巖土復(fù)合地層深基坑支護(hù)施工技術(shù)

劉 巖 （武漢建工集團(tuán)股份有限公司，湖北 武漢 430000）

1 工程概況

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生公寓綜合樓工程位于合肥市長豐路與霍山路交口安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)，基底面積6450m2，總建筑面積64015m2。工程地下2 層，地上裙房5 層，主樓分為3 座，1 座為公寓樓，地上21 層，其余2 座為辦公樓，分別為13 層及21層。地下室基底標(biāo)高約為-12.0m，由于場地地形差異，深基坑支護(hù)深度約為9.5m～12.5m，開挖平面整體呈三角形，基坑周長約360m?；觽?cè)壁安全等級為一級，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)有效使用時間8 個月。

2 工程地質(zhì)及場地周邊情況

2.1 工程地質(zhì)條件

場地位于南淝河二級階地地貌單元上。 場地地形起伏較大，勘察期間測得各孔口地面高程為20.42m～26.75m，最大高差為6.33m。高程引測于吳淞高程系統(tǒng)。

根據(jù)巖土工程勘察報告，場地的地層層序及巖性特征自上而下可分層描述如下。

①層雜填土， 層厚1.50m～5.70m， 層底標(biāo)高17.00m～24.17m。褐、灰褐色，軟塑～可塑狀態(tài)。②層粘土,層厚2.90m～6.90m,層底標(biāo)高為11.29m～20.55m。褐黃色，硬塑～堅硬狀態(tài)，層狀結(jié)構(gòu)。③層強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，層厚0.80～1.80m，層底標(biāo)高11.32m～19.45m。棕紅色、紫紅色，裂隙發(fā)育，極破碎～較破碎，屬極軟巖，其巖體基本質(zhì)量等級為V 類。④層中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，棕紅色，巖質(zhì)致密堅硬，泥質(zhì)膠結(jié)狀，裂隙不甚發(fā)育，巖石屬于較軟巖，巖體完整程度為上部較破碎，往下逐漸趨于完整，其巖體基本質(zhì)量等級為V 類，風(fēng)鎬開挖困難。

2.2 場地地下水情況

場地主要有埋藏于①層填土中的上層滯水，主要受大氣降水和地表水入滲補給，③、④層風(fēng)化巖中埋藏有裂隙水。勘察期間實測靜止地下水位埋深為0.60m～5.80m， 水面標(biāo)高為18.11m～22.59m。場地地下水對混凝土及混凝土中的鋼筋具有微腐蝕性，對鋼材具有弱腐蝕性。

2.3 場地周邊情況

場地周邊情況：北側(cè)至地下室外墻12.6m 為本側(cè)紅線，紅線外為霍山路；南側(cè)至地下室外墻8.7m 左右為本工程地下室使用期間材料進(jìn)場道路；西側(cè)至地下室外墻9m 左右為本工程用地紅線，紅線外為校園內(nèi)主要道路北槐路。

3 深基坑支護(hù)方式設(shè)計

3.1 支護(hù)設(shè)計選型

本工程深基坑支護(hù)的選型主要面臨兩方面的難點：①是場地地形起伏大，整體呈西北方向低，相對標(biāo)高約為-2.4m，東南方向高，相對標(biāo)高約為0.5m；②是地下巖土層分布極不均勻，地質(zhì)勘察報告顯示地下巖層也呈西深東淺走向，強(qiáng)風(fēng)化層最深處約為-14.45m，最淺處約為-3.55m。

針對這種巖土層分布不均勻的基坑在支護(hù)設(shè)計時首要考慮的便是分段進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)不同的土質(zhì)狀況產(chǎn)生的大小不一的主、被動土壓力分別計算，這也是從經(jīng)濟(jì)上考慮成本最低的方法。最終綜合地形、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境因素，整個基坑支護(hù)共劃分了13 段，采用到的支護(hù)類型有：①噴錨網(wǎng)，人工挖孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索組合支護(hù)；②自然放坡，人工挖孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索，巖體噴錨組合支護(hù)；③人工挖孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)；④噴錨網(wǎng)，人工挖孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索，巖體噴錨組合支護(hù)。

