深基坑支護(hù)施工關(guān)鍵技術(shù)研究

谷秀玲

（泗縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，安徽 宿州 234300）

1 擬建工程概況

擬建污水處理廠一期工程項(xiàng)目位于某產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園區(qū)內(nèi)，建筑面積為15865m2，其中地上構(gòu)筑物6個(gè)，地下構(gòu)筑物20個(gè)。項(xiàng)目有3個(gè)開挖深度超過5 m的基坑，分別為進(jìn)水分配井、粗格柵以及進(jìn)水泵房，事故池，反硝化濾池、磁混凝高效沉淀池。其中進(jìn)水分配井、粗格柵及進(jìn)水泵房基坑設(shè)計(jì)為排樁+內(nèi)支撐支護(hù)形式；事故池，反硝化濾池、磁混凝高效沉淀池基坑2個(gè)基坑則設(shè)計(jì)為放坡開挖支護(hù)形式。

1.1 地質(zhì)條件

場(chǎng)地按時(shí)代成因自上而下可分為人工填土層（Q4ml），第四紀(jì)晚更新世坡積層（Q3dl）、沖積層（Q3al）、殘積層（Q3el），以及燕山期花崗巖帶（r53（1）），其中人工填土層、積層、沖積層對(duì)基坑施工影響較深。

1.2 水文條件

本場(chǎng)地地下水分布于第四系土層及燕山期基巖空隙-裂隙中，以潛水及基巖裂隙水類型為主，局部存在上層滯水。

潛水主要賦存于第一層到第二層土層中，大氣降水及鄰區(qū)地表水體直接滲入補(bǔ)給地下水，以蒸發(fā)、滲漏及人工排水方式排泄，地下水水質(zhì)易受污染，受季節(jié)及氣候與潮汐制約，水量較弱，水位不穩(wěn)定。

基巖裂隙水主要賦存于第四層到第六層層裂隙體系中，主要從第四系含水層及附近含水層補(bǔ)給，因此基巖裂隙水含水量可能比較豐富，地下水位埋深在2.40m～10.30m，受季節(jié)性降影響較大。

此外，在雨季還可能存在上層滯水、第四系潛水上漲等現(xiàn)象，豐雨期間水量較大，對(duì)工程基礎(chǔ)施工影響較大。

2 基坑施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1 水文地質(zhì)條件復(fù)雜

項(xiàng)目所在的場(chǎng)地人工填土層、積層、沖積層對(duì)基坑施工影響較深，且受季節(jié)性影響較大，對(duì)工程基礎(chǔ)施工影響較大，因此，在該項(xiàng)目中還應(yīng)做好排降水工作。

2.2 時(shí)空效應(yīng)顯著

擬建項(xiàng)目具有工期緊、基坑數(shù)量多等特點(diǎn)，每個(gè)基坑的深度各不相同，開挖面積大，且部分基坑相隔距離較近，受力不利于基坑支護(hù)。此外，基坑施工時(shí)正值擬建地區(qū)進(jìn)入雨季，施工期間降雨量大，在許多不確定因素的影響下，基坑施工具有明顯的時(shí)空效應(yīng)。

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合考慮擬建項(xiàng)目地質(zhì)條件、開挖深度、面積以及經(jīng)濟(jì)性等因素，通過綜合分析，進(jìn)水分配井、粗格柵及進(jìn)水泵房和事故池的基坑支護(hù)采用的是排樁+內(nèi)支撐，反硝化濾池、磁混凝高效沉淀池的基坑支護(hù)采用的是放坡開挖。

3.1 支護(hù)體系設(shè)計(jì)

在排樁+內(nèi)支撐復(fù)合支護(hù)體系中，采用鉆孔灌注樁與內(nèi)支撐式相結(jié)合的支護(hù)方案，并同時(shí)采用單軸水泥攪拌樁形成基坑外側(cè)的止水帷幕。

3.1.1 排樁+內(nèi)支撐支護(hù)

3.1.1.1 排樁支護(hù)設(shè)計(jì)

