巖土工程深基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐相結(jié)合

舒宗妹

（廣東省工程勘察院，廣東 廣州 510510）

1 概述

目前在這一方面還存在著兩種相反的傾向，一是不考慮成本，在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中通過(guò)人為增大設(shè)計(jì)荷載或者加大基坑安全系數(shù)來(lái)彌補(bǔ)設(shè)計(jì)和施工中對(duì)未知因素的考慮不周，造成了極大的浪費(fèi)；二是為節(jié)約開(kāi)支成本而減小基坑安全系數(shù)，或者是不考慮基坑的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，人為地縮短工期，對(duì)深基坑支護(hù)工程造成安全隱患，這兩種情況的傾向都在一定程度上制約了深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)在實(shí)踐中的應(yīng)用。

2 深基坑工程相關(guān)概況

某陽(yáng)江市深基坑項(xiàng)目位于陽(yáng)江市江城區(qū)創(chuàng)業(yè)路與新江路交匯處東北部，項(xiàng)目總用地面積約30000m2，建筑基底占地面積約18000m2，擬建建筑物為大型商場(chǎng)(樓高 4～5 層)和 2 幢服務(wù)型公寓(樓高 22～23 層)，帶 2層裙樓和2 層地下室。擬采用的結(jié)構(gòu)類(lèi)型為框剪結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)類(lèi)型擬采用樁基礎(chǔ)。基坑為負(fù)2層地下室，周長(zhǎng)669.70m，基坑擬開(kāi)挖深度9.35～9.55m。本基坑安全重要性等級(jí)東南側(cè)（D-E-F-G-H-I-J段）為一級(jí)，基坑側(cè)壁的重要性系數(shù)取γ0＝1.1；其余各側(cè)均為二級(jí)，基坑側(cè)壁的重要性系數(shù)取γ0＝1.0。考慮到場(chǎng)地的開(kāi)挖深度不同，基坑頂?shù)闹苓叚h(huán)境不同、地質(zhì)條件的不同等因素，本基坑支護(hù)項(xiàng)目一共劃分為六個(gè)基坑支護(hù)剖面。

本場(chǎng)地原地貌屬河流沖積地貌，位于漠陽(yáng)江下游沖積平原，地勢(shì)較低，原來(lái)為耕地，現(xiàn)在場(chǎng)地已經(jīng)回填人工填土，目前整個(gè)場(chǎng)地相對(duì)較平整?；幽蟼?cè)為新江北路、西側(cè)創(chuàng)業(yè)路，北側(cè)及東側(cè)為規(guī)劃路，東南側(cè)為建筑物（8～9層，框架結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)）。基坑周邊管線較多，分布雨水渠、燃?xì)夤堋㈦娦殴饫|、雨水管、給水管等。場(chǎng)區(qū)揭露的巖土層由上至下有第四紀(jì)人工回填土層(Q4ml)——第①層素填土；第四紀(jì)耕植層(Q4pd)——第②層耕土；第四紀(jì)沖積層(Q4al)——第③層粉質(zhì)粘土、第④層中砂；第四紀(jì)殘積層(Q4el)——第⑤層殘積粘性土；燕山三期侵入巖[γ52（3）]——第⑥層全風(fēng)化花崗巖、第⑦層強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、第⑧層中風(fēng)化花崗巖和第⑨層微風(fēng)化花崗巖。陽(yáng)江位于回歸線以南，屬亞熱帶氣候，雨量充沛，氣候溫和。年平均氣溫22.0℃左右，年平均降雨量一般在2300mm左右，雨水分布不均勻，夏秋季多臺(tái)風(fēng)雨，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)降雨情況。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，地下水年變化幅度一般約為±1.00m，勘察期間測(cè)得地下水位黃海高程為3.62～4.52m。

3 設(shè)計(jì)理論及典型支護(hù)剖面設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目考慮到施工總平面布置、周邊環(huán)境復(fù)雜等因素，綜合考慮，基坑?xùn)|南側(cè)采用旋挖灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)方案，旋挖樁外側(cè)設(shè)一排水泥攪拌樁截水帷幕；基坑北側(cè)、東北側(cè)采用復(fù)合土釘墻支護(hù)方案（兩排水泥攪拌樁+微型注漿鋼管樁+兩道預(yù)應(yīng)力錨索+土釘墻）；其余各段采用旋挖灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，旋挖樁外側(cè)設(shè)置一排水泥攪拌樁截水帷幕。

本典型剖面基坑開(kāi)挖深度9.55m，采用旋挖灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，旋挖樁外側(cè)設(shè)一排水泥攪拌樁截水帷幕。旋挖灌注樁?0.8m@1.4m，嵌固深度4.95m，樁身砼強(qiáng)度C30；攪拌樁截水帷幕?0.55m@0.35m。典型支護(hù)剖面圖如圖1所示，典型支護(hù)剖面圖計(jì)算工況圖如圖2所示。

