上軟下硬復合地層條件下深基坑支護設計探析

肖 龍 長沙核工業工程勘察院有限公司

李盼盼 長沙核工業工程勘察院有限公司

1 工程概況

本次研究的是時代建發和著項目的一層地下室深基坑工程，該施工場地在湖南省長沙市望城區銀星路南側、銀杉路東側。該場地以往是池塘、菜地和材料堆放場地，在勘查期間，其中的部分池塘依然沒有處理。現場鉆孔發現，孔口標高36.68 ～44.43 m，存在12.15 m左右的相對高差，由此可見，該工程的地勢具有較大起伏。在本次工程的施工現場，其巖土地質屬于典型的上軟下硬復合地層，從上到下的組成分別為雜填土層、淤泥質粉質黏土層、粉質黏土層、細沙層、圓礫層、全風化板巖層、強風化板巖層及中風化板巖層。通過綜合考慮實際工程概況與地質條件，采用臨時性支護措施對本次工程中的深基坑進行支護，其使用年限設計為2 年，結構重要性系數為1.0，支護高度2.5 ～6.4 m，支護長度為800 m，通過鋼板樁、放坡加掛網噴砼的形式進行支護。

2 上軟下硬復合地層深基坑支護設計方案

2.1 設計原則

在本次工程中，深基坑支護的主要設計原則如下。第一，在滿足其強度、穩定性以及抗變形需求的基礎上，滿足其應用功能要求，使其和本次工程中的規范規程相符合。第二，盡可能避開雨季，如果一定要在雨季進行施工，則支護后應滿足兩個要求：一是坡體應足夠穩定；二是保護周邊的建筑和管線[1]。第三，充分考慮各種不確定因素，為信息化施工、工程監測和變形控制提供指導性意見。

2.2 參數設計

在設計深基坑支護參數時，主要將施工現場的實地勘察報告作為依據，各地層巖性參數取值如表1所示。本次工程中，所有的設計均為全過程動態形式，對于土地和錨固體之間的粘結強度極限標準，需采用現場試拔的方式進行檢驗，并根據施工中的反饋進行優化。具體設計中，紅線與道路車道邊線之間的超載應控制在10 kPa 及以下；道路荷載應該控制在30 kPa；其余坡段頂部3 m 內嚴禁超載；3 m 以外超載應控制在10 kPa 及以下。

表1 各地層巖性參數取值

2.3 支護設計

按照已有的現場勘查資料、現場實際環境條件以及相應的設計與施工經驗，在本次工程中，對于地下室和用地紅線距離較近的位置，選擇的支護措施為鋼板樁支護；在上部做局部的放坡處理；對于頂部放坡空間較大的位置，選擇的支護措施為放坡加掛網噴砼[2]。本次工程中的深基坑支護設計分段及其主要參數如表2 所示。

表2 本次工程中的深基坑支護設計分段及其主要參數

施工中鋼材規格是270 N/mm2的HPB300 型 鋼、300 N/mm2的HPB335型鋼以及360 N/mm2的HPB400 型鋼，選擇的錨噴砼強度等級是C20。

因施工現場地下水位處在基坑開挖底標高以下，本次支護設計中，如不采取止水措施，就需確保在枯水季節完成施工。考慮到特殊情況，還需進行相應的防水措施設計。如果施工中遇到豐水季節或是暴雨等極端天氣，在地下水位高度超過基坑底標高的情況下，應進行降水井設置，其直徑應控制在600 mm，底部應該比基坑底部低5 m 以上，布置間距應控制在25 m×25 m，必要的情況下，可以適當縮小布置間距，降水后的水位應處在基坑底標高下方的0.5 m 及以上。

同時，基坑的頂部以及坑底周邊位置也需要設置截排水明溝，其溝底的縱向坡度應控制在0.3%。為避免地表水在基坑頂部滲入基坑中，還需要通過噴射砼的方式做好基坑頂部位置的地表硬化設計，并將相應的泄水孔設置在噴射砼坡面上，然后沿著深基坑底部設計集水井，其間隔應控制在20 ～50 m。

3 上軟下硬復合地層深基坑支護工藝設計

3.1 土方開挖施工設計

本次支護設計中，進行了以下幾方面的施工工藝設計。第一，應分層進行土方開挖，每一層開挖標高都要超過土釘或錨索標高，但是不可超過0.5 m，其開挖方向是從周邊到中部。通過挖掘機進行開挖時，需留下與基坑設計邊線相距300 ～500 mm 的土層，然后通過人工開挖和修坡的方式進行施工；同時，基坑底部300 mm 的土方也需要通過人工的方式進行開挖[3]。第二，如果基坑開挖面上部的土釘錨固體以及錨索沒有達到設計強度，則不能向下進行土方超挖，且基坑周邊的車輛、設施以及材料等荷載都需要控制在地面荷載設計要求之內。第三，因本次工程中的深基坑具有較大的深度和規模，所以開挖過程中需要對時空效應加以合理利用，讓土方開挖工作和深基坑支護施工之間達到密切配合效果，盡可能縮短基坑在無支護條件下的暴露時間，且開挖強度需要與支護作業能力相符合，不可超挖。

