巖土工程深基坑支護工程設計理論與實踐相結合

舒宗妹

（廣東省工程勘察院，廣東 廣州 510510）

1 概述

目前在這一方面還存在著兩種相反的傾向，一是不考慮成本，在深基坑支護設計中通過人為增大設計荷載或者加大基坑安全系數來彌補設計和施工中對未知因素的考慮不周，造成了極大的浪費；二是為節約開支成本而減小基坑安全系數，或者是不考慮基坑的現場實際情況，人為地縮短工期，對深基坑支護工程造成安全隱患，這兩種情況的傾向都在一定程度上制約了深基坑支護設計在實踐中的應用。

2 深基坑工程相關概況

某陽江市深基坑項目位于陽江市江城區創業路與新江路交匯處東北部，項目總用地面積約30000m2，建筑基底占地面積約18000m2，擬建建筑物為大型商場(樓高 4～5 層)和 2 幢服務型公寓(樓高 22～23 層)，帶 2層裙樓和2 層地下室。擬采用的結構類型為框剪結構。基礎類型擬采用樁基礎。基坑為負2層地下室，周長669.70m，基坑擬開挖深度9.35～9.55m。本基坑安全重要性等級東南側（D-E-F-G-H-I-J段）為一級，基坑側壁的重要性系數取γ0＝1.1；其余各側均為二級，基坑側壁的重要性系數取γ0＝1.0。考慮到場地的開挖深度不同，基坑頂的周邊環境不同、地質條件的不同等因素，本基坑支護項目一共劃分為六個基坑支護剖面。

本場地原地貌屬河流沖積地貌，位于漠陽江下游沖積平原，地勢較低，原來為耕地，現在場地已經回填人工填土，目前整個場地相對較平整。基坑南側為新江北路、西側創業路，北側及東側為規劃路，東南側為建筑物（8～9層，框架結構，預應力管樁基礎）。基坑周邊管線較多，分布雨水渠、燃氣管、電信光纜、雨水管、給水管等。場區揭露的巖土層由上至下有第四紀人工回填土層(Q4ml)——第①層素填土；第四紀耕植層(Q4pd)——第②層耕土；第四紀沖積層(Q4al)——第③層粉質粘土、第④層中砂；第四紀殘積層(Q4el)——第⑤層殘積粘性土；燕山三期侵入巖[γ52（3）]——第⑥層全風化花崗巖、第⑦層強風化花崗巖、第⑧層中風化花崗巖和第⑨層微風化花崗巖。陽江位于回歸線以南，屬亞熱帶氣候，雨量充沛，氣候溫和。年平均氣溫22.0℃左右，年平均降雨量一般在2300mm左右，雨水分布不均勻，夏秋季多臺風雨，有時候會出現強降雨情況。根據地區經驗，地下水年變化幅度一般約為±1.00m，勘察期間測得地下水位黃海高程為3.62～4.52m。

3 設計理論及典型支護剖面設計

本項目考慮到施工總平面布置、周邊環境復雜等因素，綜合考慮，基坑東南側采用旋挖灌注樁+內支撐支護方案，旋挖樁外側設一排水泥攪拌樁截水帷幕；基坑北側、東北側采用復合土釘墻支護方案（兩排水泥攪拌樁+微型注漿鋼管樁+兩道預應力錨索+土釘墻）；其余各段采用旋挖灌注樁+預應力錨索支護，旋挖樁外側設置一排水泥攪拌樁截水帷幕。

本典型剖面基坑開挖深度9.55m，采用旋挖灌注樁+預應力錨索支護，旋挖樁外側設一排水泥攪拌樁截水帷幕。旋挖灌注樁?0.8m@1.4m，嵌固深度4.95m，樁身砼強度C30；攪拌樁截水帷幕?0.55m@0.35m。典型支護剖面圖如圖1所示，典型支護剖面圖計算工況圖如圖2所示。

圖1 本基坑典型支護剖面圖（單位：m）

圖2 本基坑典型支護剖面計算工況圖

本典型剖面(整體穩定驗算)計算方法：瑞典條分法，應力狀態：有效應力法，條分法中的土條寬度：0.40m，滑裂面數據，整體穩定安全系數Ks=1.739。

抗傾覆穩定性驗算,抗傾覆安全系數：

Ks=2.044≥1.200，滿足規范要求。

抗隆起驗算，從支護底部開始，逐層驗算抗隆起穩定性，結果如下：

支護底部，驗算抗隆起：

Ks=5.166≥1.600，抗隆起穩定性滿足。

嵌固深度計算,嵌固深度計算參數：嵌固深度是否考慮內支撐作用（否），是否考慮坑底隆起穩定性（是），是否考慮最下層支點為軸心的圓弧穩定性（否）。

嵌固深度計算過程：

當地層不夠時，軟件是自動加深最后地層厚度(最多延伸100m)得到的結果。

（1）嵌固深度構造要求：依據《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012,嵌固深度對于多支點支護結構ld不宜小于0.2h。嵌固深度構造長度ld：1.910m。

