復雜地質條件下深基坑工程支護設計與施工的研究

【摘 要】.某深基坑位于昆明老城區，開挖深度達10.4m，在基坑支護結構設計時，依據該工程的結構特點，土質條件和周圍環境，以土釘墻作為主要基坑支護結構型式，詳細介紹了該方案設計思路以及施工步驟。經現場監測，實測基坑邊坡側向最大位移值僅為26mm，一般在5～15mm間，其他監測指標均在設計的控制標準之內，取得了較好的支護效果和經濟效益。.

【關鍵詞】.深基坑；支護設計；土釘墻

Research on Design and Construction for a Deep Foundation Pit Supporting Project in Complicated Geological Conditions.

Du Meng-min

(Tianjin University of Science and Technology Tianjin 300457).

【Abstract】.A Deep Foundation Pit was located in the old city zone of Kunming， which was dug 10.4m in depth. In the design of the protective structure of excavation， the characteristics of the engineering ambience and the quality of soil were taken into account. The soil-nailing wall was the main type of pit-protection structure， which was introduced aboratively. The displacement monitored in the field could reach 26mm， but was commonly between 5mm and 15mm， Other monitored indexes were all within the standard limit of the design. The Deep Foundation Pit Supporting Project was accomplished with a good protecting and economical effect..

【Key words】.Deep pit;Design for protection;Soil-nailing wall 

1. 引言.

基坑是建筑工程的一部分，其發展與建筑業的發展密切相關，而深基坑是充分利用土地資源的方式之一。由于我國地少人多，人均占有土地還不及全世界人均占有土地的十分之一，為節約土地，向空間要住房，向舊房要面積，許多高層建筑拔地而起。據不完全統計，1980～1989年10年間，我國新建高層建筑1000余幢，1990年～1999年10年間，全國新建的高層建筑超過9000幢。適當發展多層和高層，向空中和地下發展是解決我國土地資源緊張的一條重要出路。隨著城鎮建設中高層及超高層建筑的大量涌現，深基坑工程越來越多，同時，密集的建筑物、大深度的基坑周圍復雜的地下設施，使得放坡開挖基坑這一傳統技術不再能滿足現代城鎮建設的需要，因此，深基坑開挖與支護引起了各方面的廣泛重視。尤其是90年代以來，基坑開挖與支護問題已經和正在成為我國建筑工程界的熱點問題之一。.

2. 深基坑支護方案設計與施工［1］.

深基坑支護的目的在于確保坑壁的穩定，施工安全，鄰近建筑物和構筑物以及管線的安全，有利于挖土及地下室的建造，而且要保證支護結構施工方便，經濟的合理性，所以支護體系的選用原則應該是安全、經濟、方便施工，同時選用支護體系也要因地制宜。

安全不僅指支護體系本身安全，保證基坑開挖、地下結構施工順利，而且要保證鄰近建(構)筑物和市政設施的安全和正常使用；經濟不僅是指支護體系的工程費用，而且要考慮工期，考慮挖土是否方便，考慮安全儲備是否足夠，應采用綜合分析，確定該方案是否經濟合理；方便施工也應是支護體系的選用原則之一，方便施工可以降低挖土費用，而且可以節省工期，提高支護體系的可靠性。一個優秀的支護體系設計，要做到因地制宜，根據基坑工程周圍建(構)筑物對支護體系變位的適應能力，選用合理的支護型式，進行支護結構體系設計。相同的地質條件，相同的挖土深度，允許圍護結構變位量不同，滿足不同變形要求的不同的支護體系的費用相差可能很大。

深基坑支護結構的設計與施工不同于上部結構，除地基土類別的不同外，地下水位的高低，土的物理力學性質指標以及周圍環境條件等，都直接與支護結構的選型有關。表1所示為幾種常見深基坑支護結構。支護結構型式選擇的合理性，關系到安全可靠、施工順利和工期等等問題，下面就昆明某深基坑探討該工程支護方案的設計與施工問題。

3. 工程概況.

該工程位于昆明市老城區。由地上10～22層住宅樓，3層裙房和地下車庫等建筑物構成，平面尺寸約為.110m×82m，均設兩層地下室，基礎埋深均為-10.4m，.屬于大型深基坑。

由于基礎埋深范圍內存在上層滯水，為滿足基坑土方開挖及地下土建施工期間對邊坡穩定性和地下水的要求，必須在基坑四周采取有效的人工降水和護坡措施以確保基坑邊坡的安全。

3.1 工程地質概況

3.1.1 工程地層情況。

擬建場區基本平坦，自然地坪標高平均約為42.82m。根據現場鉆探與原位測試及室內土工試驗成果綜合分析，在最大勘探深度范圍內(20.0m)的地層，除局部有人防分布外，按沉積年代、成因類型，共劃分為2個成因類型4個大層，自上而下分述如下：

3.1.2 人工堆積層。

該層分布于場地表層，包括粉質粘土、粘質粉土填土層及房渣土層，局部有爐灰位于第二層，厚度一般為2.0m～4.0m，局部達4.40m～5.10m。

3.1.3 第四紀沉積層。

①砂質粉土、粘質粉土層：位于標高37.76m～40.81m以下，具中低壓縮性；

②砂質粉土、粘質粉土層：位于標高.36.22m～37.58m.以下，具低壓縮性；

③粉砂、細砂層：位于標高33.98m～35.12m以下；

④卵石、圓礫層：位于標高.29.82m～31.50m .以下。.

