超深超大基坑支護的施工控制

李五星

中鐵建工集團有限公司 山東 青島 266100

近些年來，建筑工程逐步向超高層發展，超深超大基坑也相應地層出不窮。深基坑支護技術是保證深基坑工程質量完好，提高建筑穩定性和安全可靠性的重要手段，對超深超大基坑支護的研究，已成為工程建設行業的重點領域[1-11]。

本文依托青島市信息與金融產業示范區一地塊的基坑支護工程，著重對超深超大基坑的工程重難點、施工控制措施進行研究，以期為類似超深超大基坑施工提供依據及參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

信息與金融產業示范區一地塊（李滄區東李商圈改造二期9-2-2地塊）基坑支護工程擬建場區位于青島市李滄區南嶗路南側，巨峰路西側，大嶗路北側，基坑開挖深度25.20～26.27 m，基坑周長約924 m，屬于超深超大基坑。基坑安全等級為一級，基坑設計使用年限為12個月，屬于山東省2018年新舊動能轉換重點項目。

1.2 地質條件及周邊環境

場區內地層結構簡單，層序清晰，第四系主要由全新統人工填土層（Q4ml）及上更新統洪沖積層（Q3al＋pl）構成，場區基巖主要為燕山晚期花崗巖（Y53），其中穿插分布著煌斑巖巖脈（X53）、細粒花崗巖巖脈，局部受地質構造作用，形成構造破碎帶，本工程共揭示了5個標準層、6個亞層。

根據現場踏勘，基坑周邊建筑物較多，基坑北側為萬達廣場，基坑南側為東李花園、百通星園住宅小區，基坑西側為茶葉批發市場、國稅局。

基坑西側鄰近黑龍江路，用地紅線距離黑龍江路車行道約25 m，黑龍江路下埋設有各種管線，與基坑頂距離均在25 m以外。

基坑北側為南嶗路，坡頂線距離人行道邊線約16.10 m，道路下也埋設有各種管線。

基坑東側為巨峰路，坡頂線距離綠化帶邊線約7.40 m，道路下埋設有污水、雨水等管線。

基坑南側為近期修建成的大嶗路，坡頂線與人行道邊線的距離為3.80～7.10 m，道路下埋設有污水、雨水、給水等市政管線。

2 圍護體系及工程難點

2.1 圍護體系

基坑1、2單元靠近南嶗路，5單元靠近大嶗路，該側上部采用復合土釘墻支護體系，按照1∶0.68放坡，設置土釘和預應力錨索，成孔直徑130 mm；下部采用鋼管樁與預應力錨索支護體系，鋼管樁成孔直徑180 mm，樁間距1 000 mm，采用φ127 mm×6 mm鋼管，錨索成孔直徑130 mm，采用3φ15.2 mm鋼絞線。

基坑3、4、6單元采用復合支護結構，上部采用排樁與預應力錨索支護體系，下部采用鋼管樁與預應力錨索支護體系。樁錨支護體系中灌注樁直徑800 mm，樁間距1 500 mm，灌注樁樁間設置φ1 200 mm高壓旋噴樁，間距1 500 mm，入巖1.0 m，水泥用量不小于600 kg/m，設置5層預應力錨索，成孔直徑130 mm，均為3φ15.2 mm鋼絞線；下部采用鋼管樁與預應力錨索支護，鋼管樁成孔直徑180 mm，樁間距1 000 mm，采用φ127 mm ×6 mm鋼管；設置4層預應力錨索，成孔直徑130 mm。

2.2 止水帷幕

考慮到3、4、5、6單元分布有粗砂，為確保土方開挖及周邊環境的安全，本工程采用φ1 200 mm、樁間距900 mm的單排三重管高壓旋噴樁止水帷幕，有效樁長約15 m，水泥用量不少于500 kg/m。

2.3 難點分析

本工程集合了樁錨支護體系、復合土釘墻支護體系，各體系轉換存有較大的安全隱患。因此，在基坑開挖支護過程中，應根據支護設計參數、地層變化情況及基坑監測數據，強化支護體系轉換的施工控制。

