～150kN。

降水井成孔550～600mm，井間距13.0m，井深22.5m，井管規格360mm，底部2.5m為沉沙管，其上7.5m為濾水管，其余為實管。排水管管徑160mm，布置三級沉淀池預估3個，依工程需要增減。

基坑底部周邊開挖排水溝，截面尺寸為300mm×300mm，縱向每50.0m距離設置1口集水井，集水井尺寸為700mm×700mm×700mm，可依現場實際空間規定排水溝尺寸。

本基坑開口面積較大，基坑下口部位處在強風化砂巖層，該層局部含有裂隙水，根據土方開挖情況設置真空泵數量，抽取裂隙水。

3 深基坑施工工藝及要點

3.1 支護排樁施工

支護排樁采用旋挖鉆機進行成孔，工藝流程如圖1。

圖1 排樁施工工藝流程

1）鉆機在樁位復核無誤后就位，移動時要看清四周情況，及時排除不穩定因素。

2）檢查定位情況，就位時鉆機對準樁位，調平機身以保證樁垂直度。用水平尺校正基座水平，動力頭、攪拌頭、樁位線三點一線，確認無誤后開始作業[2]。

3）成孔

①鉆機進入現場，進行組裝。

②就位鉆機，按設計樁位放置樁尖，鉆機須保持水平、穩固，調整鉆機與地面垂直度，確保偏差不大于0.3%。

③鉆進到預定標高，停鉆。

④鋼筋混凝土支護樁鉆孔：調直機架挺桿，對好樁位，運用階梯鉆頭成孔，達到控制深度后停鉆、提鉆[3]。

3.2 水下混凝土灌注

本工程成孔采用泥漿護壁旋挖鉆進方式，澆筑混凝土時須采用水下灌注混凝土施工工藝。工藝如圖2所示。

圖2 水下澆筑混凝土施工工藝

1）混凝土采用商品混凝土，灌注前應檢查混凝土的坍落度、和易性，確保符合設計要求。混凝土由罐車運至現場后直接進行灌注。為確保灌注順利進行，混凝土灌注前需準確計算首批混凝土方量（1.0m直徑樁首批混凝土方量為1.0m3）。

2）導管安裝：灌注混凝土時，每車混凝土灌注完成或預計拔導管前，量測孔內混凝土面位置，以便及時調整導管埋深，導管下口至孔底距離以300～500mm為宜[4]。封底時導管埋入混凝土中的深度不得小于1.0m。

3）灌注連續進行，盡可能縮短拆除導管的間隔時間。

4）經常保持孔內水頭，防止塌孔，并探測孔內混凝土位置，調整導管埋深[5]。

5）核對混凝土灌入數量，以確定所測混凝土的灌注高度是否正確[6]。灌注完的樁頂標高應比設計標高高，高出部分在混凝土強度達到50%以上后鑿除，鑿除時防止損毀樁身。

6）水下混凝土施工質量應符合表2規定。

表2 水下混凝土灌注施工質量檢查標準

3.3 預應力錨索施工

1）錨索孔徑150mm，采用跟管鉆機鉆孔而成，孔內直接放入加工好的錨索，拔出套管隨后注漿而成。

2）錨索自由無粘結，自由錨索表面涂抹黃油并包裹塑料波紋管，波紋管兩端由膠帶纏繞封閉。錨固為有粘結。沿桿體軸線方向隔2.0m設置一個隔離塑料支架，兩個隔離支架之間用10號鐵絲設置緊固環。

3）穿入錨索時盡可能少地抽動錨索，送入孔道的力度應均勻[7]。錨索前端設置導向帽，導向帽長度150mm，前端為尖錐形狀，錨索插入導向帽內，點焊固定連接。

4）錨索注漿采用一次注漿，插入錨索拉桿時應將灌漿管管頭密封，在錨固范圍內間距1.0～1.5m加工出漿孔，用膠帶蓋住開孔處，注漿管孔徑≥25mm，與拉桿同時插入孔。桿體插入孔內≥錨索長度的95%。

5）灌漿材料采用M30純水泥漿。水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5～0.55，為防止泌水、干縮，可摻加5%的混凝土微膨脹劑。

6）錨索注漿管內端距孔底0.5m，注漿時采用底端注漿形式。注漿管口埋入漿液面以下，在水泥漿液溢出后停止注漿。

7）錨索錨頭由型鋼腰梁、承壓鋼墊板及夾片錨具組成，部分腰梁采用2根22a槽鋼組合成“工”字型，承壓鋼墊板用Q235鋼板加工而成，厚度10mm，鎖定后與腰梁焊接連接。錨具采用NVM15夾片錨具。雙向支座或單樁雙錨采用特制錨具施工。

8）錨筋穿過2根槽鋼腹板之間的縫隙，由張拉設備張拉鎖定后，將錨索與錨具鎖定。腰梁應緊靠樁身，有間隙時可用鋼片楔緊或混凝土填筑密實。

3.4 監測點布置

主要對基坑坡體的水平位移及基坑頂部的豎向位移進行監測。支護結構頂部水平位移和豎向位移監測布設8點，編號P1～P8。布點間距30m，且基坑每條邊不少于3個監測點，水平位移與垂直監測點使用同一點。

4 結語

本文結合工程案例對強風化砂巖層深基坑設計及施工進行研究分析。實踐證明，在該強風化砂巖層深基坑設計采用支護樁、預應力錨索、基坑面掛網噴射混凝土及降水等綜合措施予以支護，效果較好。基坑樁頂水平位移、深層水平位移、錨索軸力與地表沉降值均在安全控制范圍內，說明該基坑樁錨支護體系設計方案合理可靠，施工方法科學安全，工程質量合格。