圖1 本基坑典型支護(hù)剖面圖（單位：m）

圖2 本基坑典型支護(hù)剖面計(jì)算工況圖

本典型剖面(整體穩(wěn)定驗(yàn)算)計(jì)算方法：瑞典條分法，應(yīng)力狀態(tài)：有效應(yīng)力法，條分法中的土條寬度：0.40m，滑裂面數(shù)據(jù)，整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.739。

抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算,抗傾覆安全系數(shù)：

Ks=2.044≥1.200，滿足規(guī)范要求。

抗隆起驗(yàn)算，從支護(hù)底部開(kāi)始，逐層驗(yàn)算抗隆起穩(wěn)定性，結(jié)果如下：

支護(hù)底部，驗(yàn)算抗隆起：

Ks=5.166≥1.600，抗隆起穩(wěn)定性滿足。

嵌固深度計(jì)算,嵌固深度計(jì)算參數(shù)：嵌固深度是否考慮內(nèi)支撐作用（否），是否考慮坑底隆起穩(wěn)定性（是），是否考慮最下層支點(diǎn)為軸心的圓弧穩(wěn)定性（否）。

嵌固深度計(jì)算過(guò)程：

當(dāng)?shù)貙硬粔驎r(shí)，軟件是自動(dòng)加深最后地層厚度(最多延伸100m)得到的結(jié)果。

（1）嵌固深度構(gòu)造要求：依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012,嵌固深度對(duì)于多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)ld不宜小于0.2h。嵌固深度構(gòu)造長(zhǎng)度ld：1.910m。

（2）嵌固深度滿足整體滑動(dòng)穩(wěn)定性要求：按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012 圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法計(jì)算嵌固深度：

圓心(-1.743，10.832)，半徑為11.614m，對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)Ks=1.413≥1.300；

嵌固深度計(jì)算值ld：0.500m。

（3）嵌固深度滿足坑底抗隆起要求：符合坑底抗隆起的嵌固深度ld：0.000m。

滿足以上要求的嵌固深度ld計(jì)算值：1.910m，ld采用值：4.950m。

嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力驗(yàn)算：

Ps=646.474≤Ep=1206.990，土反力滿足要求。

4 基坑支護(hù)實(shí)踐施工順序

對(duì)于復(fù)合土釘墻段：先施工水泥攪拌樁，然后放坡至微型鋼管樁頂標(biāo)高處施工鋼管樁，同時(shí)施工放坡面鋼筋網(wǎng)噴砼、樁頂層錨索、腰梁，待錨索注漿體強(qiáng)度、腰梁強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后進(jìn)行錨索張拉鎖定，再按要求分層分段開(kāi)挖施工。每段每次開(kāi)挖長(zhǎng)度20～30m，每層開(kāi)挖至土釘或錨索下0.2～0.3m，然后施工土釘或錨索、鋼筋網(wǎng)噴砼、腰梁，待漿體強(qiáng)度、噴射砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%或錨索張拉鎖定后，再開(kāi)挖施工下一層，直至基坑底；對(duì)于樁錨支護(hù)段：要求先施工水泥攪拌樁，然后施工旋挖樁，再開(kāi)挖至樁頂標(biāo)高處施工放坡面鋼筋網(wǎng)噴砼、冠梁層錨索、冠梁，待錨索漿體強(qiáng)度、冠梁強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后進(jìn)行張拉鎖定，然后開(kāi)挖施工下一道錨索、腰梁、樁間土鋼筋網(wǎng)噴砼，直至基坑底；對(duì)于樁撐支護(hù)段：要求先施工水泥攪拌樁，然后施工旋挖樁、支撐立柱樁；然后開(kāi)挖至樁頂標(biāo)高處，施工放坡面鋼筋網(wǎng)噴砼、樁頂冠梁及內(nèi)支撐梁；待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后再采用小型機(jī)械或人工開(kāi)挖支撐下面的土方。

5 基坑支護(hù)實(shí)踐施工進(jìn)度安排

施工工期為90d，要求業(yè)主完整交付施工場(chǎng)地并緊密配合進(jìn)行土方開(kāi)挖，且各分項(xiàng)同時(shí)進(jìn)行施工。詳見(jiàn)圖3。