3.2 支護(hù)設(shè)計具體參數(shù)

3.2.1 噴錨網(wǎng)

填土層中錨桿采用A48 鋼管，入土前端1/3 處每隔600mm設(shè)一出漿孔， 焊接薄鋼片覆蓋防止堵塞； 老土層中錨桿用HRB335 鋼筋，干鉆機(jī)成孔，孔徑100mm，每隔1.5m 焊對中支架。 注漿材料為P.O42.5 水泥凈漿，水泥水灰比為0.5，注漿壓力控制在0.4MPa～0.6MPa。 面層為80mm 厚C20 細(xì)石混凝土夾鋼筋網(wǎng)片， 鋼筋網(wǎng)采用A6.5@200 雙向鋼筋網(wǎng)并設(shè)置2B16雙向加強(qiáng)筋與錨管焊牢。

3.2.2 支護(hù)樁

支護(hù)樁采用人工挖孔樁，樁徑900mm，樁心間距1800mm，樁頂設(shè)1000×600 冠梁，視不同樁長在樁中部設(shè)置1～3 道混凝土腰梁與預(yù)應(yīng)力錨索連接，樁身冠梁及腰梁混凝土強(qiáng)度等級均為C30。樁鋼筋籠主筋為20B22+4B18 通長配筋，樁頂預(yù)留筋長度為550mm，加強(qiáng)筋B16＠2000，螺旋箍筋A(yù)8＠150。 樁前設(shè)80mm 厚C20 細(xì)石混凝土夾鋼筋網(wǎng)片， 樁間設(shè)置長度1500mm@1000mm B16 插筋作土釘， 鋼筋網(wǎng)采用A6.5@200 雙向鋼筋網(wǎng)并設(shè)置2B16 雙向加強(qiáng)筋與插筋焊牢，遇樁身時用膨脹螺栓連接。樁長為嵌入完整中風(fēng)化不小于1m。樁底植筋鉆孔A30，植筋18 B 22 均勻布置做A750 孔底圓周上，植筋深入實體樁內(nèi)長度為800mm，植筋底進(jìn)入坑底嵌入完整巖石不小于500mm。

3.2.3 預(yù)應(yīng)力錨索

樁間設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，錨索成孔孔徑為A150，錨索由2 束7A5 預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成，錨索自由段長度5000mm，長度為進(jìn)入完整中風(fēng)化層不少于4m，間距同樁間距。預(yù)加應(yīng)力視不同區(qū)段分別有80kN、100kN、120kN。預(yù)應(yīng)力錨索采用二次加壓注P.O42.5 水泥凈漿，第一次為低壓灌漿，水灰比0.45～0.5，第二次為高壓劈裂注漿，水灰比為0.45～0.55，注漿壓力為2.5MPa～5MPa。

3.2.4 巖層錨桿

錨桿成孔采用沖擊鉆孔徑為A110，錨桿為一根B25 鋼筋，水平間距1500mm，長度為9000mm，注漿要求同預(yù)應(yīng)力錨索。

3.2.5 排水系統(tǒng)

泄水管采用A50PVC， 泄水管長度在填土層中不小于1m， 其余土層不小于0.5m，泄水管間距在含水層中為1.5m，其余間距為3m，并在填土層底部布置一排泄水管?；舆吰缕履_設(shè)置300mm 寬排水溝及集水井，用以排除基坑積水。

4 深基坑支護(hù)施工要點

4.1 噴錨網(wǎng)

基坑土方開挖為分層分段開挖，配合掛網(wǎng)噴混凝土護(hù)壁多點交替平行流水作業(yè)。按設(shè)計圖紙要求將坡面形態(tài)挖出，然后修理坡面，噴第一層混凝土，鉆孔并安裝鋼筋錨桿（或直接擊入鋼管錨桿）、注漿、掛網(wǎng)噴第二層混凝土，做到分層、分段開挖，分層、分段支護(hù)，分層以開挖的深度為每層錨桿/錨索下0.5m，每段的開挖長度為不大于20m，開挖每層后作業(yè)面暴露時間不超過12h。為了保證施工進(jìn)度及安全施工，上層錨桿或錨索注漿體及噴射混凝土面層達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%，并進(jìn)行抗拔試驗后方可進(jìn)行下層土方開挖。

