白玉坤

聊城某工程深基坑支護的施工實踐

白玉坤1，2

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東 濟寧 272100； 2.山東省華魯工程總公司,山東 濟寧 272100)

山東省聊城某基坑支護與降水工程采用了鉆孔灌注支護樁，單軸攪拌樁止水帷幕，期間因傳統(tǒng)錨桿的工藝問題以及地層原因無法成孔，后改為自進式錨桿，在基坑內(nèi)發(fā)生了涌水涌土的現(xiàn)象，采取了坑內(nèi)明排水、降水和砸入木樁等方式進行了處理。通過該工程實例，可為今后在基坑支護施工中發(fā)生類似情況提供借鑒和依據(jù)。

深基坑；支護；攪拌樁；錨桿；降水

1 工程概況

1.1 基本情況

本工程位于聊城，基坑開挖深度分別約為12.20 m、9.00 m和6.00 m，基坑周長約400 m。擬建場區(qū)原為閑置空地，地形較為平坦?；娱_挖兩倍深度范圍內(nèi)無地下管線及建筑物。

1.2 地層情況

根據(jù)巖土工程勘察報告，各地層描述如下：

第①層：素填土

褐色，稍密，稍濕，含植物根系，土質(zhì)不均，性質(zhì)較差。場區(qū)普遍分布，厚度：0.70～0.90 m，平均0.73 m；層底標(biāo)高：33.02～33.48 m，平均33.36 m；層底埋深：0.70～0.90 m，平均0.73 m。

第②層：粉土

褐黃色，中密，濕，含云母片，干強度及韌性低，土質(zhì)均一，性質(zhì)一般，搖振反應(yīng)迅速。場區(qū)普遍分布，厚度：0.40～4.20 m，平均3.63 m；層底標(biāo)高：28.78～30.05 m，平均29.56 m；層底埋深：0.40～4.90 m，平均4.33 m。

第③層：粉質(zhì)黏土

褐灰色，軟塑-可塑，含氧化鐵及有機質(zhì)，局部夾粉砂，刀切面稍光滑，干強度及韌性中等，局部土質(zhì)較軟，性質(zhì)稍差。場區(qū)普遍分布，厚度：6.30～7.70 m，平均6.98 m；層底標(biāo)高：21.76～22.94 m，平均22.57 m；層底埋深：7.00～11.80 m， 平均10.91 m。

第④層：粉土

褐色，中密，濕，含云母片，干強度及韌性低，局部夾砂粒，黏性稍大，搖振反應(yīng)中等。場區(qū)普遍分布，厚度：3.40～4.80 m，平均4.13 m；層底標(biāo)高：17.64～19.30 m，平均18.43 m；層底埋深：11.00～16.10 m，平均15.05 m。

第⑤層：粉質(zhì)黏土

灰褐色-棕褐色，可塑，含氧化鐵及有機質(zhì)，刀切面稍光滑，干強度及韌性中等，性質(zhì)穩(wěn)定，局部夾粉土薄層。場區(qū)普遍分布，厚度：2.20～4.20 m，平均3.25 m；層底標(biāo)高：14.50～16.11 m，平均15.19 m；層底埋深：13.50～19.50 m，平均18.29 m。

第⑥層：粉砂

褐黃色，中密-密實，飽和，含長石、石英及云母片。場區(qū)普遍分布，厚度：10.60～23.10 m，平均19.11 m；層底標(biāo)高：-7.74～4.02 m，平均-3.92 m；層底埋深：30.00～41.50 m，平均37.40 m。

第⑦層：粉質(zhì)黏土與粉土互層

粉質(zhì)黏土：棕褐色，可塑偏硬，含氧化鐵，刀切面稍光滑，干強度及韌性中等，夾姜石，性質(zhì)穩(wěn)定；粉土：褐黃色，中密-密實，含云母片等，干強度及韌性低，無光澤反應(yīng)，搖振反應(yīng)中等。該層未穿透。

1.3 地下水情況

勘察期間測得各勘探點孔口高程為29.14～34.18 m。該場地地下水為第四系孔隙潛水，勘察期間實測地下水靜止水位埋深為自然地坪下4.1 m左右，地下水年變化幅度為2 m左右。

