巖土工程中深基坑支護施工技術應用

摘 要：某人防工程的巖土基坑開挖深度達到14.0m，地層結構以粉質黏土為主，存在較大的變形和坍塌風險。因此為了保證基坑的穩(wěn)定性，研究過程對支護體系和相應的施工技術進行探究，將該項目基坑支護體系設計為旋挖鉆孔灌注樁+錨噴，灌注樁施工的關鍵工序包括埋設鋼護筒、泥漿制備、鉆孔、水下混凝土灌注，錨噴施工的關鍵工序為造孔、清孔、設置錨索、灌注水泥漿液、鋼筋網(wǎng)片與錨索焊接、噴射砼面層。在基坑開挖過程中，對錨索軸力、地表沉降、樁頂水平位移進行監(jiān)測，結果顯示，各項指標均未超過報警值。

關鍵詞：深基坑；支護方案設計；支護體系施工；基坑監(jiān)測

中圖分類號：TU 75" " " 文獻標志碼：A

大型巖土深基坑工程的支護方案與地質結構、周邊環(huán)境存在密切的聯(lián)系，合理的支護設計方案能夠保證基坑的穩(wěn)定性，預防坍塌事故。國內針對巖土深基坑支護方法、施工技術、變形監(jiān)測的研究較為廣泛。陳立[1]分析了鉆孔灌注樁在基坑支護中的施工技術要點和質量保證措施。樸健[2]探究了高壓旋噴樁止水帷幕在深基坑支護中的應用方法。常子政等[3]結合地鐵項目，對深基坑錨索支護結構的應用方法進行了全面論述。

在較為復雜的大型深基坑項目中，單一的支護技術難以保障作業(yè)安全，因此需要聯(lián)合應用多種支護措施。此次研究以人防工程深大基坑為分析對象，其支護體系的主體結構為旋挖鉆孔灌注樁，同時利用錨索加固樁間土。對相應的施工技術和變形監(jiān)測方法進行了全面分析，保證了基坑的穩(wěn)定性。

1 工程概況

某人防工程占地面積約為2.7萬m2，長度為362m，寬度為35～45m，基坑開挖深度為14m，基底南高北低，傾斜度為1.1%。經(jīng)地質勘察，在深基坑開挖深度范圍內，按照自上而下的順序可將地層結構劃分為雜填土、黃土狀粉質黏土、粉質黏土、黏土、碎石，各層的平均厚度分別為3.3m、3.6m、5.44m、4.23m、8.33m。在深基坑施工過程中，需要結合地質結構的特點，設計完善的支護體系，保障作業(yè)安全，以下對該項目基坑支護施工技術進行分析。

2 深基坑支護施工技術應用要點分析

2.1 深基坑支護方案設計

基坑周邊建筑物較多，包括小學、中學、高層住宅、停車場等，各建筑物與基坑用地紅線的距離為5.9～26.0m。為保證周邊建筑地基的穩(wěn)定性，保障安全性，當設計支護方案時，要求嚴格控制土體水平位移。可選方案包括地下連續(xù)墻和排樁。從控制造價的角度出發(fā)，決定采用單排樁+錨噴的支護方案。以項目中的3-3、4-4、5-5剖面為例，其支護體系的設計方案見表1，支護體系的結構如圖1所示。

2.2 深基坑支護體系施工要點

2.2.1 旋挖鉆孔灌注樁施工要點

該基坑排樁采用旋挖鉆孔灌注樁工藝，在孔口位置埋設鋼護筒，利用泥漿進行護壁。施工技術要點如下。

樁位測量放線：對場地進行平整，清除不良土壤，并且將場地夯填密實。利用全站儀放樣樁位，使用十字控制網(wǎng)確定樁體軸心，每根旋挖鉆孔灌注樁設置4個護樁。在樁位放樣后，檢測相鄰樁位的間距是否滿足1.5m的設計要求。

埋設鋼護筒：鉆孔施工過程通過鋼護筒保護孔口，防止孔口坍塌。樁體直徑為0.8m，將鋼護筒內徑設計為1.0m，壁厚設計為6mm，高度為2.0m，以鋼板卷制焊接而成[4]。在鋼護筒的頂端焊接吊耳，同時預留40cm×20cm的出漿口。根據(jù)樁位放樣結果，利用挖機開挖基坑，然后通過吊裝施工將鋼護筒放入坑內，利用人工方式回填護筒外側的基坑，并夯實填料。在埋設鋼護筒的過程中，應檢測護筒幾何中心與樁體中心軸線的偏差，同時檢查鋼護筒的垂直度，按照表2標準檢測鋼護筒埋設的施工質量。