6 基坑支護(hù)實(shí)踐主要施工工藝措施

6.1 水泥攪拌樁施工工藝措施

施工流程如圖4 所示。本工程深層水泥攪拌樁施工按下列步驟進(jìn)行：

圖4 水泥攪拌樁施工步驟

（1）測(cè)量放線：施工前，根據(jù)基坑設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)單位技術(shù)交底以及圖示坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量樁位放樣，采用全站儀施放軸線和樁位，用木樁加石灰將攪拌樁樁位逐點(diǎn)放樣，鋼尺輔助。橋臺(tái)位置攪拌樁與鉆孔樁之間的中心距不小于90cm,如不能滿足可適當(dāng)調(diào)整樁位，在攪拌樁的位置上，插打竹片樁。并對(duì)樁位進(jìn)行編號(hào)，以利于施工管理和資料整理。放樣定線后做好測(cè)量技術(shù)復(fù)核單報(bào)監(jiān)理復(fù)核檢查，確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行攪拌施工。

（2）樁機(jī)就位：樁機(jī)使用其自身的步履行走系統(tǒng)移動(dòng)，塔架提吊攪拌樁機(jī)就位。水泥攪拌樁機(jī)到達(dá)指定樁位，對(duì)中。當(dāng)?shù)孛嫫鸱黄綍r(shí)，采用攪拌樁機(jī)的液壓平衡裝置使起吊設(shè)備保持水平。檢查鉆桿長(zhǎng)度、鉆頭直徑，將樁機(jī)移到指定位置對(duì)好樁位。

（3）預(yù)攪拌下沉：當(dāng)攪拌樁樁機(jī)的冷卻水正常運(yùn)行之后，將攪拌機(jī)電機(jī)啟動(dòng)，放松攪拌樁機(jī)吊索，使攪拌樁機(jī)沿導(dǎo)向架攪拌切土下沉，下沉速度可由電機(jī)的電流監(jiān)測(cè)表控制，控制在約0.8m/min，工作電流不大于10A。

（4）制漿、送漿：當(dāng)水泥攪拌樁機(jī)下沉至設(shè)計(jì)深度后，才可配制水泥漿，應(yīng)嚴(yán)格按預(yù)定的配合比拌制，并應(yīng)該有防離析等措施。施工中加水可使用定量容器進(jìn)行用水量控制。

（5）攪拌提升：當(dāng)水泥攪拌樁機(jī)預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)深度后，將灰漿泵漿水泥漿開(kāi)啟壓入地基土內(nèi)，提升鉆頭噴漿。噴漿過(guò)程中，不斷攪拌水泥漿，防止其離析，并通過(guò)電腦自動(dòng)計(jì)錄，噴漿量，離地面50cm 時(shí)，停止噴漿。要注意攪拌機(jī)的提升速度和噴漿速度相協(xié)調(diào)，使連續(xù)均勻，以控制注漿量，保證攪拌均勻，以此同時(shí)泵送也必須連續(xù)。

（6）重復(fù)攪拌下沉：第二次噴漿完成后，繼續(xù)三次下沉鉆頭進(jìn)行補(bǔ)漿噴漿，攪拌至設(shè)計(jì)位置深度。攪拌至設(shè)計(jì)位置深度后，進(jìn)行第四次提升攪拌，進(jìn)一步拌和均勻?？咨罘秶鷥?nèi)各段補(bǔ)漿量由電腦自動(dòng)控制，并保證四次噴漿完成后，各段噴漿量相等，水泥漿剛好使用完畢。以上施工方案采用四攪四噴施工工藝，實(shí)際施工時(shí)先進(jìn)行攪拌樁試樁施工，驗(yàn)證施工工藝，如果四攪四噴實(shí)際操作有困難，可改為四攪二噴。

（7）重復(fù)攪拌提升：一邊旋轉(zhuǎn)、一邊提升，重復(fù)攪拌到攪拌樁樁頂標(biāo)高處，并將鉆頭提出地面。

（8）樁機(jī)移位：樁機(jī)移至進(jìn)行下一樁位，重復(fù)進(jìn)行（2）～（7）的步驟施工，保證施工的連續(xù)性。

（9）清洗機(jī)器：若樁機(jī)停止施工、施工間歇時(shí)間太長(zhǎng)或已施工段完成后，應(yīng)立即清洗機(jī)器。向水泥漿攪拌桶中加入清水，開(kāi)啟灰漿泵，清洗全部管中殘存的水泥漿，直至干凈，并將粘附在攪拌頭的軟土清洗干凈。每天加固完畢，應(yīng)用水清洗貯料罐、砂漿泵、深層攪拌機(jī)及相應(yīng)管道，以備再用。