1）灌注樁成孔難度大。本基坑主要為松散素填土、粉質黏土、砂層、風化花崗巖等，由于砂層中富含地下水，容易坍孔，故采用泥漿護壁。該項目部分灌注樁采用長螺旋鉆機鉆至設計深度后灌注混凝土，然后振動插放鋼筋籠的工藝，局部灌注樁入巖不足的部位，采用內側增加鋼管樁及護腳錨桿，保證嵌固深度。

2）錨索施工成孔難度大。基坑上層部分錨索既要穿過回填土層、黏土層、砂層，又要進入巖層。基坑上部周邊回填土中埋有大量的市政管線，成孔難度大；砂層中蓄水開孔后易出現涌水涌砂現象，普通鉆機難以實現。為克服上述難點，選用套管跟進工藝進行施工，確保按設計要求成孔。

3）現場止水難度大。本工程地層中存在大量粗礫砂層，鄰近李村河，蓄有大量地下水，因此高壓旋噴樁對止水起到了至關重要的作用。止水關鍵主要體現在巖石與砂層接觸位置，該部位施工時必須嚴格控制提升速度、噴射參數。

4）周邊環境復雜。周邊建筑物較多，基礎形式復雜，變形控制要求高。通過每天進行基坑巡檢，觀察管線有無異常；通過監測數據，可直觀地了解管線的變形情況，并根據變形情況，決定施工時是否對方案進行調整和對管線采取進一步的加固措施。

3 施工過程控制措施

3.1 樁基施工

基坑3、4、5、6單元分布有粗砂，先進行灌注樁施工，然后進行三重管高壓旋噴樁止水帷幕施工。該基坑支護灌注樁樁徑為800 mm，高壓旋噴樁樁徑1 200 mm。為加快施工進度，選擇采用旋挖鉆機及長螺旋鉆機進行施工，但由于現場存在較厚砂層，滲透系數較大，且地下水位較高，故采用5 m加長護筒進行施工，采用泥漿護壁，有效地避免了坍孔。

3.2 止水帷幕施工

該基坑周長逾900 m，基坑四面需進行三重管高壓旋噴樁施工，應采用合理的水灰比及噴射參數，控制水泥用量，以達到良好的止水效果。經過試驗，通過控制水灰比及調節施工參數，對不同地層的施工進行指導。通過對施工參數的控制，止水帷幕累計節省水泥800 t。

3.3 承壓水地層錨索施工

該項目地層上部為素填土、粉質黏土、粗礫砂、含碎石礫砂，下部為強風化、中風化、微風化巖石。錨索需要穿過粉質黏土、含碎石礫砂，錨入微風化花崗巖。本基坑在應用設計的套管跟進工藝，更換鉆桿期間出現涌水涌砂等問題，由于止水帷幕位于灌注樁以外，灌注樁之間砂層沒有水泥固結，加大了涌砂處理難度，很多常規治理方法難以解決，致使該部位工程一度停滯。經多方討論、比對、試驗后，在傳統套管跟進工藝基礎上，采用增加外套管、填充棉絮狀物及注漿袋等方法，有效地解決了錨索涌水涌砂的問題，并且保障了工程進度。

承壓水地層錨索涌砂治理方法為：采用雙套管水循環鉆進工藝進行錨索施工，鉆進到位后，拔出內鉆桿，在外套管內注滿水泥漿，安裝錨索束。錨索束綁扎一根通長注漿管（錨固段設劈裂孔眼并用膠帶封閉），靠近止水帷幕以外位置綁扎一根封孔注漿袋，錨索束放入套管內后，逐節拔外套管，并不斷在套管內補注水泥漿。剩最后一根時，將錨索束向外拔出一定長度，在止水帷幕位置緊靠注漿袋綁扎棉絮狀填充物，直徑以恰好能從外套管內壁穿過即可。