泥漿制備：旋挖鉆孔施工采用泥漿護壁技術，在作業(yè)現(xiàn)場挖設3.0m×2.0m×2.5m的泥漿池。利用膨潤土、清水制備泥漿，水和膨潤土的配比為1∶0.06[5]。新制備的泥漿、鉆孔施工用泥漿、清孔階段的泥漿對相對密度、黏度、含砂率、pH具有明確的要求，見表3。

鉆孔和初次清孔：地質勘察結果顯示，該項目深基坑地質條件以粉質黏土、黏土、碎石土為主，整體硬度較低，因此鉆孔時推薦采用鉆斗。在鉆孔施工前，需要復測樁位，要求樁位偏差不得超過10mm。鉆進過程利用泥漿進行護壁，可預防縮徑、坍孔等。鉆斗的下降速度為0.8m/s，載重情況下的提升速度約為0.5m/s，轉速宜為15r/min。在鉆進過程中，應觀察地層變化、鉆進方向，鉆孔的垂直度偏差，并將其控制在0.5%以內[6]。在鉆進至預定深度后，須盡快完成清孔操作，清孔后泥漿的密度應小于1.25g/cm3。

鋼筋籠安裝和二次清孔：在初次清孔結束后，立即安裝鋼筋籠。為了保證混凝土保護層的厚度，按照從上到下的順序，每間隔4.0m設置一組厚50mm的混凝土墊塊，每組4個。鋼筋籠吊裝時設置4個吊點，在專人的輔助下將其下放至預定高度，再進行固定。鋼筋籠安裝完成后，立即進行二次清孔，孔底沉渣的厚度應小于50mm。

灌注混凝土：合理控制混凝土的初次灌注量，經(jīng)過初灌后，將導管埋入混凝土液面以下0.8m處。隨著灌注量增加，逐步向上提升導管，使導管在混凝土中的埋深始終維持在2～6m。應連續(xù)進行灌注過程，不要中途停止。

2.2.2 錨噴施工要點

錨噴施工的工藝流程：基坑土層開挖→用錨噴工藝加固排樁的樁間土，進一步提高基坑的穩(wěn)定性。

錨噴施工的工藝流程：放樣錨桿位置→錨桿鉆機就位→鉆進成孔→將錨索置入孔內→鋪設鋼筋網(wǎng)片、鋼筋網(wǎng)片與錨索焊接→噴射混凝土面層→錨桿壓力注漿→開挖下一個土層。

基坑開挖及錨索施工順序：基坑支護采用邊開挖邊支護的作業(yè)方式，分4次開挖3-3剖面和4-4剖面，設置3道錨索。5-5剖面設置2道錨索，分3次完成基坑開挖。以3-3、4-4剖面為例，基坑開挖及錨索施工的順序見表4。

關鍵工序的施工要點：噴錨施工的錨索可采用鋼筋或者鋼絞線，作業(yè)時利用MQT-130型錨索鉆機成孔，根據(jù)邊坡錨索入射角的設計要求，嚴格控制鉆孔時的角度。成孔直徑為130mm，實際鉆孔深度應略大于設計孔深，超過0.5m。在成孔后，通過高風壓吹空，完成清孔，再用人工方式將錨索緩緩放入孔內，測量外露部分，保證錨固段的長度。

錨索安裝完成后，在基坑表面掛網(wǎng)，用焊接的方式固定錨體主筋彎鉤與掛網(wǎng)的水平筋。使用P.O42.5普通硅酸鹽水泥制備水灰比為0.45的水泥漿液，然后進行錨孔一次注漿施工，壓力為0.5MPa～1.5MPa，待水泥漿液從注漿孔溢出后停止注漿[7]。在一次注漿初凝后，立即進行二次注漿，壓力為2.0MPa～3.0MPa。在錨孔注漿結束后，按照從右到左的順序進行基坑表面混凝土噴射作業(yè)，厚度應達到50mm。

2.3 深基坑支護體系監(jiān)測

為了檢驗支護體系的有效性，并及時掌握基坑變形的潛在風險，應針對深基坑和支護體系設置多種監(jiān)測指標，具體包括樁頂水平位移、周邊地表沉降、基坑深層水平位移、錨索內力等，以下分析部分監(jiān)測指標的數(shù)據(jù)。

2.3.1 監(jiān)測指標報警值

針對以上監(jiān)測指標，施工單位設計了監(jiān)測頻率和監(jiān)測報警值。當開挖深度不超過5m時，按照1次/2d的頻率進行監(jiān)測。當開挖深度為5～10m時，監(jiān)測頻率為1次/d。當開挖深度超過10m后，監(jiān)測頻率為2次/d。主要指標的監(jiān)測報警值見表5。