4. 支護方案的選擇［3］.

4.1 基坑支護方案的選擇原則及要求

（1）滿足深基坑護坡的穩定性要求；

（2）確保土方開挖及基礎土建施工期間邊坡的安全；

（3）優化護坡方案，盡量降低護坡成本；

（4）施工工序簡單有效，盡量縮短施工工期。

4.2 本項目基坑護坡的技術難點分析。

基坑支護方案的選擇受多種條件的制約，如：基坑平面尺寸大小、基坑開挖深度、地下水位情況、工程地質情況、周邊建筑物及場區內的地下管線布置等因素。從本工程的邊界條件和地層條件來看，其基坑護坡存在以下技術難點：

4.2.1 基坑大、土質差。

由于該工程屬大型深基坑。而上部2.5m～4.0m內均為雜填土，土質屬中軟地層，這樣無論是土釘護坡還是護坡樁護坡都有一定的施工難度。

4.2.2 地下障礙物的存在。.

由于本工程位于老城區內，地下各種廢棄管和人防等地下障礙物的位置、埋深、走向、數量不詳，造成地下水的滲漏位置、水量不清。.

4.2.3 地下水的存在。

由于本場區槽深內存在大量上層滯水，盡管采用了深井井點降水措施，但因該滯水主要來自廢棄的各種地下管線，其位置、深度、走向及水量不清，勢必造成護坡面存在局部滲水，這要求本工程護坡時必須采用封堵和導排措施相結合方可確保邊坡的安全。

4.2.4 服務期限長。

由于該建筑物地下結構面積大、工序多，且屬于邊施工邊設計，護坡的服務期相對較長。同時本工程支護體系要面臨雨季考驗，這就要求其護坡體系絕對安全可靠。

4.3 基坑技術方案的確定。

從上述分析可以看出，本工程護坡區的周邊條件的差異要求本基坑護坡方式和支護體系強度不同，在選擇各側護坡方法時，應在充分利用原狀土自穩的條件下實現基坑各側的支護體系與周邊條件相統一。通過受力分析表明，采用一般土釘護坡或懸臂護坡樁護坡均無法滿足邊坡的整體穩定性要求。為此，在詳細分析本基坑的地質條件和周邊環境的基礎上，通過理論分析并參考同類工程的經驗，經技術、經濟的對比，提出本基坑的護坡方案。

4.3.1 .采用加強型土釘墻支護方案(0～-4.0m)。.

由于基坑上部0～-4.0m內土質以雜填土為主，且廢棄地下管線也多存在于該深度內，為此，在該區段內采用加強型土釘墻護坡來增加支護結構的強度和剛度，改善邊坡的受力狀況確保其邊坡穩定。

4.3.2 .采用加長土釘支護方案(-4.0m ～-10.4m)。.

為了提高邊坡的抗滑力和增加支護結構的整體抗傾覆彎距，將在該區段內采用加長土釘來增加土釘的土固力，提高護坡的安全系數。.

5. 基坑土釘墻支護設計.

5.1 土方開挖要求。

采用分步島式開挖，挖土施工按要求分步進行，每步沿護坡邊線施工并由人工修坡，在開挖前放挖邊線。及時進行支護施工，平行作業，每步挖土待噴砼面層和注漿砼達一定強度后，方可繼續開挖下一步。

5.2 挖土深度的確定及分步開挖方案。

挖土深度必須滿足邊坡穩定的要求，并和土釘支護的排距及施工方便相匹配。

按照邊坡穩定分析(庫爾曼法)，保持穩定的土釘臨界高度hcr為：

 hcr=.4c.T.［.sinβcosφ.1-cos(β-φ).］

β——邊坡傾角(與水平線的夾角)；φ——土的內摩擦角；c——土的粘聚力，KPa；γ——土的容重，KN/m3 。在考慮安全系數后，取：

 hcr=.2.67c.T.［.sinβcosφ.1-cos(β-φ).］

由地質勘察資料，取C平均為20.0 KPa，γ為21.0 KN／m ，φ為20°； 按直立開挖計算即β取為90°，計算結果為3.6米。土釘支護排距為1.5米。綜合考慮成孔為人工洛陽鏟成孔，必須有不低于1米的作業空間，最后確定開挖步驟如下：

5.3 挖土方法及要求。

挖土應分四步進行。第一步土方挖深為2.3m～2.4m，第一、二排土釘施工；第二步挖深為2.0m，第三排土釘施工；第三步挖深為2.5m，第四、五排土釘施工；第四步挖至-10.2m，停止機械挖土，改用人工清土至設計槽底標高-10.4m，以防超挖和地基土的機械擾動。須在上一步土釘護坡完成并待護坡砼達到一定強度后，方可進行下一步土方開挖。

這樣做優點在于：

(1)采用島式開挖，能有效的控制基坑邊坡的變形(位移)，減少了基坑的無支護的暴露面積和暴露時間，土釘支護及時，根據基坑開挖時空效應原理，能有效的利用土體自身控制地層變形(位移)的潛力；當基坑中間土挖除時，先期施工土釘支護注漿砼和噴砼面層已達一定強度，可有效的控制基坑的變形。

(2)土釘支護工作條件好，不需支架施工，施工速度快，能保證土釘支護及時。.