4.2 支護(hù)樁

人工挖孔樁成孔采用逐節(jié)開挖支護(hù)的方式，每節(jié)的高度應(yīng)根據(jù)土質(zhì)好壞、操作條件而定，一般以0.9m～1.2m 為宜。先挖中間部分的土方，然后擴(kuò)及周邊，有效地控制開挖樁孔的截面尺寸。每節(jié)樁孔護(hù)壁做好以后，嚴(yán)格控制同一水平上的井圈任意直徑的極差不得大于50mm，樁身垂直度誤差不大于0.5%。保證樁孔軸線位置、標(biāo)高、截面尺寸滿足設(shè)計要求。挖至完整中風(fēng)化層后及時記錄標(biāo)高，支護(hù)樁需嵌入完整中風(fēng)化層1m。有研究顯示這種嵌巖吊腳樁的鎖腳錨索預(yù)加力對支護(hù)樁的樁腳變形影響不大，本工程巖石開挖采用非爆破的機(jī)械方式鑿除，對巖體的完整性影響較小，因此采用樁底錨筋的方式鎖住樁腳。錨筋采用化學(xué)植筋方式，成孔采用開孔機(jī)直接鉆孔。 成孔后石粉的清理非常重要，否則容易影響植筋的抗拔性。支護(hù)樁的鋼筋籠由于縱筋分布的不均勻性，安裝時應(yīng)特別注意與迎土面的關(guān)系。

4.3 預(yù)應(yīng)力錨索

錨索制作時必須安裝對中支架，以保證錨索處于孔的中心位置增強(qiáng)與水泥漿的握裹力。綁兩根注漿管與錨索相纏綁，但不能太牢，以便在注漿時拉動注漿管。對注漿管口應(yīng)采取堵塞措施。 錨索自由段內(nèi)抹上黃油，并用外套波紋管處理。成孔采用螺旋干鉆機(jī)，必須按設(shè)計要求的角度調(diào)整好鉆機(jī)，鉆孔過程中及時記錄土質(zhì)的變化， 長度需進(jìn)入完整中風(fēng)化層不小于4m。采用二次注漿工藝，經(jīng)一次注漿的孔內(nèi)漿液初凝前，立即利用第二根注漿管進(jìn)行多次注漿， 確保錨孔注漿量不小于設(shè)計錨孔的體積， 并注意注漿結(jié)束時需閉漿5min 以上方可拔出注漿管。 當(dāng)預(yù)應(yīng)力錨索固端強(qiáng)度達(dá)到15MPa且達(dá)到強(qiáng)度等級的75%后， 方可進(jìn)行錨索張拉，張拉采取間隔方式進(jìn)行。按規(guī)定錨索張拉至設(shè)計荷載的1.0～1.1 倍后，再按設(shè)計要求穩(wěn)定5min～10min 后，退至設(shè)計荷載進(jìn)行鎖定。

4.4 巖層錨桿

巖層錨桿成孔采用MD-50 型鉆機(jī)，利用空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體帶動氣動潛孔，成孔至設(shè)計深度后，利用高壓空氣進(jìn)行清渣，待孔口不再返出巖粉時，清孔方可結(jié)束。注漿要求同預(yù)應(yīng)力錨索。

5 深基坑信息化動態(tài)施工

5.1 地質(zhì)條件信息反饋

深基坑支護(hù)設(shè)計主要依據(jù)巖土勘察報告，由于勘察報告取樣方式不能完全的顯示場地的地質(zhì)情況，特別是在地下巖土層分布極不規(guī)律的場地。 這就需要及時的將現(xiàn)場土質(zhì)情況反饋至設(shè)計單位， 以便可以靈活的針對性的調(diào)整不同區(qū)段的支護(hù)方式，并達(dá)到驗證及改進(jìn)設(shè)計確?；又ёo(hù)安全性的目的。