（2）嵌固深度滿足整體滑動穩定性要求：按《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012 圓弧滑動簡單條分法計算嵌固深度：

圓心(-1.743，10.832)，半徑為11.614m，對應的安全系數Ks=1.413≥1.300；

嵌固深度計算值ld：0.500m。

（3）嵌固深度滿足坑底抗隆起要求：符合坑底抗隆起的嵌固深度ld：0.000m。

滿足以上要求的嵌固深度ld計算值：1.910m，ld采用值：4.950m。

嵌固段基坑內側土反力驗算：

Ps=646.474≤Ep=1206.990，土反力滿足要求。

4 基坑支護實踐施工順序

對于復合土釘墻段：先施工水泥攪拌樁，然后放坡至微型鋼管樁頂標高處施工鋼管樁，同時施工放坡面鋼筋網噴砼、樁頂層錨索、腰梁，待錨索注漿體強度、腰梁強度均達到設計強度的75%后進行錨索張拉鎖定，再按要求分層分段開挖施工。每段每次開挖長度20～30m，每層開挖至土釘或錨索下0.2～0.3m，然后施工土釘或錨索、鋼筋網噴砼、腰梁，待漿體強度、噴射砼強度達到設計強度的75%或錨索張拉鎖定后，再開挖施工下一層，直至基坑底；對于樁錨支護段：要求先施工水泥攪拌樁，然后施工旋挖樁，再開挖至樁頂標高處施工放坡面鋼筋網噴砼、冠梁層錨索、冠梁，待錨索漿體強度、冠梁強度均達到設計強度的75%后進行張拉鎖定，然后開挖施工下一道錨索、腰梁、樁間土鋼筋網噴砼，直至基坑底；對于樁撐支護段：要求先施工水泥攪拌樁，然后施工旋挖樁、支撐立柱樁；然后開挖至樁頂標高處，施工放坡面鋼筋網噴砼、樁頂冠梁及內支撐梁；待強度達到設計強度75%后再采用小型機械或人工開挖支撐下面的土方。

5 基坑支護實踐施工進度安排

施工工期為90d，要求業主完整交付施工場地并緊密配合進行土方開挖，且各分項同時進行施工。詳見圖3。

6 基坑支護實踐主要施工工藝措施

6.1 水泥攪拌樁施工工藝措施

施工流程如圖4 所示。本工程深層水泥攪拌樁施工按下列步驟進行：

圖4 水泥攪拌樁施工步驟

（1）測量放線：施工前，根據基坑設計圖紙、設計單位技術交底以及圖示坐標進行測量樁位放樣，采用全站儀施放軸線和樁位，用木樁加石灰將攪拌樁樁位逐點放樣，鋼尺輔助。橋臺位置攪拌樁與鉆孔樁之間的中心距不小于90cm,如不能滿足可適當調整樁位，在攪拌樁的位置上，插打竹片樁。并對樁位進行編號，以利于施工管理和資料整理。放樣定線后做好測量技術復核單報監理復核檢查，確認無誤后進行攪拌施工。

（2）樁機就位：樁機使用其自身的步履行走系統移動，塔架提吊攪拌樁機就位。水泥攪拌樁機到達指定樁位，對中。當地面起伏不平時，采用攪拌樁機的液壓平衡裝置使起吊設備保持水平。檢查鉆桿長度、鉆頭直徑，將樁機移到指定位置對好樁位。

（3）預攪拌下沉：當攪拌樁樁機的冷卻水正常運行之后，將攪拌機電機啟動，放松攪拌樁機吊索，使攪拌樁機沿導向架攪拌切土下沉，下沉速度可由電機的電流監測表控制，控制在約0.8m/min，工作電流不大于10A。

（4）制漿、送漿：當水泥攪拌樁機下沉至設計深度后，才可配制水泥漿，應嚴格按預定的配合比拌制，并應該有防離析等措施。施工中加水可使用定量容器進行用水量控制。

（5）攪拌提升：當水泥攪拌樁機預攪下沉至設計深度后，將灰漿泵漿水泥漿開啟壓入地基土內，提升鉆頭噴漿。噴漿過程中，不斷攪拌水泥漿，防止其離析，并通過電腦自動計錄，噴漿量，離地面50cm 時，停止噴漿。要注意攪拌機的提升速度和噴漿速度相協調，使連續均勻，以控制注漿量，保證攪拌均勻，以此同時泵送也必須連續。

（6）重復攪拌下沉：第二次噴漿完成后，繼續三次下沉鉆頭進行補漿噴漿，攪拌至設計位置深度。攪拌至設計位置深度后，進行第四次提升攪拌，進一步拌和均勻。孔深范圍內各段補漿量由電腦自動控制，并保證四次噴漿完成后，各段噴漿量相等，水泥漿剛好使用完畢。以上施工方案采用四攪四噴施工工藝，實際施工時先進行攪拌樁試樁施工，驗證施工工藝，如果四攪四噴實際操作有困難，可改為四攪二噴。

