不良地質條件下的深基坑施工技術研究

楊開強，周澤林

（中國十九冶集團有限公司重慶分公司，重慶 401120）

0 引言

基坑逆作法作為一種先進的基坑施工工藝，具有施工安全、快速、及時等優點[1]，特別是對于軟弱易塌等巖土層，因地形自上而下分層分段開挖，釆用力學平衡原理預支護技術，同層開挖一段、支護一段，下級臺階必須在上級臺階支護完畢達到一定強度后再行開挖。

大量的工程實踐表明，逆作法非常適用于軟土、軟巖深基坑，但是在巖體極其破碎、易塌孔的情況下，錨桿鉆孔摩阻力增大，容易發生溫度升高、卡鉆，甚至鉆頭無法取出的情況，從而影響施工效率[2-4]。在大體量深基坑邊坡支護過程中，采取分段分層支護施工，常常不能在雨季來臨前及時完成支護。針對上述問題，本文結合在建的江龍高速復興長江大橋錨碇深基坑項目，介紹了順向破碎地層基坑逆作開挖方法、淺孔松動爆破技術、順向破碎地層錨桿成孔工藝施工的關鍵技術控制。同時，探討了基坑降排水施工及監測關鍵工序質量控制措施，研究結論對類似條件下的錨碇深基坑工程施工具備一定的參考價值。

1 工程概況

1.1 橋梁基坑概況

重慶江龍高速公路云陽復興長江大橋主橋采用大跨度懸索橋方案，橋面寬度37m（雙向6車道+人行道），橋跨布置為：（49+2×56+49）組合梁+1208m簡支鋼箱梁懸索橋+3×40m裝配式T梁，全長1543m。南北岸錨碇結構相同，均采用重力式錨碇。錨碇底面尺寸：長為25.5m，寬為68m；頂面尺寸長為54.5m，寬為91.0m，基底高程江口岸為205m，龍缸岸為208.3m，錨體高32m。錨碇區基坑開挖后，邊坡高度江口岸為20～54m，龍缸岸為30～90m，主要為泥巖和砂巖組成的巖質邊坡，上覆少量素填土。基坑邊坡最大坡度為1:0.3，最小坡度為1:0.65，最高處邊坡有10級，最低處為3級，單級邊坡高度為9m。基坑最大開挖土石方量為17萬m3。基底容許承載力不小于850kPa。錨碇結構示意圖如圖1所示。

圖1 錨碇結構示意

江口岸錨碇位于長江北岸斜坡上部的原廢棄廠內的后側平臺上，平臺上下斜坡地形相對較緩。江口岸錨碇以泥巖夾局部薄層砂巖為主，巖質邊坡為順向坡，基巖巖層產狀12°～18°，巖體可能沿巖層層面滑動破壞，斜坡地形較陡，地形坡角一般為5°～25°，局部人工擋墻陡坎達80°，坡頂高程最高約241.7m。橋址區橫跨長江，長江為地下水的排泄基準面，橋址區水文地質條件較簡單，地下水以其儲存形式分為松散層孔隙水和基巖裂隙水。錨碇基礎典型地質柱狀圖如圖2所示。

圖2 錨碇基礎地質柱狀圖

1.2 施工重難點分析

（1）該橋計劃錨碇基坑施工時間正值雨季，基坑開挖后土層宜塌、邊坡穩定性較差，及時支護難度較大。且臨近長江施工，環保、水保要求高。

（2）基坑頂至基坑底的最大邊坡高度達90m，基坑開挖邊坡位于陡坡地形，施工難度大。

（3）基坑邊坡存在既有建筑物，開挖前需要先改移既有村道，對既有高壓線鐵塔進行防護，施工安全風險高、施工進度緩慢。

（4）基坑邊坡含富水地層，錨桿孔注漿難度大，質量要求高。

（5）便道彎道多、縱坡大、線路長，出渣路線安全風險高。

綜上所述，該懸索橋錨碇基坑采用抗滑樁、錨桿（索）框架梁加噴錨防護，最長錨索達30m，施工組織困難，技術難度大，質量要求高。為避免在施工過程中出現邊坡坍塌、既有建筑物損壞、錨孔注漿效果差等安全質量事故，有必要對其施工工藝技術進行充分研究。

2 軟弱地質順層逆作法開挖施工控制技術

2.1 錨碇基坑土石方開挖技術

深基坑逆作法施工的關鍵技術為地層預支護技術，即主要利用力學平衡技術，先對軟弱巖層進行預加固，通過修筑抗滑樁、噴錨或錨桿（索）框架梁對最上一級基坑進行加固，待上一級支護強度滿足要求后，才允許施作下一級，施工流程為測量放樣→施作坡頂截水溝、擋塊和防護欄→先分級后分層再分段開挖，逐級開挖，逐級防護，及時施作排水溝→循環至基坑底層開挖→及時施作集水井及匯水溝。

