軟土地區(qū)深基坑開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)研究

黃立寶，王懷生，樊 樂(lè)，劉 洋

（中交第三公路工程局有限公司建筑工程分公司 北京 100009）

0 引言

深基坑施工是建設(shè)項(xiàng)目施工流程中十分關(guān)鍵的基礎(chǔ)部分，其質(zhì)量和安全性直接影響整個(gè)工程的順利開(kāi)展，在深基坑工程實(shí)踐過(guò)程中，將支護(hù)設(shè)計(jì)、施工與監(jiān)測(cè)緊密結(jié)合仍是目前保障工程安全實(shí)施的有效措施［1］，為了確保建筑施工的安全性以及質(zhì)量，工作人員需要重視開(kāi)挖技術(shù)與支護(hù)技術(shù)的實(shí)施［2］。根據(jù)基坑的地質(zhì)條件及周邊環(huán)境，對(duì)基坑支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可降低工程造價(jià)，縮短施工周期［3］。在軟土地區(qū)的深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，因地質(zhì)條件構(gòu)成相對(duì)比較復(fù)雜［4］，常面臨軟土粘聚力低，內(nèi)摩擦角小且含水率高等問(wèn)題，若不妥善處理，將會(huì)造成深基坑施工過(guò)程中諸多安全隱患，采取針對(duì)性的基坑支護(hù)施工方案，做好優(yōu)化和動(dòng)態(tài)調(diào)整工作，有效保證圍護(hù)樁施工的質(zhì)量以及整個(gè)支撐構(gòu)件在地下基礎(chǔ)施工中的安全性［5-7］，減少了對(duì)周邊建筑構(gòu)成的危害，為以后類似工程項(xiàng)目的實(shí)施提供參考。

1 工程概況

某項(xiàng)目地處廣東汕頭龍湖區(qū)，阿里山路與汕澳路的交匯處，項(xiàng)目總建筑面積約108 747 m2，其中地上面積約79 553 m2，地下室面積約29 194 m2。本工程有兩處地塊，一塊地塊基礎(chǔ)為地下1層，整體自然地面標(biāo)高約-0.15 m（實(shí)際測(cè)量），基坑整體挖深5.05 m；另一塊地塊基礎(chǔ)為地下2層，整體自然地面標(biāo)高約-2.75 m（實(shí)際測(cè)量），基坑整體挖深6.6 m。

2 工程水文地質(zhì)條件

工程地處廣東省汕頭市，為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，常年氣溫較高，夏熱冬暖，工程場(chǎng)地受山地和海岸氣候影響，春夏多鋒面雨，夏秋多臺(tái)風(fēng)雨，也常出現(xiàn)春旱夏澇，一般潮濕系數(shù)大于1。場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)大部分是空地、建筑堆土等，地形相對(duì)平緩，原始地形為濱海灘涂，后經(jīng)過(guò)人工填海造地現(xiàn)已形成陸地。根據(jù)勘探中揭示的區(qū)域，巖土層從上到下分為人工填地層、第四系海積層、第四系海陸位置交互的沉積層、第四系殘積層、燕山三期花崗巖等共五大類。具體巖土特性及分布如表1所示。

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 基坑開(kāi)挖支護(hù)方案選擇

本工程基坑挖深約5.0～7.0 m，由于在基坑挖深范圍內(nèi)有較深厚軟土層分布，建筑物采取了剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)。綜合對(duì)比軟土地區(qū)基坑支護(hù)方案，常用基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案［8-11］優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

表2 常用基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案分析Tab.2 Analysis of Common Foundation Pit Supporting Structure Schemes

3.2 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程地基開(kāi)挖深度和地質(zhì)要求，地基上部由素填土，砂土和淤泥質(zhì)土組成，其施工受周圍建筑物影響，為適應(yīng)施工工期和地基開(kāi)挖穩(wěn)定條件，基坑支護(hù)一般選用雙排?800 mm 或?700 mm 鉆孔灌注樁+雙排?700 mm 水泥土攪拌樁，前排鉆孔灌注樁有效樁長(zhǎng)25～28 m，后排鉆孔灌注樁有效樁長(zhǎng)20～28 m，鉆孔灌注樁沿基坑周長(zhǎng)方向間距1.6～2.1 m。雙排鉆孔灌注樁中間布置二排?700 mm水泥土攪拌樁，水泥土攪拌樁自壓頂板面計(jì)算樁長(zhǎng)13.5～14.0 m，部分采用4～6 排水泥土攪拌樁呈格構(gòu)式，坑頂卸土至1.5 m（-1.65 m 標(biāo)高），自壓頂板面計(jì)算樁長(zhǎng)9.0～15.5 m，沿外側(cè)設(shè)置?150 mm 加筋樁?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)某剖面如圖1所示。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)某剖面詳圖Fig.1 Detailed Drawing of a Section of Foundation Pit Supporting Structure