（7）重復攪拌提升：一邊旋轉、一邊提升，重復攪拌到攪拌樁樁頂標高處，并將鉆頭提出地面。

（8）樁機移位：樁機移至進行下一樁位，重復進行（2）～（7）的步驟施工，保證施工的連續性。

（9）清洗機器：若樁機停止施工、施工間歇時間太長或已施工段完成后，應立即清洗機器。向水泥漿攪拌桶中加入清水，開啟灰漿泵，清洗全部管中殘存的水泥漿，直至干凈，并將粘附在攪拌頭的軟土清洗干凈。每天加固完畢，應用水清洗貯料罐、砂漿泵、深層攪拌機及相應管道，以備再用。

（10）勞動組織：攪拌樁機施工時，每臺班配備約10人。班長/機長1 名：負責現場攪拌樁機施工的指揮工作。操作工2 名：負責深層攪拌樁機的操作及保養工作。司泵工1名：負責指揮灰漿制備以及泵送系統的正常運轉，做好水泥漿制備設備的保養等工作。拌漿工1名：負責水泥漿固化劑的配制，將水泥漿倒入集料斗內的工作。樁機維修工1名：負責維修和維護攪拌樁機的工作。電工1 名：負責修理和維護所有現場電器的工作。記錄1名：根據基坑設計圖紙生產要求，測定攪拌樁每米的灌注漿量，如發現斷漿，應立即報告指揮，采取補救措施，并記錄施工中的各項數據，復查樁位和水泥漿配比等。供料工1名：負責各種生產用料的供應、運輸。工地每臺樁機配備一個施工班組。

6.2 旋挖樁、樁頂連梁施工工藝措施

（1）施工流程：平整場地→樁位放樣→鉆機就位開孔→埋設護筒→鉆機鉆進→清孔→下放鋼筋籠→插入混凝土導管→灌注混凝土成樁→拔出導管→拔出護筒。

（2）旋挖樁施工按下列步驟進行。旋挖灌注樁成孔：采用泥漿護壁成孔，護筒中心與樁位中心偏差不得大于50mm，護筒埋設深度不得小于1.5m。鉆孔達到設計深度，灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度不應大于100mm。旋挖灌注樁應隔樁（跳挖）施工。相鄰樁應在樁體強度達到70%以上時，可施工相鄰樁。鋼筋籠制作及安裝：縱向鋼筋對稱放置，接頭應優先采用焊接，亦可采用搭接，搭接長度為35d。并應按規范要求錯開接頭。環形加勁箍及螺旋箍筋與縱向鋼筋交接處均應焊牢。搬運和吊裝鋼筋籠時，應防止變形，安放應對準孔位，避免碰撞孔壁和自由落下，就位后應立即固定。混凝土澆灌：鉆至設計標高，請通知甲方會同有關質檢人員共同鑒定。檢查成孔質量合格，應盡快澆灌樁身混凝土。使用C30混凝土水下澆灌。

（3）樁頂冠梁、基坑內支撐梁和立柱施工。清除樁頂浮漿露出鋼筋后施工樁頂冠梁。支撐體系施工：主支撐、連系梁、冠梁、立柱鉆孔樁混凝土強度等級為C30；支撐體系砼澆筑應連續進行；嚴防施工時混凝土支撐梁會變形；混凝土支撐梁必須在砼強度達到設計要求70%以上，放可開挖支撐梁以下的土方，應采用小型機械或人工開挖；支撐立柱基礎采用?800mm 鉆孔樁，基礎底面以上采用鋼管樁，鋼管樁安裝時必須保證垂直度；基坑開挖過程中應核對立柱樁實際狀態，確保其豎向承載能力。換撐要求：負一層樓板澆筑并達到設計強度的70%后，回填負一層底板以下地下室外墻與基坑側壁之間的土方，土方壓實度須滿足建筑結構設計要求；負一層樓板以下地下室外墻與基坑側壁之間土方回填后，澆筑一層厚400mm 的C30 素混凝土換撐板（詳剖面圖），換撐板與負一層底板等厚且上下對應；待換撐板強度達到設計強度的70%后，方可拆除支撐。

7 結語

在該基坑支護工程中的應用結果證實基坑支護工程系統性很強，涉及面很廣，設計理論仍在進一步發展完善，極其注重工程實踐經驗。軟土基坑通常采用復合支護結構，如灌注樁+內支撐、樁錨、復合土釘墻等，應根據基坑深度、周邊環境等采用多方案比選確定最終支護方案。基坑支護工程必須嚴格遵守施工工序要求，不能隨意改變，土方開挖與支護結構施工必須緊密配合。