深基坑支護施工技術在復雜地質條件中的應用分析

袁克記

（山東省建設建工(集團) 有限責任公司，山東 濟南 250014）

近年來，隨著城市化進程加快，大型城市商業綜合體和地鐵工程建設數量越來越多，公眾對施工質量要求也越來越高。在工程施工中，深基坑支護工程是重要的施工環節，其施工質量直接關系到工程質量和安全。現階段，由于對深基坑支護技術要求較高，工程投資和施工難度都比較大，因此，優化深基坑支護結構設計十分必要且重要。在工程建設過程中，要想有效確保深基坑支護工程施工質量，降低施工成本投入，需要根據工程的實際情況來優化深基坑支護結構設計方案，為實際工程的施工提供有效精準指導。

1 深基坑支護結構設計存在的問題

1.1 支護結構設計計算不符合

實際受力現階段，在深基坑支護結構設計中，依然采用極限平衡理論進行支護結構受力計算，計算結果與實際施工差異較大。實踐研究表明，部分支護結構采取極限平衡理論對安全系數進行計算時，從理論上來說可行，但在實際施工中卻出現意外狀況；部分支護結構盡管計算得出的安全系數較小，甚至無法滿足相關規定，但在實際施工中卻比較安全。對深基坑支護結構來說，極限平衡理論屬于一種靜態設計方式。但是，土體開挖卻處于動態平衡狀態，這種狀態下的土體強度會隨著時間推移而慢慢降低，同時，還會出現變形現象。然而，在深基坑支護結構設計計算中，這部分內容往往受到忽視。

1.2 沒有考慮到深基坑開挖產生的空間效應

水平位移是由基坑附近向基坑內進行的，并且兩邊小、中間大。因此，在深基坑支護施工中，邊坡失穩現象通常產生于基坑長邊的中部位置，這也就意味著深基坑開挖施工屬于空間問題。然而，過去在設計深基坑支護結構時，一般作為平面應變問題進行處理，這種處理方式一般只適用于長條形基坑；如果基坑形狀為長方形或者方形，這種處理方式則不夠恰當。如果要將深基坑支護結構假設為平面應變，需要根據實際情況合理調整支護結構構造，才能確保滿足基坑開挖空間效應要求。

1.3 土體的取樣缺乏代表性

在設計工作正式開始之前，先要對地基土層進行取樣分析，并做好相關試驗工作。試驗所得到的土體力學指標將作為深基坑支護結構設計基礎。在對土體進行取樣時，必須嚴格遵循相關規定要求。然而，土體取樣比較隨機，由于施工現場地質條件往往具有多變性、復雜性，樣品很難將地基土層的性質全面、真實地反映出來，這在一定程度上影響深基坑支護結構設計的科學性與可靠性。

2 復雜條件深基坑支護綜合施工技術

2.1 場地工程地質與水文地質條件

項目場地地下水位較高，場地常年水位埋深3.75~4.20 m，豐水期水位上升0.5~1.0 m。根據現場勘探，地質條件揭露地層自上而下為第四系人工素填土、人工素填砂、第四系海陸交互相淤泥質黏土、淤泥質礫砂、第四系沖洪積礫砂、第四系殘積礫質黏土，如采用支護樁施工均需進入殘積礫質黏土層，預應力錨索需穿越第四系砂層。

2.2 基坑支護設計方案

1） 根據地下水分布淺的特點，對基坑外地下水本工程采用咬合樁、旋挖樁與三管旋噴樁作為止水帷幕封堵，對基坑內部地下水則采用疏干井與排水井明排相結合。2） 本工程項目紅線東、北側緊鄰道路紅線，南側紅線與加油站紅線重合，西側紅線與學校圍墻紅線重合，因此，基坑采用支護樁進行邊坡支護：南側采用準1200 mm 咬合樁（AB 樁：A為素混凝土樁；B 為鋼筋混凝土樁） +雙排內支撐；西側、北側、東側采用準1200 mm 旋挖灌注樁+準1000 mm 三管旋噴樁+雙排內支撐，灌注樁間距為1.8 m；東南角采用準1200 mm 旋挖灌注樁+準1000 mm 三管旋噴樁+三排錨索張拉，整個支撐采用混合型；深基坑邊坡支護工程安全等級為一級。