3.2 掛網噴砼施工設計

為有效確保上軟下硬地層條件下深基坑支護效果，在通過掛網噴砼方式進行施工的過程中，需對深基坑進行分層開挖與分層支護。本次工程中，將φ16插筋用作掛網固定鋼筋，其長度是0.8 m，設置間隔是1.5 m×1.5 m。在進行混凝土面層噴射的工藝設計中，其主要措施包括以下幾個方面。

第一，細骨料應選擇中砂。第二，粗骨料應選擇級配礫石。第三，做好水泥和砂石之間的重量比、砂率和水灰比控制。第四，在應用速凝劑等外加劑時，需要做好外加劑和水泥之間的相容性試驗和水泥漿凝結試驗，以此確定外加劑的添加量。第五，噴射施工需要分段、依次進行，對于同一個施工段，應通過從下到上的順序進行均勻噴射，并控制每一次的噴射厚度。第六，在混凝土噴射中，噴頭需要垂直于土釘墻墻面，同時應控制二者的距離。第七，在混凝土終凝一段時間后，需要及時通過噴水法做好養護。第八，施工中應控制好鋼筋和坡面之間的間隙。第九，施工中可通過綁扎的方式固定鋼筋網，通過搭接焊的方式做好鋼筋連接，且需要控制焊縫長度。

3.3 鋼板樁施工設計

在通過鋼板樁進行此類深基坑支護的過程中，為保障其施工效果，需要對其施工過程加以合理設計。本次工程深基坑支護設計中，為確保鋼板樁的打設精度，決定采用屏風式打入法進行施工。施工中需通過吊車來吊裝鋼板樁，使其在插樁點位置就位，然后再進行插樁。插樁時一定要做好鎖口校準，每插入一塊都需要套好樁帽，并輕輕錘擊。打樁中，為使其垂直度得到良好控制，需要將兩臺經緯儀設置在兩個方向上。為防止鎖口中心發生平面位移，需要將卡板設置在打樁進行的方向上[4]。施工中，每一塊板塊位置都需要在圍檁上做好預算，并隨時進行檢查和校正。

本次工程中，鋼板樁需分4 次打入。第1 次是從20 m 高度打入15 m 高度；第2 次是從15 m 高度打入10 m 高度；第3 次需將鋼板樁打入導梁高度，然后拆除導梁；第4 次需打入設計標高。在打樁過程中，對于第1 塊和第2 塊鋼板樁，其打入位置與方向都應該保持精確，每打入1 m 就需要測量1 次。以下是本次工程中的鋼板樁施工具體設計分析。

（1）設計要求。本次鋼板樁施工設計中，主要的要求包括以下幾方面。第一，施工前需要先試樁，其數量需控制在10根及以上。第二，在鋼板樁放線中，樁頭一定要正確就位，并保持垂直，沉樁中需隨時進行檢測，一旦發現問題，要及時處理。本次施工中，平面位置在橫向上的偏差控制在-50 ～0 mm，縱向偏差控制在100 mm，垂直度控制在5°以內。第三，在沉樁施工之前一定要清除高空、地面以及地下的障礙物，并保持地面平整。地下的管線需要開挖至露出，并通過合理的措施來加以保護[5]。

（2）振動沉樁。本次設計中，主要的技術措施如下。第一，振動沉樁頻率應比自振頻率大，振動前應在剛樁上端夾緊振動錘樁夾，且振動錘需和樁重心處于同一直線。第二，用振動錘將鋼樁夾緊并吊起，讓鋼板樁鎖口插入相鄰的鎖口中，在鋼板樁就位穩定且垂直后才可以振動下沉，并及時做好垂直度檢測，若發現偏差，一定要及時糾正。第三，如果鋼板樁的下沉速度突然變慢，則需要停止沉樁，將鋼樁拔起0.6 ～1.0 m，之后重新使其快速下沉，如果依然無法下沉，則需要根據實際情況采取其他措施。

（3）鋼板樁施工。風化巖層中的鋼板樁施工，如難以通過振動的方式進行，則需通過引孔法來進行施工，鋼板樁的施工深度方可滿足實際工程支護需求。

（4）拔除鋼板樁。在對深基坑進行土方回填的過程中，需要拔除鋼板樁，然后根據實際情況對其進行優化，以便重復使用。拔除過程中，需要重視拔除的順序、時間以及樁孔處理，為避免拔樁振動對周邊土體的不良影響，需要先通過振動錘振活鎖口位置的土體，然后一邊振動一邊拔樁。在鋼管樁拔出到基礎底板以上時，應暫時停止，然后用振動錘對樁孔進行振動，讓樁孔及時被填實，以此來確保深基坑施工效果。

（5）監測頻率。支護工程監測包括施工安全監測和防治效果監測，施工階段的施工安全監測宜采用連續自動定時監測的方式，原則上采用24 小時自動定時監測的方式進行，保證監測信息能夠及時地反映滑坡體變形破壞特征，為相關人員提供決策依據。詳細監測頻率如表3 所示。

表3 支護工程監測頻率一覽表

4 結語

在對上軟下硬復合地層進行施工的過程中，相關單位一定要做好深基坑支護設計。具體設計中，需要將工程概況與現場實際情況作為依據，通過合理的措施進行施工工藝設計，并控制好各項施工參數。可有效確保其深基坑的支護效果，滿足整體工程的實際施工要求。