3.2.1 水泥土攪拌樁施工

水泥土攪拌樁使用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5R 號(hào)水泥，水泥摻比為18%（水泥土容重按1.8 t∕m3計(jì)算），水灰比限制在0.45～0.60；澆筑時(shí)用二次噴漿成樁，攪拌頻次不應(yīng)低于4次，最大提升速率不得超過(guò)0.5 m∕min。在砂層和淤泥層交界處，應(yīng)注意適當(dāng)增加水泥摻入比和減小提升速度以確保成樁質(zhì)量。

水泥土攪拌樁的施工方式采取四攪二次噴漿澆筑。施工工藝為：定位?下沉鉆進(jìn)攪拌噴漿?提升噴漿攪拌?再次下沉噴漿攪拌?再次提升攪拌噴漿?清洗噴頭?移動(dòng)機(jī)器?重新開(kāi)始下一根攪拌施工。具體操作如下：

⑴定位工作：將攪拌機(jī)對(duì)準(zhǔn)樁點(diǎn)，調(diào)節(jié)機(jī)臺(tái)水平，準(zhǔn)備好噴漿施工池，按摻入配合比報(bào)告?zhèn)浜盟嗪蜏p水劑，進(jìn)行開(kāi)拌之前的準(zhǔn)備工作。

⑵沉噴漿施工攪拌：通過(guò)啟動(dòng)電機(jī)，使攪拌機(jī)下沉攪土噴漿，直至設(shè)計(jì)的樁底。

⑶提升噴漿攪拌：當(dāng)鉆孔下降至設(shè)計(jì)深度后，嚴(yán)格按提升速度、調(diào)整噴漿施工壓力，并提高攪拌鉆頭，同時(shí)啟動(dòng)漿泵，調(diào)節(jié)好噴漿壓力、提升攪拌速率后，邊上升邊噴漿，至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。

⑷重復(fù)下沉攪拌：為使土體與水泥漿充分拌和均勻，反復(fù)將攪拌鉆頭下沉，同時(shí)啟動(dòng)灰漿泵，噴漿混勻至設(shè)計(jì)濃度。

⑸重復(fù)提升：再提起攪拌鉆頭，噴漿至工程設(shè)計(jì)高度。

⑹沖洗：向已排空的集料斗中加入少許水，然后開(kāi)啟灰漿沖洗管道中剩余的水泥漿，并清洗攪拌時(shí)鉆頭上粘附的水泥團(tuán)。

⑺移位：多次重復(fù)以上⑴～⑹步，進(jìn)入下一根樁的施工過(guò)程。

攪拌樁的澆筑過(guò)程及質(zhì)量管理規(guī)定：①水泥漿作為為固化劑，漿體拌和后應(yīng)及時(shí)噴漿，以免引起漿液的離析現(xiàn)象。②在澆筑中因一些原因停漿時(shí)，要使攪拌頭下降至停漿點(diǎn)下500 mm，待重新供漿時(shí)再進(jìn)行攪拌提升。③澆筑時(shí)停漿面要高于樁頂?shù)脑O(shè)計(jì)高度處500 mm，待樁頂壓梁，再將該多余部分挖除。④樁身與樁間的搭設(shè)間距施工時(shí)不應(yīng)超過(guò)12 h，若時(shí)間間隔過(guò)久，搭設(shè)質(zhì)量無(wú)法保障時(shí)，宜采用局部的補(bǔ)樁及注漿措施。⑤必須對(duì)每一個(gè)樁做好時(shí)間記錄，且深度記錄誤差宜＜10 mm，時(shí)間記錄誤差＜5 s。

3.2.2 鉆孔灌注樁施工

鉆孔灌注樁施工要求：

⑴本工程鉆孔灌注樁直徑采用?800mm（?700mm）。

⑵樁身混凝土級(jí)別為C25，宜選用中粗砂，最高坍落度限制在160～200 mm 以內(nèi)，必要時(shí)也可采用減水劑。樁身縱筋如需連接應(yīng)滿足受拉要求，對(duì)應(yīng)縱筋單面焊12d，相鄰接頭錯(cuò)開(kāi)不小于35d。

⑶在澆筑時(shí)應(yīng)采取有效措施提高樁體混凝土的澆注質(zhì)量，孔底沉渣厚不得＞50 mm。單樁樁位水平容許誤差范圍為50 mm，而樁體垂直度誤差＜1%。