2.3 方案優化設計及施工措施

（1） 支護樁優化設計本工程原設計為支護樁133 根，其中南側咬合樁42 根（21 根鋼筋混凝土樁+21 根素混凝土樁），其余向均為準1.2 m@1.8 m 支護樁，東側、西側與北側為一道內支撐+二排錨索；東北角為三排錨索，無內支撐。基坑支護方案組織專家論證過程中，根據地勘揭露的地層情況，結合設計方案與現場實際情況考慮，經各方討論，將東側、西側與北側第二排與第三排錨索取消，改為內支撐，內支撐結構形式與第一排相同，從而避免因錨索施工而導致地面塌陷。

（2） 支護樁施工

①咬合樁施工。南側咬合樁共42 根，布樁原則為準1.2m@2.0m，咬合樁施工時，先施工2 根A 樁，施工B 樁時，需要切割B 樁兩側A 樁，且需要連續施工，不得間斷，而混凝土終凝時間較短，一般不得大于10h，因此，咬合樁使用的混凝土需要使用超緩凝混凝土，終凝時間要控制在60h 以上，才能滿足實際施工要求。

②旋挖灌注樁。施工支護樁采用旋挖施工工藝，利用旋挖樁機鉆進成孔。旋挖鉆進成孔施工法即在一個可閉合開啟的鉆斗底部及側邊鑲焊切削刀鋸，在伸縮鉆桿旋轉驅動下旋轉切削挖掘土層，同時使切削挖掘出的土渣卷入鉆斗內，鉆頭裝滿后提升鉆桿出孔外卸土，如此循環形成樁孔。旋挖鉆機成孔施工具有低噪聲、低振動、扭矩大、成孔速度快及鉆進過程無泥漿循環等優點。旋挖樁施工過程需要進行事前、事中質量與安全控制，事前方案的編制與完善，原材料報驗與抽檢。③止水帷幕---三管旋噴樁施工。本工程南側利用咬合樁止水，其余側均采用灌注樁間設三管旋噴樁形成止水帷幕，三管旋噴樁利用樁機成孔，然后以高壓通過旋轉的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續搭接的水泥加固體，使之與兩側圍護樁體咬合，從而達到止水的作用。

（3） 坑內排水施工方案

本工程基坑壁與地下室外墻間距只有0.6~1.2 m，在基坑底周圍砌一條寬30 cm 明溝，四角設集水井各1 個，抽取地下水及雨水，通過排水溝排至周邊排水系統中，以免造成水污染。沿基坑周邊設排水溝時，溝寬度為上口500 mm，溝底寬00 mm，深300 mm。基坑上側布置直徑為100 mm 的排水總管，其水力坡度為0.3%。在排水口位置設沉淀池，抽出的多余地下水可經沉淀池沉淀后排出。

2.4 基坑監測

本工程第三方監測單位按設計要求，布置支護樁頂水平位移兼沉沉降點8 個，地表沉降點22 個，立柱沉降點4 個，地下管線沉降點8 個，深層水平位移點4 個，樁身應力48個，錨索應力9 個，支撐應力點13 個，水位觀測點4 個，共120 個，施工期間監測頻率為1 次/2d，每周出監測報告一次。

2.5 施工難點控制

本工程施工難度主要體現在以下幾方面：（1） 施工場地狹窄，多種大型機械需要流水施工，給工程施工和組織增加了難度，使整個工期嚴重滯后；（2） 咬合樁施工難點控制：一是需要使用超緩凝混凝土，終凝時間要控制在60h 以上；二是先施工2 根A 樁，施工B 樁時，需要切割B 樁兩側A 樁，且需要連續施工，不得間斷；三是垂直度的控制；（3） 錨索成孔穿越整個砂層，需要克服流沙被淘空引起地陷的危險，摻加速凝劑到泥漿中，快速固結孔周土體，使鉆進施工達到預期效果。

3 結束語

綜上所述，本工程基坑施工歷時18 個月，由于項目條件復雜，根據地層及現場實際情況，基坑支護采用旋挖樁（咬合樁AB） +二道支撐、旋挖樁（三管旋噴樁止水） +二道支撐+、旋挖樁（三管旋噴樁止水） +三道錨索相結合的支護形式，在整個基坑支護及土方開挖過程中均進行了監測，隨時掌握支護的穩定狀態和基坑周邊土體變化。監測數據證明整個基坑邊坡支護經受住了考驗，本工程深基坑支護方案合理。