某工程深基坑支護方案設計

潘衛國

(山西師范大學城環學院，山西臨汾 041000)

0 引言

一直以來，如何本著“安全、經濟、可行”的原則對深基坑進行支護設計，始終是該領域一直面臨的一個話題。由于基坑工程的復雜性和綜合性，特別是地下工程共有的不確定性使得基坑工程具有較大的風險，一旦處理不當，輕則給安全生產帶來隱患，重則會發生較為嚴重的施工事故，給建設方帶來不利影響。本文試將某深基坑的設計提供出來，供工程技術人員借鑒。

1 工程概況

該工程地下車庫為地下2層，總長度(東西向)約140m，寬度(南北向)約130m，地下車庫基底標高約在自然地坪下－10.85m，基坑深度較深。根據JGJ 120-99建筑基坑支護技術規程、JGJ 167-2009濕陷性黃土地區建筑基坑工程安全技術規程規定，該基坑側壁安全等級為一級。

地質勘察最大深度為60m，根據現場鉆探揭露情況及室內土工試驗結果，在此給出與本次支護設計有關的4個工程地質單元層:第①層雜填土:稍濕，松散，夾雜大量磚塊、碎石等，厚度2.2m～6.20m。第②層粉質粘土:干強度和韌性中等，厚度1.00m～8.10m。第③層細砂:飽和，稍密，中部夾薄層粉質粘土，厚度2.00m～10.40m。第④層粉質粘土:干強度和韌性中等，局部夾薄層粉土，厚度3.70m～9.00m。

該場地深度范圍內淺層地下水屬承壓水類型，補給來源主要為大氣降水，以蒸發及側向汾河方向徑流為主要排泄途徑，富水性較差，受季節影響，水位變幅約0.50m，終孔后統一量測的穩定水位埋深5.00m～5.80m。

基坑周圍環境復雜，四周不僅有道路，而且有多種地下管線及電纜井、煤氣檢查井等。特別是北向和東向緊鄰城市主要街道，不僅行人車輛多，而且有多種地下管線干線，如上下水道、煤氣管道、電力及通訊電纜等;基坑邊緣最近處離一期寫字樓外墻邊僅9m;南向緊貼原一期工程車庫;西向距離民房10m。

2 基坑支護總體設計思路

根據現場周邊環境及水文地質情況，本次設計充分比較了土釘錨索、鋼筋混凝土灌注樁、地下連續墻等支護方法，經比較，認為該基坑主要采用土釘錨索加止水帷幕、管井降水的支護方法較為經濟、安全。局部(離一期工程寫字樓較近的地方)可采用混凝土灌注樁加止水帷幕的支護方法;離一期車庫較近處可采用沿止水帷幕直接挖至－5.0m，再在原車庫底部采用土釘支護的方法。