⑷鉆孔灌注樁應(yīng)采取間隔鉆孔施工，以保證成樁質(zhì)量。

鉆井開(kāi)啟前必須埋設(shè)護(hù)筒，以確保鉆機(jī)沿樁位的垂直方向正常工作以及保護(hù)孔口并增加樁孔內(nèi)的泥漿水頭。護(hù)筒用8 mm 厚度的鋼材制成，由角鋼片固定，高度大約為1.2 m，隨地質(zhì)狀況的差異進(jìn)行護(hù)筒高度的調(diào)節(jié)。護(hù)筒埋設(shè)牢固密實(shí)，在護(hù)筒與坑壁之間用粘土分層夯實(shí)，以防漏水。護(hù)筒設(shè)一個(gè)溢漿口，便于泥漿溢出流回泥漿池，進(jìn)行回收和循環(huán)。技術(shù)要求如下：

⑴護(hù)筒中心誤差＜20 mm，且傾斜度＜1%，高于地面100 mm為宜。

⑵護(hù)筒的長(zhǎng)度埋深1.0～1.2 m，遇障礙物清除后分層夯實(shí)回填素土后即可埋設(shè)。

⑶護(hù)筒的埋設(shè)穩(wěn)固密實(shí)，在護(hù)筒和坑壁間用粘土分層夯實(shí)，防止?jié)B漏。

⑷做好復(fù)測(cè)記錄。

清孔工作共分兩次，在樁孔成孔后，應(yīng)開(kāi)始第一次的清孔工作，清孔時(shí)要把鉆具提離孔底約0.3～0.5 m，慢慢回轉(zhuǎn)增加泵量，應(yīng)間隔10 min 停泵一遍將鉆具提升3～5 m 并來(lái)回串動(dòng)數(shù)次，然后開(kāi)泵清孔保證第一次清孔后孔內(nèi)無(wú)泥塊，泥漿質(zhì)量指標(biāo)控制為：漿液占比≤1.2、含砂率≤4%。鋼筋籠、導(dǎo)管下好后，要用導(dǎo)管完成第二次清孔工作，第二次清孔時(shí)間不少于30 min。第二次清孔注入漿占比約為1.1，二次清孔后泥漿指標(biāo)控制為泥漿比重≤1.03～1.10、含砂率＜2%。

攪拌樁施工允許偏差如下：樁身垂直度0.5%，樁位偏差＜50 mm，樁徑偏差＜4%，樁頂標(biāo)高設(shè)計(jì)標(biāo)高＞500 mm，樁底標(biāo)高應(yīng)超深100～200 mm。

3.2.3 樁頂連梁施工

雙排鉆孔灌注樁之間采用連梁連接，采用750 mm×700 mm（局部650 mm×600 mm）的C25鋼筋混凝土，樁頂壓頂板厚度250 mm。連梁施工流程如圖2所示。

圖2 連梁施工流程Fig.2 Connection Beam Construction Flow Chart

4 基坑支護(hù)施工監(jiān)測(cè)

基坑整體施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)基坑的位移、沉降進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)，施工過(guò)程若發(fā)現(xiàn)超常的變形量，應(yīng)立即停止基坑施工，找出原因并制定相應(yīng)措施后方可繼續(xù)施工。

⑴在基坑施工前，應(yīng)邀請(qǐng)有關(guān)專業(yè)單位對(duì)基坑周圍路面和已建構(gòu)筑物等情況進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查，并設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行全過(guò)程的監(jiān)測(cè)。

⑵為保證建筑施工安全與開(kāi)挖順利進(jìn)行，在整個(gè)地下室的施工過(guò)程中應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，采用信息化方式進(jìn)行施工。

⑶監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)：支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移≤40 mm（安全等級(jí)一級(jí)），安全等級(jí)二級(jí)時(shí)≤60 mm。周圍地面沉降彎形≤30 mm（安全等級(jí)一級(jí)），安全等級(jí)二級(jí)時(shí)≤50 mm。

⑷基坑施工階段必須進(jìn)行監(jiān)控工作，挖土?xí)r每日必須提供至少1 次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有異常情況時(shí)應(yīng)當(dāng)增加監(jiān)控頻次，并報(bào)相關(guān)單位，做好雨天和雨后的監(jiān)控與巡查。

⑸各測(cè)點(diǎn)（孔）在埋設(shè)前，要注意檢查電纜、通訊線等管道布置狀況，以保證施工安全。

⑹監(jiān)測(cè)人員對(duì)監(jiān)測(cè)值的進(jìn)一步發(fā)展與變動(dòng)必須有評(píng)述，在達(dá)到報(bào)警限值時(shí)應(yīng)盡快通知現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工作單位與甲方，請(qǐng)相關(guān)監(jiān)管部門重視，在監(jiān)測(cè)完成時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的最終總結(jié)報(bào)告。

5 結(jié)論

為提高深基坑支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用效果，本文通過(guò)綜合系統(tǒng)分析軟土地區(qū)的工程地質(zhì)和水文條件，優(yōu)選了最適合于軟土地區(qū)建筑物基坑開(kāi)挖支護(hù)方法，提高了深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，使工程施工順利進(jìn)行，為同類型工程施工提供參考。