復雜地質條件下的基坑支護技術

摘要：基坑支護安全關系到周邊建筑物的安全，特別是一些超大型基坑支護工程，更是如此。本文根據工程實例，采取三軸攪拌樁加插 H 型鋼圍護結構+混凝土圈梁+型鋼支撐+鋼構柱結合，并對基坑支護與施工中存在難點進行闡述，提出解決措施，確保基坑支護安全可靠性。

關鍵詞：基坑支護；施工難點；措施

一、工程概況

某建筑工程總建筑面積約89000m2，基坑開挖深度6.50 ～ 6.90m，開挖面積約14000m2。基坑東、北面為市政道路，如圖 1 所示。

圖 1 基坑圍護結構平面示意

二、各土層物理力學

表 1 土層主要物理力學指標

土層天然重度/ kN/m3層底埋深/ m比貫入阻力Ps/MPa滲透系數K/（10-6cm/s）黏聚力Ck/KPa內摩擦角

靜止側壓力系數 K0

灰黃色黏土19.43.00.770.872615.50.46

灰色淤泥質粉質黏土18.16.01.137.00812.50.70

灰色黏質粉土灰淤泥質粉質黏土18.811.00.41200.00621.00.68

灰色淤泥質黏土17.3--5.00910.00.72

灰色淤泥質黏土17.118.00.470.90118.00.72

灰色黏土17.922.52.362.001911.50.59

注：CK、為直剪固快峰值

三、基坑支護技術

（一）圍護擋土止水結構

（1）基坑外側沿上周邊挖土0.9m，采用 1∶0.8放坡至圈梁頂標高，并沿基坑底周邊與基礎筏板之間設置Ф300mm厚素混凝土傳力帶。圍護擋土止水結構采用Ф850mm三軸攪拌樁加插 H 型鋼（SMW工法），局部深坑處采用Ф700mm 雙軸攪拌樁加固，如圖2所示。

圖 2 圍擋止水結構示意

（2）坡道處采用Ф700mm 雙軸攪拌樁+土釘加固，土釘間距雙向1000mm，長7.5m，攪拌樁長度沿坡道變化，深坑處補打1～2道土釘。噴射混凝土強度等級C20，分2次噴射，第1層厚30mm，第2層厚70mm。

（3）SMW 攪拌樁施工工序：測量放樣→開挖溝槽→設置導向定位型鋼→SMW攪拌機就位，校正復核樁機水平和垂直度→拌制水泥漿液，開啟空壓機，送漿至樁機鉆頭→鉆頭噴漿、氣并切割土體下沉至設計樁底標高→鉆頭噴漿、氣并提升至設計樁頂標高→H型鋼垂直起吊，定位校核→H型鋼垂直插入→型鋼固定→型鋼施工完畢→型鋼回收。施工順序采用單側擠壓式連接方式。

（二）支撐系統

（1）支撐形成原則：先支撐后挖土、先形成體系后受力、先節點可靠后受力、圈梁達到一定強度后受力。安裝施工流程：挖土開溝槽→支撐安裝→挖土→墊層→底板施工→結構施工→拆支撐→結束。

（2）型鋼支撐采用1道雙拼 H700×300×12×14，連桿采用H400×400×13×21、鋼立柱由4根L125×12與4塊 360mm×300mm×10mm 鋼板組成，C30鋼筋混凝土圈梁截面1200mm×800mm。

（3）換撐由設置在鋼筋混凝土圈梁及基礎筏板上的牛腿與 H400×400×13 ×12組成，間距13.5m。

（三）坑內預降水

采用16套輕型井點疏干淺層地下水，局部深坑處采用4套深井降水。基坑內水位降至設計標高（約需2 周）即可挖土，并逐套拆除。

四、施工難點與應對措施

（一）土方開挖與基礎主體施工組織矛盾

基坑開挖應嚴格按照“時空效應”理論，分層、分段、分塊挖土；先挖縱橫對撐、再挖角撐；先撐后挖等要求。基坑土方開挖分 2 次進行，第1次挖深1.5m，第2次土方開挖至墊層上20cm。軸以北由南向北開挖，軸以南由北向南開挖。基礎主體施工要求按、、區由北向南順序進行。解決措施：二次土方開挖順序為先挖、區，后挖區，為基礎工程施工提供了條件，起到了化大為小的作用，削弱了長邊效應。