6. 加強型土釘墻支護質量保證措施.

6.1 邊坡修整。

每層土方開挖后，人工及時按照設計的坡度(上部為1：0.25，下部為1：0.15)進行邊坡修整，要做到削平、削到位。修整坡面時，每隔5.0m左右設置控制點，使修整的坡面坡度達到設計要求。

6.2 定位。

根據土桿設計間距在邊坡上定出每個土桿的位置，并作出標記，孔位誤差不大于100mm。

6.3 成孔及土桿安裝。

（1）成孔直徑不小于設計直徑(100～130mm)；

（2）角度應控制在50～100之間；

（3）成孔應做好記錄，并在檢查合格后方可進行下一道工序。

6.4 注漿。

水泥漿的水灰比為0.5到0.55，特殊地層可適當調整，壓力不小于0.3MPa。水泥漿注入飽滿，補漿次數不小于2次，并使孔內水泥漿充足飽滿為止。

6.5 編網。

按設計要求的間距和保護層進行編網、綁扎，搭接長度要符合規范要求，網片與土桿鋼筋外上端的彎鉤焊接成一個整體。

6.6 噴射混凝土。

噴射砼分兩次進行，噴射砼強度等級為C20，配合比為水泥：砂：石=1：2：2，并根據地層情況和天氣情況可適量加入速凝劑，混合料應攪拌均勻。

空壓機風量≥9m3/mn，氣壓取.0.2～0.5MPa，.噴頭水壓≥0.1MPa，噴射距離為1.0左右。噴射厚度不小于設計要求。

6.7 施工監測。

基坑采用土釘墻護坡后，其支護體系最大的水平位移和垂直沉降一般均發生在基坑邊壁的頂部1.0m內。為了能及時準確地了解土方開挖期間及護坡完成后邊坡的穩定狀況，在基坑護坡期間沿基坑邊壁的頂部0.4m～1.0m處，每隔30m設置一個基坑位移觀測點。在基坑護坡期間，每天觀測l～2次；在完成基坑開挖、變形趨于穩定后，每3～5天觀測一次，施工監測的內容如下：

（1）支護體位移的量測；

（2）地表開裂狀態(位置、裂寬)的觀察；

（3）附近建筑物及重要管線設施的變形和裂縫觀察；

（4）基坑滲、漏水和基坑內外地下水的水位變化。

.根據本工程的特點，基坑水平位移的警界值為.≤3‰H(H為槽深)。.

7. 取得成果.

本工程自2005年4月25日進場，5月20日正式開工，7月5日啟動降水，至8月18日完工，歷時115天，取得成果如下：

7.1 支護結構穩定性方面：在土方開挖后，自2005年7月1日至10月1日共92天，對基坑邊坡側向位移進行了全面觀測，最大位移值僅為26mm，一般在5～15mm間，符合規范要求，也達到了設計要求。

7.2 降水方面：采用周圍管井封閉降水，坑內減壓水井快速疏干和降低承壓水頭，局部引滲明排相結合的方法，達到了地下結構干槽作業的目的。

7.3 土方開挖方面：基底土無擾動，平面尺寸、槽底標高均符合設計要求。

7.4 竣工驗收：設計與施工控制規范、科學、合理，技術組織措施落實到位，保障有力，隱蔽驗收資料齊全，工程優良。.

8. 結語.

8.1 深基坑工程支護方案設計，應綜合考慮基坑特點，土質條件、周圍建筑物以及構筑物環境、工程造價等因素。本工程基坑開挖深度達10.4m，基坑支護結構設計主要采用加強型土釘墻和加長土釘護坡支護等支護方案，并成功解決了基坑支護、土方中多項施工技術難點。

8.2 施工過程以及完工以后，均加強了監測力度，為保證工程的有效順利進行，防止突發工程事故提供了有效的保障。監測資料表明支護方案合理，支護結構穩妥可靠，取得了良好的經濟效益和社會效益。.

參考文獻.

［1］ JGJ120-99 建筑基坑支護技術規程［S］.

［2］ .李鐘.深基坑支護技術現狀及發展趨勢［J］.巖土工程界，2001，(2):45～47.

［3］ 屠毓敏，阮長青等.溫州大劇院深基坑支護技術［J］.巖土工程學報，2006，(1):59～62

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［文章編號］ .1619-2737（2012）03-21-068