排樁支護(hù)開挖部分基坑安全等級(jí)為二級(jí)，基坑重要性系數(shù)分別取1.0，基坑變形控制等級(jí)為二級(jí)。排樁支護(hù)采用鉆孔灌注樁形式進(jìn)行支護(hù)，鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1.1.2 止水帷幕設(shè)計(jì)

排樁施工完成后，在排樁外側(cè)設(shè)置單軸水泥攪拌樁，形成基坑外側(cè)的止水帷幕，水泥攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1.1.3 支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

支撐體系在基坑施工中能夠提高支護(hù)體系的可靠性。因此，當(dāng)擬建項(xiàng)目頂部放坡至33.700 m后，采用?800 mm的鉆孔灌注樁進(jìn)行支撐，設(shè)置兩道支撐，支撐梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1.2 放坡開挖支護(hù)

擬建項(xiàng)目邊坡采用錨桿+噴射混凝土支護(hù)，放坡開挖設(shè)計(jì)參數(shù)見表4。為確保基坑開挖的穩(wěn)定性，待支護(hù)樁內(nèi)土方開挖至坑底時(shí)，即可進(jìn)行樁間網(wǎng)噴射混凝土，樁間噴射混凝土80 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。

表4 放坡開挖設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 基坑排降水設(shè)計(jì)

根據(jù)擬建場(chǎng)地地下水分布情況可知，地下水水量較弱，但水位不穩(wěn)定。因此，支護(hù)結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行相應(yīng)的排降水設(shè)計(jì)。由于場(chǎng)地內(nèi)局部鉆孔揭露砂層，且砂層層厚較薄，約為0.80 m～3.30 m，層頂埋深8.90 m～12.50 m，因此支護(hù)結(jié)構(gòu)采用集水井、明溝抽排水的施工方案，方便及時(shí)排除基坑內(nèi)積水。

擬建項(xiàng)目基坑開挖深度區(qū)域位于素填土層，為防止雨天后基坑內(nèi)外積水，在坡頂沿坑邊和坡底沿地下室外墻線分別設(shè)置300 mm×300 mm 排水溝進(jìn)行明排，溝底為10 cm厚C20細(xì)石混凝土，排水溝兩側(cè)120 mm MU10砌體，溝底及2兩側(cè)采用30 mm厚M5砂漿抹面，具體如圖1所示。水溝溝底泄水坡度按i≥3‰控制，排水方向根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。集水井沿基坑路線約30 m～-50 m兩側(cè)各布置，集水井規(guī)格為1000 mm×1000 mm×1000 mm，集水井周圍為MU10砌體，具體如圖2所示。根據(jù)基坑開挖時(shí)的出水情況，調(diào)整集水井?dāng)?shù)量及位置。

圖1 排水溝示意圖（單位：mm）

圖2 集水坑示意圖（單位：mm）

此外，在土方開挖過程中還應(yīng)采用挖土過程的自降水方案，在場(chǎng)地內(nèi)兩側(cè)設(shè)置排水溝，通過自動(dòng)化施工，將基坑內(nèi)的水經(jīng)三級(jí)沉淀過濾后再由抽水泵抽入市政雨水井中，解決了傳統(tǒng)降水方法工作強(qiáng)度大、測(cè)量精準(zhǔn)低和滯后的缺點(diǎn)問題。在開挖過程中，要隨時(shí)注意周圍的滲水情況，采用明溝及集水坑排水，及時(shí)將把水抽出。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出水量，增補(bǔ)疏干井?dāng)?shù)量，集水井用污水泵抽取集水坑中地下水排入坡頂截水溝并引向現(xiàn)有排水溝及沉淀池，最后排入市政雨水管道[1]。由于基坑面積較大較長(zhǎng)，施工時(shí)結(jié)合底板后澆帶設(shè)置盲溝或盲管，加強(qiáng)基坑排水，防止基坑大面積積水，保障基坑和主體結(jié)構(gòu)的施工安全。

4 關(guān)鍵技術(shù)分析

基于擬建項(xiàng)目工期緊、基坑單體數(shù)量多等特點(diǎn)，將基坑施工分為Ⅰ區(qū)段和Ⅱ區(qū)段2個(gè)施工段，并按“先深后淺”的原則進(jìn)行平行施工[2]。深基坑支護(hù)施工工序較多，該文主要從以下幾點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行分析。