2 基坑支護方案

2.1 基坑支護設(shè)計

依據(jù)甲方提供的施工圖紙，本工程基坑支護設(shè)計主要有以下支護單元：

(1)支護單元一：基坑開挖深度約為12.2 m，設(shè)計采用排樁支護，樁徑800 mm，有效樁長21 m，樁間距1.2 m，樁頂標(biāo)高為-1 m，布設(shè)四道錨桿，水平間距為1.2 m，豎向間距均為2.5 m，錨桿長度分別為20 m、19 m、19 m、18 m，桿體材料選用HRB400 ?25 mm鋼筋，鉆孔孔徑均為150 mm，樁間土掛鋼板網(wǎng)噴砼，面層厚度60 mm，見圖1，表1。

圖1 支護單元一剖面圖

錨索類型桿體材料/mm總長/m自由段長度/m錨固段長度/m水平間距/m鉆孔傾角/°鉆孔直徑/mm所定值/kN錨桿內(nèi)力設(shè)計值/kN第一道預(yù)應(yīng)力2E2520 06 014 01 2015 0(20 0)150120156第二道預(yù)應(yīng)力2E2519 05 014 01 2015 0(20 0)150150330第三道預(yù)應(yīng)力2E2519 05 014 01 2015 0(20 0)150150425第四道預(yù)應(yīng)力2E2519 05 013 01 2015 0(20 0)150100348

(2)支護單元二：基坑開挖深度約為9 m，設(shè)計采用排樁支護，樁徑800 mm，有效樁長17 m，樁間距1.2 m，樁頂標(biāo)高為-1 m，布設(shè)三道錨桿，水平間距為1.2 m，豎向間距分別為2 m、2.5 m、2.5 m，錨桿長度分別為15 m、20 m、15 m，桿體材料選用HRB400 ?25 mm鋼筋，鉆孔孔徑均為150 mm，樁間土掛鋼板網(wǎng)噴砼，面層厚度60 mm。

(3)支護單元三：基坑開挖深度為9 m，設(shè)計采用土釘墻支護結(jié)構(gòu)體系，放坡系數(shù)為1:0.6，布設(shè)5排土釘，土釘水平、豎向間距均為1.5 m，土釘自上而下長度分別為12 m、12 m、9 m、7 m、6 m，孔徑110 mm，桿體材料為HRB400 ?20 mm鋼筋，面層采用鋼筋網(wǎng)HPB300 ?8 mm@200 mm，噴射面層厚度為100 mm。

(4)支護單元四：基坑開挖深度為6 m，設(shè)計采用土釘墻支護結(jié)構(gòu)體系，放坡系數(shù)為1:0.6，布設(shè)三排土釘，土釘水平、豎向間距均為1.5 m，土釘自上而下長度分別為9 m、7 m、6 m，孔徑110 mm，桿體材料為HRB400 ?20 mm鋼筋，面層采用鋼筋網(wǎng)HPB300 ?6.5 mm@200 mm，噴射面層厚度為100 mm。

2.2 基坑支護施工方案

本工程基坑支護開挖嚴(yán)格遵循“由上而下，先撐后挖，分層開挖”的原則，分層分塊開挖，每層開挖深度不超過5 m，開挖一層支護一層直至設(shè)計標(biāo)高。在基坑開挖支護至回填完畢期間，基坑周圍地面應(yīng)采取防水、排水措施，避免地表水流入基坑或滲入基坑邊坡。

本基坑開挖及基坑支護工程量較大，場地范圍狹小，工期短，投入施工設(shè)備、人員較多，因此，應(yīng)針對本工程難點問題及關(guān)鍵工序，選擇最合理的施工方法，做好施工組織設(shè)計，另外，在現(xiàn)場管理及人員、設(shè)備的調(diào)配程序上應(yīng)該重點加強，確保工程質(zhì)量和工期。

在施工準(zhǔn)備階段，在積極做好生產(chǎn)施工準(zhǔn)備的同時，詳細(xì)理解場地工程地質(zhì)條件及設(shè)計意圖，使每個現(xiàn)場管理人員均理解施工順序、工序、注意事項等，以便在工程開工后保證工程順利、有序進行。