2.1.1 開挖較平地形錨碇基坑

平地錨碇基坑開挖需因地制宜、分級分層分段開挖，及時跟進防護。每級分不同厚度的小層，每層按日可施作防護面積，再分為大致相同的小段，按流水施作防護，開挖一段施作一段。每層先開挖四周，便于及時施作防護和排水，每段基坑按拉溝槽式開挖，平距宜不大于6m。

具體施作步驟如下：

（1）紅線內清表，修筑坡頂截水溝；

（2）基坑范圍內根據現場實際地形修筑“之”字形馬道，便于機械通行；地表土層或中間頁巖層可直接使用兩臺鉤機，配合挖掘機開挖，為提高開挖效率，砂巖宜采用松動爆破開挖方式，通過頂級出碴通道運至棄碴場；

（3）修筑第二級出碴通道。修筑邊坡“之”字形馬道。自上而下逐層挖除土石方，通過場內馬道運輸至棄土場；

（4）修筑第三級出碴通道，盡量接近錨碇基坑底開槽，防止通道縱坡過大，便于車輛起步運輸；

（5）便道坡陡彎急，在明顯位置設置交通安全警示標志，出碴通道出口宜與既有村道相連。

2.1.2 開挖較陡坡地形錨碇基坑

開挖陡坡地形基坑與較平緩地形基坑的最大區別在于：

（1）陡坡地形需要在坡面上修筑直通便道，而非只采用“之”字形馬道；

（2）陡坡地形開挖前，應做好坡面防護，避免滾石。

陡坡地形錨碇基坑開挖分級示意圖如圖3所示。

圖3 陡坡地形錨碇基坑開挖分級示意圖

2.2 淺眼松動爆破控制技術

施工中，主要采用控制爆破方式開挖錨碇基坑；對距基坑邊坡2m范圍外的巖石，采用松動爆破方式；距基坑邊坡2m范圍以內的巖石，采用光面爆破；基底以上留1m厚巖層，采用人工配合機械突擊開挖。

爆破工藝流程：測量布孔→鉆孔→裝藥→堵塞→聯網→設置防護→警戒→起爆→爆后檢查，清除瞎炮及危石→解除警戒→裝運石碴→下一循環。

錨碇基坑每層開挖深度為4m，使用潛孔鉆機鉆孔，垂直淺孔微差爆破，梅花形交錯布孔，炮孔孔徑宜為D=90mm，堵塞材料選用鉆孔巖粉或砂與土的混合物，利用導爆管雷管起爆。淺孔爆破參數如表1所示。

松動爆破起爆選用當前最為安全可靠的電+非電導爆混合起爆網路，孔內和主體網路連接均使用導爆管雷管，最終由電雷管引爆[5]。

采用毫秒微差起爆方法，起爆方式根據待爆巖體條件，采用排間起爆，排間間隔時間70ms。松動爆破起爆網路連接示意圖如圖4所示。

圖4 松動爆破起爆網路連接示意圖

鉆孔方向平行于坡度方向，沿開挖輪廓線布置，采用小直徑藥卷間隔裝藥，同段位采用導爆管雷管或導爆索起爆。為了減輕爆破振動影響，采用導爆索分段起爆，各段之間分別采用毫秒電雷管引爆。光面爆破分段起爆網路連接示意圖如圖5所示。

圖5 光面爆破分段起爆網路連接示意圖

3 順層破碎地層錨桿（錨索）施工控制技術

3.1 超深孔質量控制

3.1.1 鉆孔孔位控制

坡面孔位放樣前，應先進行坡面清理，將坡面虛碴清除干凈，有突石的地方要作鑿平處理，凹進去的地方應使用同標號混凝土（C20）進行嵌補，坡面處理干凈、平整后，對坡面坡度、平整度進行復測驗收，保證坡面成一個平整面。坡面修整完成后，采用廣線法放樣出錨桿孔及泄水孔點位，并用紅油漆標注出，拉廣線時，應采用通長拉法，保證錨桿（錨索）位于框架梁交點中心處，嚴禁錨桿（錨索）邊施工邊放樣。

3.1.2 鉆孔過程質量控制

鉆孔前，調整鉆機位置，確保錨桿孔水平誤差、高程誤差、鉆孔傾角和方向符合設計要求，為確保錨桿孔孔壁注漿粘結性能和避免擾動孔內四周地質穩定性，不能采用水鉆成孔，而應采用干鉆成孔，過程中做好巖粉采樣，及時判別地質巖層性質，必要時調整錨桿設計參數，確保基坑邊坡錨固整體穩定性。