（二）周邊深坑土方開挖

周邊深坑較多，并為灰色淤泥質粉質黏土，滲透系數相對較小，降水效果較差，在第2層土方開挖至預定標高時，產生塌方。對策：及時安裝型鋼對撐，打木樁支擋。

（三）土方開挖與工程樁傾斜

土方開挖中發生開挖面的高差失控及周邊深坑塌方，在壓力差作用下造成局部工程樁傾斜。對策：在基坑底層土開挖前，井點降水深度應在開挖面以下 0.5m 以上；在開挖過程中開挖面的高差控制在≤3m，按1∶1.5 放坡。

（四）基坑東南陰角處圈梁開裂

在挖土過程中發現2 號地塊東南角陰角處圈梁出現裂縫，并擴大貫通。加固措施：在鋼支撐部分抗彎薄弱部位增加 10 道連桿，增加整個支撐體系的抗變形能力及減小圈梁拐角處的集中受力，在圈梁有極大開裂隱患的兩個拐角處，在原有圈梁上部重新澆筑一段600mm 厚圈梁，從而起到補強避免開裂的作用。在已開裂的陰角位置，除重新澆筑一段圈梁外，增加一塊300mm 厚混凝土板，增加該拐角處圈梁的抗剪能力，如圖 3 所示。

圖 3 圈梁開裂處理措施

（五）軸以北3道對撐變形

圖 4 對撐變形處理

軸以北區域挖土過程中，鋼支撐 ZC1 東側段發生彎曲事故。分析變形原因為挖土不按操作規程施工，挖土過程中鋼立柱兩側土體高差過大，土壓力不平衡對鋼立柱產生強大的推力；挖掘機直接站在鋼支撐上挖土作業，土體側壓力及挖掘機挖土時的動荷載直接沿垂直方向作用在支撐上，導致支撐垂直方向變形量過大，無法正常使用。處理措施：①該道彎曲支撐兩端回填至支撐底標高，挖除鋼立柱高側土體，平衡兩側土壓力；②對支撐彎曲區段進行補強，越過已彎曲區段加焊八字撐；③對加焊區段內圈梁進行補強，在原有圈梁上部綁扎鋼筋、支模，澆筑第 2 道圈梁；在原有 3 道支撐的基礎上，增加2道H700×300×13×24 雙拼鋼支撐。如圖 4 所示。

五、施工監測結果

環境監測和圍護結構監測結果表明，周圍道路地下管線的變形正常、坑邊建筑物累計沉降18～32mm、圍護樁頂水平最大位移不大于 20mm。另外還進行了樁體深層位移、坑內外水位變化、支撐軸力等監測，保證了基坑安全和基礎施工的順利進行。

六、總結

1）三軸攪拌樁加插 H 型鋼+混凝土圈梁+型鋼支撐+鋼構柱內支撐體系，有效了保證基坑正常施工，并具有速度快、噪聲小、經濟等優點。

2）科學合理的土方開挖方案滿足基礎工程施工組織要求，減少基坑的暴露時間與長邊效應產生的應力集中，施工監測有效地指導了土方施工。

3）主體地下結構墊層與筏板及時跟進施工，對圍護結構位移和坑底隆起起到控制作用。降低了工程風險。

4）挖機及土方車不得直接碾壓支撐，須在支撐上覆土且鋪設走道板，方可行走。鋼支撐或鋼立柱周圍土體落差不大于1m，避免支撐變形。

作者簡介：

盧榮譽（1986.06.05），男，漢族，河南省信陽市，學士學位，研究方向：巖土工程勘察設計。