在施工階段，制定可行、完善的施工組織設(shè)計，對關(guān)鍵過程、特殊過程、難點、重點環(huán)節(jié)召集公司專業(yè)技術(shù)人員制定專門作業(yè)指導(dǎo)書和對策方案。根據(jù)現(xiàn)場施工狀況，及時調(diào)整流水施工順序、流水節(jié)拍、流水步距，加強施工調(diào)度，按總體進度編制月計劃、旬計劃和周計劃，發(fā)現(xiàn)和解決影響施工進度所涉及的問題，使施工正常合理，有序地進行，并抓好工程質(zhì)量，做好安全文明施工。

3 基坑支護施工流程

本支護工程主要包括降水施工、錨桿噴面支護施工、土釘墻噴面施工， 施工流程為：施工準(zhǔn)備→支護樁、降水井施工→基坑降水→土方開挖→錨桿及土釘墻施工→坑底排水溝、集水井施工。

3.1 降水井施工主要施工方法

建筑場地勘察期間靜止地下水位在自然地坪下4.1 m左右，基坑開挖若需要提前降水，根據(jù)基坑深度及地層滲透試驗數(shù)據(jù)等實際情況，采用砂管井法降水，各層土滲透系數(shù)見表2。

表2 各層土滲透系數(shù)

3.1.1 工藝流程

鉆機定位→鉆機鉆孔→清孔→井管安裝→填料→洗井→抽水。

3.1.2 施工方法

(1)施工準(zhǔn)備：現(xiàn)場做好“三通一平”，滿足設(shè)備進、出場，配齊濾料、管材、抽水設(shè)備及排水系統(tǒng)。

(2)鉆機就位：鉆機就位前將場地平整，防止鉆機不均勻下沉，開鉆前人工開井口，采用反循環(huán)鉆機，鉆機就位時要平穩(wěn)牢固，就位完成后報監(jiān)理工程師驗收合格后方可鉆孔。

(3)鉆孔：鉆進時垂直度偏差控制在1%內(nèi)，孔身圓正，鉆進過程中對水位等情況進行觀察、記錄，鉆至設(shè)計深度后，報監(jiān)理工程師驗收合格后方可進行下步工序，并填寫相關(guān)原始記錄。

(4)清孔：當(dāng)鉆孔完成并驗收合格后，應(yīng)進行調(diào)漿清孔，完成后應(yīng)使孔底沉渣厚度不大于200 mm。

(5)井管安裝：根據(jù)設(shè)計要求進行安裝，應(yīng)保證井管垂直與居中，井管應(yīng)高出地面300 mm，嚴(yán)禁強行將管井壓入孔內(nèi)。

(6)回填濾料：按設(shè)計要求進行濾料填充，井口1 m用黏土封閉。

(7)洗井：填料完成后進行洗井，井內(nèi)的沉渣厚度不應(yīng)超過200 mm。

(8)置泵抽水：每口管井單獨使用一臺潛水泵，將潛水泵放至距管底1.0 m高的位置，管口封閉，抽水后7 d通過觀察井內(nèi)水位是否符合施工降水的要求，再決定是否進行土方開挖。土方開挖后應(yīng)持續(xù)降水，使水位始終在基坑底標(biāo)高以下不少于0.5 m，降水周期直到基坑回填完成。

3.2 冠梁施工主要施工方法

(1)土方開挖：根據(jù)設(shè)計圖紙將支護樁頂土方挖除，為冠梁施工提供工作面。

(2)破樁頭：混凝土強度達到設(shè)計強度的70%以上時，根據(jù)設(shè)計要求，將樁頂以上0.45 m樁頭用風(fēng)鎬破除，破除時注意不能損壞樁頂部鋼筋。破除完成后，應(yīng)由人工將樁頭清理干凈。

(3)冠梁骨架制作：鋼筋制作時，應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙和相關(guān)規(guī)范下料，保證鋼筋的規(guī)格、錨固長度、箍筋尺寸、間距等符合要求；鋼筋綁扎時，應(yīng)先劃好鋼筋位置線，以確保鋼筋位置準(zhǔn)確，鋼筋綁扎連接長度符合規(guī)范及圖紙要求。