3 支護設計內容

3.1 止水帷幕

沿地下車庫基坑四周布設兩排水泥土攪拌樁作為止水帷幕。止水帷幕總平面尺寸長度約575每延米。

3.2 管井施工及降水

采用坑內管井降水，共需布井29口。降水采用潛水泵每井一臺。

3.3 土釘錨索支護

采用土釘錨索支護，總延米約403m，基坑深度－10.85m。

3.4 混凝土灌注樁支護

混凝土灌注樁支護僅用于離原寫字樓較近無法施工土釘墻的部分，混凝土灌注樁支護長度約67m，約需布樁33根。混凝土灌注樁樁頂－6.0m處設一排鋼管內撐。

3.5 一期地下車庫邊的支護

由于該基坑離原地下車庫邊僅3.5m，而原車庫又為鋼筋混凝土板式結構，故可將基坑沿止水帷幕下挖至－5.0m，兩基地之差可做兩排土釘墻(土釘長度5m)進行支護。

4 支護施工方法

4.1 具體要求

1)基坑施工前，建設單位務必交清基坑周邊環境條件，如電纜溝、電管線、水管、水溝、通訊設施及其他有關資料，以免施工時造成不必要的損失。

2)清除基坑施工范圍的雜填層至－2.0m，然后施工混凝土灌注樁、止水帷幕和降水井。降水后，再進行基坑挖土和土釘墻施工。

3)在進行挖土和施工土釘前，必須提前10d～15d把坑內水位降至坑底下－1.5m，并保證基坑水位不再上升，這是土釘錨索施工成功的關鍵。

4)基坑土方開挖要根據周邊土釘錨索施工的每步高度，決定挖土的深度。在混凝土灌注樁與坑內建筑物之間安裝內撐前，也應考慮挖土的深度和寬度，以便安全施工。

5)每步土釘錨索施工后，釘體強度達到設計強度的75%后方可進行下一層土釘施工;錨索混凝土強度達設計要求后，才允許張拉。

4.2 土釘(錨索)施工方法

4.2.1 支護程序

管井降水→支護準備→土方分層開挖→土釘(錨索)分層布設及鉆孔→分層安設土釘筋(錨索)及注漿→分層安設型鋼連系梁或錨索張拉→基坑監測→竣工。

以上程序從管井降水到連系梁施工，共分五個施工段層，循環進行，直至支護完畢。

4.2.2 噴射面層細石混凝土

基坑(支護)面層挖2.5m厚雜填土層及施工完水泥土攪拌樁(止水帷幕)后，人工修整邊坡及樁頂平面，該邊坡高度2.5m，平面寬度約3.5m。邊坡及樁頂平面處噴射C20細石混凝土，厚度80mm，內配雙向間距60mm的鋼絲網片，噴射方法是先噴底層一道厚度40mm，待掛完鋼絲網片后，再噴射面層細石混凝土40mm厚。

4.2.3 土釘(錨索)支護

本基坑共布設土釘5排、錨索2排，其水平間距1.5m，垂直排距1.4m(最上一排－2.0m)。上、下排土釘或錨索均按梅花形布設。

土釘錨索孔徑均為120mm，第一排釘長為6m;第二排釘長9m;第三排錨索長12.5m;第四排釘長為10m;第五排錨索長12m;第六排釘長9m;第七排釘長8m。土釘內配鋼筋:第一排為1Φ20鋼筋;第二排、第七排為1Φ22鋼筋;第四排、第六排為1Φ25鋼筋;第三排、第五排為預應力錨索，內配2束7φ5。土釘筋采用HRB335(Φ)鋼筋;錨索采用低松弛鋼絞線，極限拉力1860MPa。

4.2.4 土釘錨索定位及鉆孔

土釘采用梅花形布設。每排土釘位置確定后先用φ16鋼釬打眼，深200mm，灌白灰粉后夯實。

鉆孔采用MGJ-50型錨桿工程鉆機及配套設備、人工洛陽鏟等配合完成。每個土釘孔的傾斜角(俯角)為15°，并根據傾斜度在鉆機上調好角度。成孔后要進行清孔檢查，對孔中出現的塌孔和局部掉落虛土，應用掏勺清理干凈。

4.2.5 安裝土釘筋、錨索及灌漿

土釘鋼筋采用每孔1根φ20，φ22或φ25螺紋筋，長度分別為6m，9m，10m，9m，8m，在土釘筋的外端頭制作長度 150mm(同土釘筋直徑)的螺桿(長度6m的土釘除外)。為了保證土釘筋在孔中位置準確，在主筋上每隔2m焊接鋼筋定位器，定位器為Φ6.5，Φ8光圓鋼筋。

錨索安裝:錨索為2束7φ5鋼絞線，長度分別為12.5m，12m，采用在鋼絲束上安裝購置的對中支架，間距2m一道，緩慢放入孔內。

灌漿采用ZBU-4.5型壓力擠漿機、YW-1300型攪拌機及搖篩機。灌漿材料為普通硅酸鹽 P.O42.5水泥漿液，強度等級為M30，水泥漿的水灰比為0.45～0.55。采用壓力二次注漿法，灌注壓力0.4MPa～1.5MPa(二次注漿壓力2MPa～2.5MPa)。第一次注漿，注漿導管先隨鋼筋一起插入孔底，注漿管距孔底0.2m～0.5m，導管出漿口應始終處于漿體表面以下，保證孔中氣體全部溢出，直至注滿孔，邊注邊拔管。第二次注漿，注漿導管采用φ25鋁塑花管，固定在土釘鋼筋上，并隨土釘鋼筋一起插入孔底，距離孔底0.5m。