2.3.2 主要監(jiān)測指標數(shù)據(jù)分析

樁頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：圍護樁數(shù)量較多，基坑開挖作業(yè)的計劃工期為90天，在此期間監(jiān)測樁頂水平位移量，選取累計水平位移量最大的圍護樁，繪制水平位移隨時間的變化曲線，結果如圖2所示。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，該圍護樁在監(jiān)測時間內的累計位移量為20.8mm，遠小于變形預警值。綜合其他圍護樁的水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，90天內的累計位移量為15.9～20.8mm。

基坑周邊地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：在深基坑周邊布置26條測線，每條測線上設置4個監(jiān)測點。基坑長度為362m，沿長度方向設置24條測線，單側布置12條測線。基坑寬度為45m，在寬度方向的臨邊分別設置1條測線。對26條測線在90天內的沉降量進行比較，從中選取累計沉降量最大的一條測線，繪制4個監(jiān)測點隨時間的變化，結果如圖3所示。測點1、2、3、4與基坑內側的距離逐漸增加，從數(shù)據(jù)可知，4個測點的累計沉降量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，靠近基坑內側的測點沉降量最大。地表沉降變形的預警值為50mm，該測線上4個測點的累計沉降量均未超過預警值。因此，基坑地表沉降控制符合要求。

錨索軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：錨桿軸力的預警值為（60%～70%）f2，f2為支護結構的設計極限載荷。以5-5剖面為例，第一道錨索的軸力設計極限載荷為508.92kN，第二道錨索的軸力設計極限載荷為389.25kN。

圖4為5-5剖面典型錨索軸力在90天內的監(jiān)測數(shù)據(jù)，第一道錨索的最大軸力約為226kN，第二道錨索的最大軸力約為155kN。兩道錨索軸力監(jiān)測值與設計極限載荷的比值分別為44.4%、53.59%，均未超過預警值下限（60%）。因此，錨索的軸力安全性滿足要求。

3 結論

該項目為人防工程，基坑開挖深度達到14.0m，屬于深基坑。研究過程根據(jù)地質勘察數(shù)據(jù)和基坑周邊環(huán)境設計支護體系，并且對施工要點和變形監(jiān)測方法進行了分析。根據(jù)研究內容可得出以下結論。1）該項目巖土地質以粉質黏土為主，其抗壓強度、抗剪性能較差，容易導致基坑變形。另外，在開挖場地附近存在較多建筑物，包括學校、高層住宅、停車場等。因此，當設計支護體系時，既要保證基坑的穩(wěn)定性，又要減少對周邊建筑物的擾動。綜合以上情況，施工過程采用旋挖鉆孔灌注樁+錨噴的聯(lián)合支護體系。2）支護體系的施工質量對其支護效果具有突出的影響，旋挖鉆孔樁的關鍵工序包括埋設鋼護筒、泥漿護壁、鉆孔、灌注水下混凝土，錨噴作業(yè)的關鍵工序為造孔、清孔、錨索安裝、灌注水泥漿液等。3）為了保證工程質量，針對地表沉降、圍護樁樁頂水平位移、錨索軸力設置系統(tǒng)性的監(jiān)測點，繪制測點變形量隨時間的變化規(guī)律。結果顯示，以上監(jiān)測指標的累計變形量均未超過預警值，說明此次設計的支護方案滿足安全要求。

參考文獻

[1]陳立.某工程旋挖鉆孔灌注支護樁施工技術探討[J].低碳世界，2022，12（8）：130-132.

[2]樸健.鉆孔灌注樁結合高壓旋噴樁隔水帷幕在深基坑支護止水工程中的應用[J].工程建設與設計，2022（1）：142-146.

[3]常子政，馬夢琪，侯玉棟，等.緊鄰地鐵的深基坑錨索支護結構施工技術[J].建設科技，2024（12）：75-77.

[4]李萃.地下工程中線形深基坑土方開挖施工技術研究[J].工程建設與設計，2024（13）：50-54.

[5]秦會來，田瀟屹，王蓉，等.長江漫灘區(qū)深基坑開挖誘發(fā)地層變形及圍護結構響應特性分析[J].結構工程師，2024，40（3）：165-171.

[6]廖志堅，朱火根，唐軍武.復雜環(huán)境下深基坑全過程變形控制設計與實踐[J].土工基礎，2024，38（3）：419-426.

[7]任星奕.高層建筑工程深基坑的噴錨支護施工技術研究[J].工程機械與維修，2024（5）：22-24.