(4)模板安裝及拆除：安裝模板時，應(yīng)先將挖好的梁槽內(nèi)清理干凈、整平，側(cè)模加工高度550 mm，高出梁截面50 mm，以便于混凝土澆筑，澆筑完成后，待混凝土強度達到設(shè)計的75%后，方可進行模板拆除，拆除時應(yīng)避免破壞梁表面混凝土。

(5)混凝土澆筑：待鋼筋、模板驗收合格后，方可進行混凝土澆筑工作，澆筑時，應(yīng)振搗密實。

3.3 預(yù)應(yīng)力錨桿施工主要施工方法

3.3.1 工藝流程

錨桿定位→錨桿成孔→錨桿體制作→桿體入孔、灌注→腰梁安裝→預(yù)應(yīng)力鎖定。

3.3.2 主要施工方法

(1)定位成孔

錨桿施工緊接基坑土方開挖進行，基坑土方開挖采取分層開挖，待每層土方開挖至錨桿孔位下0.3～0.5 m時，平整開挖面后開始進行錨桿施工。鉆孔前，根據(jù)設(shè)計要求定位，做出標(biāo)記，成孔直徑按設(shè)計要求，水平方向孔距誤差不大于100 mm，垂直方向孔距誤差不大于50 mm?？咨畈恍∮谠O(shè)計要求，并按設(shè)計要求入射角度鉆孔，直至達到設(shè)計深度。

(2)桿體制作

錨桿體采用E25鋼筋，錨桿下料長度為自由段、錨固段及外露長度之和，桿體每隔2 m用制作居中架保證桿體放入口內(nèi)時居中，桿體自由段用塑料布包裹嚴(yán)實，完成后平順放好待用。

(3)錨桿安裝、注漿

錨桿安裝時應(yīng)與注漿管綁在一起一同放入孔內(nèi)，注漿管底口距孔底0.5 m左右。注漿材料嚴(yán)格按照設(shè)計要求配置水泥漿，注漿直至口內(nèi)溢出純水泥漿后停止，并立即用黏土封口。注漿結(jié)束后，經(jīng)常檢查后內(nèi)漿體是否充足，不足時應(yīng)及時補漿。

(4)腰梁安裝

測量錨桿位置，在墊板和鐵靴上標(biāo)注記號，氣割孔眼，將腰梁固定在錨桿體上。腰梁連接采用焊接方式，應(yīng)焊接牢固。安裝完成后，置上錨具上緊。

(5)預(yù)應(yīng)力張拉與鎖定

張拉前，張拉設(shè)備必須配套標(biāo)定，每只千斤頂應(yīng)配用的壓力表數(shù)量不小于兩塊，表的精度不低于1.5級，其常用讀數(shù)不宜超過表盤刻度的75%。當(dāng)錨固體強度達到15 MPa并達到設(shè)計強度的75%后，方可進行張拉。正式張拉前，用輕型千斤頂對錨桿進行初次張拉，初次張拉噸位為錨桿設(shè)計錨固荷載的20%，使其各部分接觸緊密。張拉分級進行，共分4級，分別為設(shè)計噸位的25%、50%、75%、110%，各級張拉均需持荷穩(wěn)定10 min以上，使預(yù)應(yīng)力在土體壓縮變形穩(wěn)定后能較好的均勻傳遞并得到調(diào)整。 待最后一級張拉完成后按照設(shè)計要求鎖定。預(yù)應(yīng)力錨桿鎖定后48 h內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失大于錨桿張拉力設(shè)計值的10%時，應(yīng)進行補償張拉。完成后，應(yīng)經(jīng)常檢查桿體是否松動，如發(fā)現(xiàn)有松動應(yīng)重新張拉、鎖定。