在地表層或松軟破碎地質層等宜塌地層中施鉆時，可采取孔壁四周預加固處理技術，如灌水泥漿或套管跟進。

錨孔孔深宜比錨固深度深10～20cm，當巖層破碎、穩定性差時，要適當加深鉆孔。鉆到位后，采用高壓風（風壓0.2～0.4MPa）清孔，孔內不允許有積水、巖粉等，避免降低水泥漿液與巖質孔壁的粘結強度。驗孔過程中，要求鉆頭平順推進，不產生沖擊或抖動，確保孔內暢通，便于順利插錨。插錨前，應保護好孔口，避免堵塞。

3.1.3 錨孔注漿質量控制

注漿漿液宜采用水泥砂漿，其配比經試驗驗證后執行。漿液應采用強制式攪拌機攪拌，初盤攪拌時間不宜低于2min，隨拌隨用，中途停歇不應超過初凝時間，應連續注漿直至注漿結束，注漿過程嚴防雜物混入漿液中。

漿液應經試驗檢測合格后方可使用，其漿體流動性、泌水率應符合設計規范要求。注漿管應做泌水性試驗，試驗壓力不低于1MPa，確保漿液壓至鉆孔底部。

開始注漿前，將注漿管插入孔底，正式注漿前，進行試驗孔注漿，漿液返回至孔口，直至流出新鮮漿液，停止注漿。每孔應在初凝時間前補注漿2～3次，確保孔口漿體充盈，試驗成功后，開始大面積錨桿孔注漿。

錨桿孔漿體養護時間不少于7天，養護期間，避免擾動錨桿頭。

3.2 錨索張拉質量控制

壓力分散型錨索采用φ15.2mm高強度低松弛無粘結預應力鋼絞線。漿液強度達到設計強度要求后，才能張拉錨索體，張拉前做好充分準備，落實安全保障措施，核實張拉千斤頂和油表配套檢校，認真檢查錨索型號規格是否符合設計要求，驗算錨索設計引伸量，做好安全技術交底。錨索張拉前檢查錨索工作長度、錨斜托中心、錨板中心及千斤頂中心，使三心同軸。張拉應分級進行，以張拉力控制為主，伸長量校核，適時進行一次補償張拉，張拉鎖定后，需先進行補注漿，后封錨頭，注漿壓力宜為0.5～0.7MPa。

4 監控量測技術

4.1 監測周期及頻率

從基坑開挖開始至錨碇基坑回填完畢后，連續三天的監測數值穩定即可停止監測，基坑開挖施工期間應每天至少監測1次。

4.2 監測點布置

基坑監測主要設置水平位移監測點和豎向位移監測點，沿圍護結構周邊均勻布置，中部、拐點處應加密布置。基坑開挖深度每增加8～10m，沿基坑周邊增設一監測點。監測點間距不宜大于20m，拐點之間距離小于20m時，中間可不設，距離大于20m時，在中間設置一組測點。

4.3 監測預警

當基坑頂或坡面出現較嚴重的突發裂縫，或坑內出現滲漏、流砂、管涌、隆起或陷落時，應立即報警，其他情況根據《建筑基坑工程監測技術規范》（GB 50497—2019）規定進行解決。基坑報警值如表2所示。

表2 錨碇基坑變形監測預警值

5 結論與建議

本文結合復興長江大橋錨碇工程實踐，介紹了順層邊坡破碎地質條件下，深基坑開挖施工控制技術要點，并著重對大體量深基坑開挖施工工藝技術、邊坡防護錨桿（錨索）鉆孔技術、淺眼松動爆破控制技術、錨孔注漿工藝控制和關鍵工序質量保障控制措施進行了研究。結論如下：

（1）陡坡地形基坑開挖時，應因地制宜選用出碴通道。平地地形基坑場平，出碴宜采取“之”字形出碴通道；陡坡地形基坑場平，宜采取環形或直形出碴通道；

（2）在破碎巖層和易塌地層中，采用灌漿固壁和套管全程跟進，通過水泥漿液穩固巖壁、套管支撐巖壁，經試驗驗證，適合在破碎泥巖和砂巖中鉆進；

（3）破碎地層中基坑開挖時，宜采用淺眼松動爆破工藝，為防止爆破過程影響周邊建構筑物及危巖帶，應合理安排施工順序，采用潛孔鉆機鉆孔，垂直淺孔毫秒微差爆破。離邊坡附近2m范圍內的巖石采用光面爆破效果好，利于邊坡修整防護；

（4）注漿宜分次進行，間隔時間30min，漿液流動性、泌水率指標必須符合要求，注漿管承受壓力不低于注漿壓力，錨索張拉應分級進行，嚴格控制張拉應力，校核伸長量；

（5）基坑開挖期間，每天至少監測1次，堅持每天上報監測數據，當監測變形速率或累計變形絕對值超過規定時，第一時間向直接負責人報警。

另外，本文同時討論了順層破碎地層中基坑逆作法開挖防護控制方法、錨桿（錨索）鉆孔控制要求、錨孔注漿控制要求、錨索張拉控制等，得出的結論可供同類工程參考。