4.1 灌注樁施工

在擬建項(xiàng)目灌注樁施工中，成孔采用泥漿護(hù)壁成孔工藝，正循環(huán)清孔，水下導(dǎo)管法灌筑混凝土成樁。具體施工流程如圖3所示。

圖3 灌注樁施工流程

首先測(cè)定樁位，樁位直徑偏差控制在50mm以內(nèi)；采用連續(xù)性筒式取土作業(yè)模式，護(hù)筒埋深2m且須高出地面20cm左右，樁徑偏差≤50mm，垂直度偏差小于0.5%，復(fù)測(cè)樁位后即可開始鉆進(jìn)成孔；在鉆進(jìn)過程中泥漿護(hù)壁，優(yōu)質(zhì)泥漿密度為1.03g/cm3～1.1g/cm3、黏度為17Pa·s～20Pa·s、含砂率＜2%。隨時(shí)監(jiān)控孔內(nèi)水位，一旦出現(xiàn)異常及時(shí)采取有效措施。當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后（距孔底300mm～500mm），進(jìn)行沖孔，清理孔底的沉渣，保證沉渣厚度不大于50mm；將按照設(shè)計(jì)要求制作的鋼筋籠吊放進(jìn)孔內(nèi)，及時(shí)下放灌注導(dǎo)管，利用導(dǎo)管采用換漿法進(jìn)行二次清孔，使孔底沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)要求，開始進(jìn)行水下混凝土灌注[3]。在灌注過程中，隨時(shí)測(cè)量孔內(nèi)混凝土面高度，在開始澆灌時(shí)，應(yīng)保證足夠的初灌量，保證埋深0.8m～1.5m，隨時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深，當(dāng)灌注接近樁頂時(shí)，適當(dāng)提高漏斗高度。當(dāng)灌注完成后，采用吊車提起導(dǎo)管上下活動(dòng)并緩緩拔出導(dǎo)管，以增加混凝土的密實(shí)度，同時(shí)做好孔口防護(hù)，防止發(fā)生意外事故。

4.2 水泥攪拌樁施工

在水泥攪拌樁施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，使其符合設(shè)計(jì)及工藝要求。如果樁周圍成層土?xí)r，在施工前，須增加水泥的攪拌次數(shù)或適當(dāng)增加水泥摻量，并按照試樁時(shí)確定的技術(shù)參數(shù)組織施工，具體施工流程如圖4所示。

圖4 水泥攪拌樁施工流程

擬建項(xiàng)目采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量15%，水灰比0.55～0.65，采用“四攪兩噴”法進(jìn)行水泥攪拌樁成樁。采用砂漿泵從深層攪拌中心管將水泥漿不斷壓入土中，在深層處的軟土中，由攪拌機(jī)葉片對(duì)水泥漿進(jìn)行攪拌，攪拌噴漿時(shí)間為10 s～20 s，確保樁頭均勻密實(shí)。第一次預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，噴漿提升；第二次下沉邊正循環(huán)攪拌，邊噴漿提升；第三次下沉攪拌后提升鉆頭，第四次下沉至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，反循環(huán)攪拌，不噴漿。攪拌機(jī)的提升速度為0.5 m/min，確保攪拌樁成樁均勻、連續(xù)、無縮頸和斷層，垂直度偏差不大于1%。

4.3 土方開挖

在土方開挖過程中，擬建項(xiàng)目應(yīng)嚴(yán)格遵循“盆式開挖，從中間區(qū)域向四周開挖、減少支護(hù)結(jié)構(gòu)臨空時(shí)間、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則。土方開挖采用“平面上分段、豎向分層”作業(yè)模式，平面上每段開挖長(zhǎng)度應(yīng)小于20 m，嚴(yán)禁在一個(gè)工況條件下一次開挖到底?？觾?nèi)土體應(yīng)分層開挖，每層開挖土層坡高不大于2 m，開挖坡率不大于1∶4，如坑底需要進(jìn)行換填，必須隨挖隨填。