4.2.6 安裝型鋼連系梁及錨索張拉

型鋼連系梁采用［20a槽鋼，現場制作安裝，每層土釘施工完畢后，按每根土釘的具體位置，再在槽鋼上打眼，焊接局部承壓板，用螺栓固定。

錨索的張拉及控制:錨索采用2束7φ5低松弛鋼絞線，水平和豎向間距混凝土土釘，兩排錨索鉆孔直徑均為120mm，其中第一排錨索長度為12.5m，自由段長度6.5m;第二排錨索長度為12m，自由段長度6m，錨索施加預應力均為203kN，極限抗拔力255kN。

預應力張拉:錨固體強度達75%的設計強度或大于15MPa時可進行預應力張拉。預應力張拉前，應對張拉設備進行設定。為防止相鄰錨桿張拉相互影響，可隔一拉一。正式張拉前，應取設計拉力的10%～20%，對錨索預張1次～2次，使各部位接觸緊密，桿體與土層緊密貼合。正式張拉應分級加載，每級加載后恒載3min，記錄張拉值，張拉到設計荷載203kN(不超過錨索強度75%)，恒載10min，無變化時進行鎖定。

4.3 土方開挖

土方開挖應分層進行，即分層挖土，分層支護，每層挖土深度為該層土釘標高下50cm，分別為第一層自然地坪下－3.7m;第二層自然地坪下－5.2m;第三層自然地坪下－6.7m;第四層自然地坪下－8.2m;第五層自然地坪下－9.7m，第六層自然地坪下－11.0m。如因挖土影響工期可采用中心島開挖方法，即先挖中間土方，在基坑支護的坑邊每邊留存寬度不少于8m的土方，待每層支護完畢后，再進行挖除。機械挖土時不能碰撞坑邊的止水帷幕，留下約20cm厚的土方用人工清理。

5 支護監測

5.1 監測內容

1)基坑頂端(土釘墻上的型鋼聯系梁)的水平位移;2)基坑側邊及周圍建筑物的沉降;3)地下水位;土釘拉力。

5.2 監測布點及監測次數

水平位移和周邊沉降觀測沿坑邊每20m布點一個。

特別應注意基坑的中部位置布點不能太少，水平位移布點設于土釘墻的型鋼連系梁上;沉降觀測布點設于基坑外2m范圍內，并做專用沉降觀測點。觀測點用紅油漆標明位置和點號。

觀測次數為:挖土前一天觀測初始值，從施工第一、二步土釘每天早7點一次，下午6點一次，施工第三至六步土釘每天三次，早上7點一次，中午1點半一次，晚上7點一次。

控制觀測變形值為:水平位移不大于坑深的0.0025h，即不大于28.75mm，沉降值不大于h/300即33.3mm。

報警值:繪制位移與時間的觀測曲線，如曲線出現陡降段或變形值驟然加大，應加強觀測，分析原因，必要時采取措施。報警值為從土釘的第三步開始白天每次觀測不超過1mm。

6 結論與建議

1)結論:經過詳細的分析與比較，本基坑采用土釘錨索的設計方案。目前已完成部分地下工程，除主動進行卸載的一部分基坑外，其余均處在正常的使用狀態。

2)建議:基坑支護工程是一項風險高的施工工程，必須引起尤其是建設方的高度重視;為了確保基坑支護安全，必須在施工過程中實施信息化施工，將所收集到的信息反饋給設計方以便對支護設計方案加以補充完善，及時了解和掌握整個場地動態變化，發現異常，盡快作出反應，研究相應對策，解決出現問題，確保施工順利進行以及基坑的穩定。

［1］尹傳忠.金都商業中心深基坑支護設計與施工［J］.山西建筑，2011，37(22):28-69.

［2］彭振斌.深基坑開挖與支護工程設計計算與施工［M］.北京:中國地質大學出版社，1996:1-10.

［3］吳泳川，陳 琦.深基坑工程中現場監測的回顧與展望［J］.天津城市建設學院學報，2001，7(2):2-3.

［4］方江華，陳遠兵.深基坑支護技術綜述［J］.西部探礦工程，2003(1):36-37.