利用鉆機鉆桿配合人工將錨索束連同棉絮狀填充物壓入套管內，同時外拔套管，將棉絮填充物和注漿袋準確安放在帷幕和帷幕以外位置，將砂土層堵在孔內，然后對封孔注漿袋進行壓力注漿（早強）封孔。待封孔強度上來后，對留置孔內的通長注漿管進行二次壓力劈裂注漿，保證錨固段注漿質量。

3.4 土方開挖

本基坑開挖深度25.20～26.27 m，基坑周長約924 m，土方量約700 000 m3，石方量約750 000 m3，選擇合理的出土坡道尤為重要。

本基坑大嶗路側先放坡后垂直開挖，基坑水平位移較大，不宜作為出土通道；黑龍江路側為高架橋，無法出土；南嶗路對面為商場，車行及人流較多，不宜作為出土通道。因此，選擇南嶗路與巨峰路交叉口作為出土通道，既保證出土方便，又利于基坑內土方開挖。

土方開挖劃分為3個施工區，每個施工區分成幾個施工段，進行流水作業施工。每個區段支護作業時，開挖其他區段的土石方，從而減少同區域支護與土石方開挖的互相干擾。

3.5 基坑監測

本項目基坑除支護結構的水平、豎向位移，錨桿軸力監測外，尤其加強基坑1、2單元南嶗路側的監測以及5單元大嶗路側的監測。基坑1、2、5單元上部采用復合土釘墻放坡支護體系，下部垂直開挖。

2018年12月，大嶗路側、南嶗路側泵車通行較多，基坑水平位移較大。后期減少泵車通行后，采用地表壓力注漿，增強土體的黏聚力，基坑水平位移的控制效果比較理想。

3.6 BIM技術指導錨索施工

基坑錨索數量多，長度為12～29 m。基坑周邊環境復雜，基坑形狀不規則，周邊既有建筑物較多，預應力錨索容易與周邊建筑物基礎及管線碰撞，危害結構安全。

項目成立BIM小組，根據設計圖紙、勘察報告，結合基坑周邊地下管網環境、周邊建筑物基礎，進行基坑樁錨支護結構與環境BIM模擬，指導預應力錨索的施工作業，實現基坑與周邊基礎空間一體化。

BIM小組根據結構設計規范對預應力錨索每一個有效碰撞點進行鉆孔角度的調整，并實時更新模型，再利用 Navisworks進行施工碰撞檢查模擬驗證，形成預應力錨索施工前期問題報告匯總表，在表中提出針對地下管線及周邊建筑物基礎碰撞點的優化方案，反饋至設計單位，經設計單位優化，調整錨索鉆孔角度，優化錨索自由段與錨固段的長度。

3.7 微震監測系統

該基坑巖層需爆破施工，周邊建筑物較多，與青島理工大學合作引入“微震監測系統”，對基坑監測進行實時監控和預測。

采用微震監測系統、三維激光掃描、孔隙水壓力計、三維土壓力計、測斜儀，與第三方監測已有的措施形成互補。研發了一套利用微震、應力、位移、地下水位等監測數據判定超深基坑開挖失穩的智能監測預警分析系統，結合了基于大數據分析技術的數據處理方法，得出基坑破壞危險等級劃分標準，確定針對的不同危險等級的危險警報閾值。

使用微震監測系統，能夠準確預測損傷發生的位置，實時進行危險性評估和預警。微震監測可以反演巖體損傷破壞的全過程，通過相應的地震學參數分析，能夠揭露巖體內部復雜的力學環境，通過應力、應變的突變，模擬巖體的穩定狀況。

4 結語

該工程為超深超大巖石基坑，鄰近商業及住宅區，通過合理的施工技術控制措施，有效地加快施工進度，確保了工程質量。從設計階段即統一規劃今后可能出現的設計、工期、成本、施工難度等因素，優化圍護設計方案，降低成本。僅止水帷幕一項通過優化施工參數，便有效節約水泥量達800 t，為類似項目的低成本運營提供了借鑒。

該基坑深度較深，錨索軸力監測不便于開展，2018年雨季期間，因天氣因素，影響基坑監測長達15 d。該類基坑宜采用自動化監測，隨時掌握監測數據，對于該類超深超大基坑的施工具有重要意義。