3.4 土釘噴護主要施工方法

3.4.1 工藝流程

工藝流程見圖2。

圖2 土釘噴護工藝流程圖

3.4.2 技術(shù)要點

(1)土釘施工

a.每層土釘都嚴(yán)格按設(shè)計要求的上下層間距和水平向間距進行定位和施工。

b.鉆孔傾角：剖面均為15°，工作面要求較平整以保證土釘傾角。

c.土釘成孔及桿體下入：土釘孔徑110 mm，長度滿足設(shè)計要求。

d.土釘用鋼材根據(jù)設(shè)計要求，桿體材料采用1根HRB400 ?20 mm鋼筋。

e.嚴(yán)禁挖掘機等碰撞土釘桿體。

(2)面層施工

a.坡面修整、清理

在坡面掛網(wǎng)、噴砼施工前，應(yīng)先將坡面修正平整，并將浮土清理干凈。

b.掛網(wǎng)

待每層坡面修整后再進行，支護單元三采用?8 mm鋼筋按200 mm×200 mm的縱橫間距形成鋼筋網(wǎng)格，鋼筋網(wǎng)搭接采用長度為300 mm。支護單元四采用?6.5 mm鋼筋按200 mm×200 mm的縱橫間距形成鋼筋網(wǎng)格，鋼筋網(wǎng)搭接采用長度為300 mm。鋼筋網(wǎng)每隔1 m與坡面用40 mm×40 mm 砂漿墊塊(或鋼筋)墊起。鋼筋網(wǎng)要求在坡頂上翻1.0 m，上翻外側(cè)每隔1.5 m擊入錨固鋼筋，用以掛網(wǎng)，與網(wǎng)片接觸位置。

c.噴射砼

掛網(wǎng)和肋梁(加強筋)綁扎安裝完畢，經(jīng)監(jiān)理驗收完畢后即可噴射面層砼。噴射砼配比C20；噴射厚度不小于設(shè)計厚度。按規(guī)范要求制作試塊，試塊為100 mm×100 mm×100 mm，每噴射500 m2做一組試塊，養(yǎng)護28 d后送檢。

4 施工中出現(xiàn)的問題及處理措施

4.1 施工中出現(xiàn)的問題

在基坑支護鉆孔灌注樁、單軸攪拌止水帷幕樁及支護冠梁施工疏干井成井并抽水7 d后進行土方開挖，當(dāng)挖至自然地坪下3.5 m左右后，出現(xiàn)了下列問題：

(1)基坑內(nèi)的土始終處于飽和狀態(tài)，由于坑內(nèi)土體處于軟塑狀態(tài)，使得錨桿鉆機無法固定。

(2)錨桿無法成孔，因地層處于飽和狀態(tài)，錨桿所經(jīng)過的地層為軟塑狀態(tài)的黏土或稍密、中密狀態(tài)的飽和粉細(xì)砂，錨桿鉆機拔出后，鉆孔出現(xiàn)嚴(yán)重的縮徑或塌孔，使得鋼絞線無法下入。

(3)止水帷幕為單軸攪拌樁，由于單軸攪拌樁本身或施工不精細(xì)的原因，導(dǎo)致坑外土體在開挖后大量涌入坑內(nèi)，坑外也出現(xiàn)了輕微的地面沉降。

(4)坑內(nèi)水位短時間無法降低，導(dǎo)致坑內(nèi)土體處于飽和及超飽和狀態(tài)，挖掘機及其他大型設(shè)備無法進入。

施工現(xiàn)場見圖3。

圖3 施工現(xiàn)場圖

4.2 采取的處理措施

4.2.1 錨桿鉆機的穩(wěn)定

針對錨桿鉆機因地層太軟無法固定，特別是在鉆機鉆進過程中因地層太軟或液化問題，采用了木板鋪墊于鉆機底部，可有效解決鉆機的穩(wěn)定問題。

4.2.2 錨桿無法成孔的問題

針對普遍錨桿無法成孔導(dǎo)致桿體無法下入的問題，采用了自進式錨桿，見圖4。自進式錨桿的原理是：用中空螺旋鉆桿(螺旋鉆桿根據(jù)設(shè)計要求的桿體強度提前制作)，用M20水泥漿液做為循環(huán)液進行鉆進，前端做尖翼鉆頭兩端開孔。根據(jù)設(shè)計要求，計算好錨固段的螺旋鉆桿的長度，當(dāng)鉆進深度等于錨固段長度后，再接加與設(shè)計強度一致的普通鉆桿，在普通鉆桿外套上與普通鉆桿長度相等的 PPR塑料管，在孔內(nèi)一側(cè)把PPR塑料管用膠體密封，繼續(xù)鉆進，每加一普通鉆桿前都提前外套PPR塑料管并與已下入孔內(nèi)的塑料管用熱合方法連接，如此施工直至達到原設(shè)計錨桿長度為止。最后在注入M20水泥漿，直至水泥漿溢出。