在本工程支護(hù)樁成孔的過程中準(zhǔn)確及時的記錄風(fēng)化巖層的深度，并與巖土勘察報告比對，對地層變化明顯處及時的反饋給設(shè)計單位，最終調(diào)整了13 個支護(hù)區(qū)段中的6段，重新進(jìn)行了支護(hù)樁錨索排數(shù)、巖石錨桿排數(shù)的設(shè)計。

5.2 基坑支護(hù)變形監(jiān)測

依據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和基坑支護(hù)設(shè)計說明的要求，本基坑設(shè)計為一級基坑，監(jiān)測的項目有：①支護(hù)樁及邊坡水平位移監(jiān)測；②支護(hù)樁及邊坡豎向位移監(jiān)測；③周邊建筑物及地表豎向位移監(jiān)測。預(yù)警值設(shè)計為：支護(hù)樁及邊坡水平位移預(yù)警值為樁頂20mm、坡頂25mm（累計）；基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建筑物沉降預(yù)警值為10mm。

水平位移觀測點沿冠梁每隔15m 設(shè)置一觀測點， 同時考慮一些特殊位置處布點，以切實能夠觀測到支護(hù)樁及邊坡的穩(wěn)定性，又能體現(xiàn)出基坑支護(hù)變化特征，且水平位移監(jiān)測點與豎向位移監(jiān)測點為同一點。本工程共布設(shè)了26 個水平位移監(jiān)測點。

豎向位移監(jiān)測點布設(shè)在周邊建筑物最具有代表性的位置，能全面反映建筑物的地基變形特征。本工程周邊建筑物布設(shè)豎向位移監(jiān)測點11 個，周邊道路布設(shè)豎向位移監(jiān)測點10 個，基坑支護(hù)樁及邊坡布置豎向位移監(jiān)測點26 個。

整個監(jiān)測工作自在支護(hù)樁中埋設(shè)各類監(jiān)測元件并測試初始值開始，至基坑土方回填結(jié)束，歷時共9 個月。基坑開挖期間每開挖一層土石方監(jiān)測一次，基坑開挖完成后每3d 監(jiān)測一次，地下室結(jié)構(gòu)施工期間每6d 監(jiān)測一次。

從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)固，基坑周期全過程水平位移變形量較小，變形趨勢也平緩。水平位移變形量最大的點為12#點，累計變化量僅為10mm。豎向位移變化最大的點也為12#點，累計變化量為1mm。周邊建筑物及地表道路豎向位移累計變化量也極小，最大的點僅為0.3mm。整個監(jiān)測過程中基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)塌方、突變或預(yù)警等異常情況，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定的收斂狀態(tài)。

6 結(jié)論與建議

①對于巖土復(fù)合地層條件下深基坑的支護(hù)應(yīng)特別注意上部土層和下部巖層在支護(hù)設(shè)計上的差異性，特別是巖土交接面處的處理方式，采用吊腳樁并在樁底進(jìn)行植筋錨固來鎖柱樁腳的方式是安全可行的，相比較增加一道錨索鎖腳成本更小。

②根據(jù)場地地形、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境因素，基坑的支護(hù)宜采用分段組合的支護(hù)方式，在保證安全的前提下盡可能的降低成本。

③由于基坑支護(hù)設(shè)計的特殊性，在基坑支護(hù)施工過程中應(yīng)充分的重視信息化施工，及時的反饋設(shè)計單位開挖中的具體地層信息，由設(shè)計單位動態(tài)的調(diào)整支護(hù)方案?；拥谋O(jiān)測數(shù)據(jù)作為基坑信息的一部分，也應(yīng)及時的反饋給設(shè)計單位，達(dá)到深基坑設(shè)計及施工的持續(xù)改進(jìn)。

[1]JGJ120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]李寧寧，等.上軟下硬地層基坑支護(hù)型式-吊腳樁支護(hù)結(jié)構(gòu)分析[J].河南城建學(xué)院學(xué)報，2013(2).

[3]趙文強(qiáng).上軟下硬復(fù)合地層條件下深基坑支護(hù)設(shè)計探析[J].隧道建設(shè)，2014(2).

[4]吳忠誠，等.疏排樁錨-土釘墻組合支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006(S2).