（10）勞動(dòng)組織：攪拌樁機(jī)施工時(shí)，每臺(tái)班配備約10人。班長(zhǎng)/機(jī)長(zhǎng)1 名：負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)攪拌樁機(jī)施工的指揮工作。操作工2 名：負(fù)責(zé)深層攪拌樁機(jī)的操作及保養(yǎng)工作。司泵工1名：負(fù)責(zé)指揮灰漿制備以及泵送系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，做好水泥漿制備設(shè)備的保養(yǎng)等工作。拌漿工1名：負(fù)責(zé)水泥漿固化劑的配制，將水泥漿倒入集料斗內(nèi)的工作。樁機(jī)維修工1名：負(fù)責(zé)維修和維護(hù)攪拌樁機(jī)的工作。電工1 名：負(fù)責(zé)修理和維護(hù)所有現(xiàn)場(chǎng)電器的工作。記錄1名：根據(jù)基坑設(shè)計(jì)圖紙生產(chǎn)要求，測(cè)定攪拌樁每米的灌注漿量，如發(fā)現(xiàn)斷漿，應(yīng)立即報(bào)告指揮，采取補(bǔ)救措施，并記錄施工中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，復(fù)查樁位和水泥漿配比等。供料工1名：負(fù)責(zé)各種生產(chǎn)用料的供應(yīng)、運(yùn)輸。工地每臺(tái)樁機(jī)配備一個(gè)施工班組。

6.2 旋挖樁、樁頂連梁施工工藝措施

（1）施工流程：平整場(chǎng)地→樁位放樣→鉆機(jī)就位開(kāi)孔→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)鉆進(jìn)→清孔→下放鋼筋籠→插入混凝土導(dǎo)管→灌注混凝土成樁→拔出導(dǎo)管→拔出護(hù)筒。

（2）旋挖樁施工按下列步驟進(jìn)行。旋挖灌注樁成孔：采用泥漿護(hù)壁成孔，護(hù)筒中心與樁位中心偏差不得大于50mm，護(hù)筒埋設(shè)深度不得小于1.5m。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度不應(yīng)大于100mm。旋挖灌注樁應(yīng)隔樁（跳挖）施工。相鄰樁應(yīng)在樁體強(qiáng)度達(dá)到70%以上時(shí)，可施工相鄰樁。鋼筋籠制作及安裝：縱向鋼筋對(duì)稱(chēng)放置，接頭應(yīng)優(yōu)先采用焊接，亦可采用搭接，搭接長(zhǎng)度為35d。并應(yīng)按規(guī)范要求錯(cuò)開(kāi)接頭。環(huán)形加勁箍及螺旋箍筋與縱向鋼筋交接處均應(yīng)焊牢。搬運(yùn)和吊裝鋼筋籠時(shí)，應(yīng)防止變形，安放應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔位，避免碰撞孔壁和自由落下，就位后應(yīng)立即固定?；炷翝补啵恒@至設(shè)計(jì)標(biāo)高，請(qǐng)通知甲方會(huì)同有關(guān)質(zhì)檢人員共同鑒定。檢查成孔質(zhì)量合格，應(yīng)盡快澆灌樁身混凝土。使用C30混凝土水下澆灌。

（3）樁頂冠梁、基坑內(nèi)支撐梁和立柱施工。清除樁頂浮漿露出鋼筋后施工樁頂冠梁。支撐體系施工：主支撐、連系梁、冠梁、立柱鉆孔樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30；支撐體系砼澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行；嚴(yán)防施工時(shí)混凝土支撐梁會(huì)變形；混凝土支撐梁必須在砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求70%以上，放可開(kāi)挖支撐梁以下的土方，應(yīng)采用小型機(jī)械或人工開(kāi)挖；支撐立柱基礎(chǔ)采用?800mm 鉆孔樁，基礎(chǔ)底面以上采用鋼管樁，鋼管樁安裝時(shí)必須保證垂直度；基坑開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)核對(duì)立柱樁實(shí)際狀態(tài)，確保其豎向承載能力。換撐要求：負(fù)一層樓板澆筑并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，回填負(fù)一層底板以下地下室外墻與基坑側(cè)壁之間的土方，土方壓實(shí)度須滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求；負(fù)一層樓板以下地下室外墻與基坑側(cè)壁之間土方回填后，澆筑一層厚400mm 的C30 素混凝土換撐板（詳剖面圖），換撐板與負(fù)一層底板等厚且上下對(duì)應(yīng)；待換撐板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，方可拆除支撐。

7 結(jié)語(yǔ)

在該基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用結(jié)果證實(shí)基坑支護(hù)工程系統(tǒng)性很強(qiáng)，涉及面很廣，設(shè)計(jì)理論仍在進(jìn)一步發(fā)展完善，極其注重工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。軟土基坑通常采用復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，如灌注樁+內(nèi)支撐、樁錨、復(fù)合土釘墻等，應(yīng)根據(jù)基坑深度、周邊環(huán)境等采用多方案比選確定最終支護(hù)方案?；又ёo(hù)工程必須嚴(yán)格遵守施工工序要求，不能隨意改變，土方開(kāi)挖與支護(hù)結(jié)構(gòu)施工必須緊密配合。