當(dāng)基坑開挖面的錨桿施工達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，才可以向下方超挖土方。土方開挖包括2個(gè)階段：第一階段，根據(jù)開挖的方向及順序，利用反鏟挖土機(jī)采用端頭挖土法、側(cè)向挖土法[4]。因此在采用機(jī)械開挖時(shí)，挖土機(jī)距離邊坡上緣的寬度須大于基坑或管溝深度的1/2；第二階段，坑底預(yù)留30 cm，由人工開挖，并在邊坡預(yù)留15 cm左右進(jìn)行人工修整，要求基坑開挖深度要高于設(shè)計(jì)標(biāo)高。邊坡修整完成以及土方開挖至基底后，采取掛網(wǎng)噴射混凝土的邊坡保護(hù)措施，噴射砼等級(jí)為C20，砼面層厚80 mm，厚度要均勻，為方便上、下2層砼面間搭接，層下部留300 mm坡面暫不噴射，并做成45o的斜面狀。

4.4 內(nèi)支撐施工與拆除

當(dāng)土方開挖至壓頂梁底標(biāo)高后，將支護(hù)樁樁頂鑿除，確?；炷凉嘧哆M(jìn)入冠梁500 mm，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行測(cè)量放線，確定支撐梁的截面尺寸為600mm ×800 mm。擬建項(xiàng)目設(shè)有兩道支撐，支撐梁底模采用混凝土墊層，然后進(jìn)行鋼筋綁扎和側(cè)模施工，支撐梁混凝土強(qiáng)度為C30。采用斜面分 層法澆筑混凝土，二次振搗法振搗混凝土，使支撐體系封閉，以避免上下層混凝土之間產(chǎn)生縫隙，并做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，提高混凝土強(qiáng)度。在支撐拆除前，應(yīng)先搭設(shè)人工操作臺(tái)，并采用空壓機(jī)與人工相結(jié)合的方式分段拆除支撐，當(dāng)支護(hù)樁與地下室底板的臨時(shí)支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上，即可拆除第二道支撐，每隔2 m設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如果累計(jì)變形超過設(shè)計(jì)允許值，須進(jìn)行換撐加固處理。當(dāng)?shù)叵聝蓪尤康装迨┕ね瓿珊螅叵率彝鈮Π迮c支護(hù)樁之間的臨時(shí)支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上，拆除第一道支撐體系。

5 基坑監(jiān)測(cè)

進(jìn)水分配井粗格柵及進(jìn)水泵房設(shè)置地面沉降量測(cè)點(diǎn)、坡頂位移量測(cè)點(diǎn)、樁頂位移量測(cè)點(diǎn)、樁體變形量測(cè)點(diǎn)等，地面沉降點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)置18個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，縱向間距15 m，橫向間距5 m。坡頂位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置4個(gè)，間距25 m。樁頂位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)、樁體變形量測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)各設(shè)置4個(gè)，間距25 m；事故池設(shè)置地面沉降點(diǎn)12個(gè)，坡頂位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)8個(gè)，間距為30 m；反硝化濾池、磁混凝高效沉淀池設(shè)置地面沉降點(diǎn)15個(gè)，間距15 m，坡頂位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)8個(gè)。在開挖過程中，每個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻率為1次/1d。當(dāng)監(jiān)測(cè)的位移、沉降數(shù)據(jù)變化異常或位移、沉降量已達(dá)相應(yīng)預(yù)警和警戒值時(shí)，應(yīng)增加監(jiān)測(cè)頻率，并采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，具體監(jiān)測(cè)報(bào)警值見表5。

表5 開挖施工中監(jiān)測(cè)報(bào)警值

6 結(jié)語

隨著建筑高度的不斷地增加，不僅提高了建筑工程的整體作業(yè)量逐漸增加，對(duì)建筑基礎(chǔ)工程施工提出了更高的要求。該污水處理廠一期項(xiàng)目擬建場(chǎng)地具有工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜、項(xiàng)目工期緊以及基坑單體數(shù)量多等特點(diǎn)，進(jìn)一步增加了深基坑支護(hù)施工的難度。因此，參照相關(guān)理論研究，該文對(duì)灌注樁施工、水泥攪拌樁施工、土方開挖等深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，采取一系列措施，不僅保證了工程整體施工質(zhì)量，為后續(xù)主體結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了安全、便利的施工環(huán)境。