圖4 自進式錨桿

4.2.3 帷幕涌水涌土問題

本工程所用的帷幕類型是單軸攪拌樁，由于單軸攪拌樁的自身缺陷及施工原因，導(dǎo)致帷幕局部涌水涌土涌砂。由于工期緊且基坑第一層已開挖，再采取通常的帷幕補救措施(比如高壓旋噴、三軸攪拌樁等)已不現(xiàn)實，根據(jù)現(xiàn)場開挖實際情況，項目部決定用多臺小型挖掘機先在坑壁側(cè)分布在不同位置 ，由原來的每層直接挖至下層錨桿，每段開挖20m變?yōu)槊繉娱_挖深度0.3～0.5 m，每段開挖長度2～3 m，開挖后利用其短時間段可自穏的巖土特性，立即對其進行砸入木樁，并掛網(wǎng)噴面并用混凝土滲入速凝劑對其進行噴面，在有明水涌出處用塑料管導(dǎo)出，待約8 h后再進行下部地層的開挖，如此反復(fù)，直至開挖到坑底。

4.2.4 針對基坑內(nèi)水位過高的問題

因本設(shè)計降水方式為大口徑降水，且降水時間過短，導(dǎo)致短時間坑內(nèi)水位無法降低，且由于帷幕失敗導(dǎo)致坑內(nèi)有明水存在，項目部采取了如下補救措施：

(1)在開挖過程中坑內(nèi)靠近坑壁側(cè)設(shè)置排水溝及降水井，用水泵把明水隨時排出坑外。

(2)大口井降水水泵盡量放至井底位置，并做到井內(nèi)存水即抽出。

(3)在坑內(nèi)每隔1.5 m施打?108 mm的小鉆孔，孔內(nèi)用中粗砂填實并在其中下入直徑56 mmPPR塑料管，外接小型真空泵，用真空泵把小型砂井的水隨時排出。

4.3 施工效果

經(jīng)過以上施工方法能在較短時間內(nèi)基坑施工并土方開挖完畢，經(jīng)過檢測，在采取如此方法后，基坑周邊土體及圍護結(jié)構(gòu)始終處于安全狀態(tài)，基坑施工完畢，建筑單位在地下施工時未發(fā)現(xiàn)隆起、坑壁涌土的情況，支護系統(tǒng)未出現(xiàn)位移過大的現(xiàn)象，見圖5。

圖5 施工完成后的深基坑

5 結(jié)語

在地下水位較高、顆粒較細(xì)的砂或土體中進行基坑開挖時，不能用單軸攪拌樁進行止水帷幕。因地層土體顆粒較細(xì)，采用大口井降水短時間內(nèi)很難達到要求，可采用大口井及砂井相結(jié)合方式進行降水。因傳統(tǒng)錨桿的工藝問題，在軟塑狀態(tài)、飽和砂土中無法成孔，可采用自進式錨桿進行錨桿施工。自進式錨桿具有鉆、注、錨一體化的功能，是一種先進的錨固體系，能夠解決施工時的塌孔問題，保證在復(fù)雜地質(zhì)條件下的注漿效果，所需的機具設(shè)備、材料沒有特殊要求，工藝簡單，具有很大的應(yīng)用價值。

2016-10-26

白玉坤，(1980-)，男，山東金鄉(xiāng)人，山東省華魯工程總公司副總經(jīng)理，探礦工程師，國家注冊一級建造師，國家注冊安全工程師，主要從事樁基礎(chǔ)施工與管理工作，Tel:0537-3424915。

TU473

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1009-282X(2017)01-0038-05