深基坑支護施工關鍵技術研究

谷秀玲

（泗縣住房和城鄉建設局，安徽 宿州 234300）

1 擬建工程概況

擬建污水處理廠一期工程項目位于某產業轉移工業園區內，建筑面積為15865m2，其中地上構筑物6個，地下構筑物20個。項目有3個開挖深度超過5 m的基坑，分別為進水分配井、粗格柵以及進水泵房，事故池，反硝化濾池、磁混凝高效沉淀池。其中進水分配井、粗格柵及進水泵房基坑設計為排樁+內支撐支護形式；事故池，反硝化濾池、磁混凝高效沉淀池基坑2個基坑則設計為放坡開挖支護形式。

1.1 地質條件

場地按時代成因自上而下可分為人工填土層（Q4ml），第四紀晚更新世坡積層（Q3dl）、沖積層（Q3al）、殘積層（Q3el），以及燕山期花崗巖帶（r53（1）），其中人工填土層、積層、沖積層對基坑施工影響較深。

1.2 水文條件

本場地地下水分布于第四系土層及燕山期基巖空隙-裂隙中，以潛水及基巖裂隙水類型為主，局部存在上層滯水。

潛水主要賦存于第一層到第二層土層中，大氣降水及鄰區地表水體直接滲入補給地下水，以蒸發、滲漏及人工排水方式排泄，地下水水質易受污染，受季節及氣候與潮汐制約，水量較弱，水位不穩定。

基巖裂隙水主要賦存于第四層到第六層層裂隙體系中，主要從第四系含水層及附近含水層補給，因此基巖裂隙水含水量可能比較豐富，地下水位埋深在2.40m～10.30m，受季節性降影響較大。

此外，在雨季還可能存在上層滯水、第四系潛水上漲等現象，豐雨期間水量較大，對工程基礎施工影響較大。

2 基坑施工特點及難點

2.1 水文地質條件復雜

項目所在的場地人工填土層、積層、沖積層對基坑施工影響較深，且受季節性影響較大，對工程基礎施工影響較大，因此，在該項目中還應做好排降水工作。

2.2 時空效應顯著

擬建項目具有工期緊、基坑數量多等特點，每個基坑的深度各不相同，開挖面積大，且部分基坑相隔距離較近，受力不利于基坑支護。此外，基坑施工時正值擬建地區進入雨季，施工期間降雨量大，在許多不確定因素的影響下，基坑施工具有明顯的時空效應。

3 基坑支護結構設計

綜合考慮擬建項目地質條件、開挖深度、面積以及經濟性等因素，通過綜合分析，進水分配井、粗格柵及進水泵房和事故池的基坑支護采用的是排樁+內支撐，反硝化濾池、磁混凝高效沉淀池的基坑支護采用的是放坡開挖。

3.1 支護體系設計

在排樁+內支撐復合支護體系中，采用鉆孔灌注樁與內支撐式相結合的支護方案，并同時采用單軸水泥攪拌樁形成基坑外側的止水帷幕。

3.1.1 排樁+內支撐支護

3.1.1.1 排樁支護設計

排樁支護開挖部分基坑安全等級為二級，基坑重要性系數分別取1.0，基坑變形控制等級為二級。排樁支護采用鉆孔灌注樁形式進行支護，鉆孔灌注樁設計參數見表1。

表1 鉆孔灌注樁設計參數

3.1.1.2 止水帷幕設計

排樁施工完成后，在排樁外側設置單軸水泥攪拌樁，形成基坑外側的止水帷幕，水泥攪拌樁設計參數見表2。

表2 水泥攪拌樁設計參數

3.1.1.3 支撐結構設計

支撐體系在基坑施工中能夠提高支護體系的可靠性。因此，當擬建項目頂部放坡至33.700 m后，采用?800 mm的鉆孔灌注樁進行支撐，設置兩道支撐，支撐梁的混凝土強度等級為C30，設計參數見表3。

表3 支撐結構設計參數

3.1.2 放坡開挖支護

擬建項目邊坡采用錨桿+噴射混凝土支護，放坡開挖設計參數見表4。為確保基坑開挖的穩定性，待支護樁內土方開挖至坑底時，即可進行樁間網噴射混凝土，樁間噴射混凝土80 mm，混凝土強度等級為C20。

表4 放坡開挖設計參數

3.2 基坑排降水設計

根據擬建場地地下水分布情況可知，地下水水量較弱，但水位不穩定。因此，支護結構需要進行相應的排降水設計。由于場地內局部鉆孔揭露砂層，且砂層層厚較薄，約為0.80 m～3.30 m，層頂埋深8.90 m～12.50 m，因此支護結構采用集水井、明溝抽排水的施工方案，方便及時排除基坑內積水。

擬建項目基坑開挖深度區域位于素填土層，為防止雨天后基坑內外積水，在坡頂沿坑邊和坡底沿地下室外墻線分別設置300 mm×300 mm 排水溝進行明排，溝底為10 cm厚C20細石混凝土，排水溝兩側120 mm MU10砌體，溝底及2兩側采用30 mm厚M5砂漿抹面，具體如圖1所示。水溝溝底泄水坡度按i≥3‰控制，排水方向根據現場實際情況確定。集水井沿基坑路線約30 m～-50 m兩側各布置，集水井規格為1000 mm×1000 mm×1000 mm，集水井周圍為MU10砌體，具體如圖2所示。根據基坑開挖時的出水情況，調整集水井數量及位置。

圖1 排水溝示意圖（單位：mm）

圖2 集水坑示意圖（單位：mm）

此外，在土方開挖過程中還應采用挖土過程的自降水方案，在場地內兩側設置排水溝，通過自動化施工，將基坑內的水經三級沉淀過濾后再由抽水泵抽入市政雨水井中，解決了傳統降水方法工作強度大、測量精準低和滯后的缺點問題。在開挖過程中，要隨時注意周圍的滲水情況，采用明溝及集水坑排水，及時將把水抽出。

根據現場實際出水量，增補疏干井數量，集水井用污水泵抽取集水坑中地下水排入坡頂截水溝并引向現有排水溝及沉淀池，最后排入市政雨水管道[1]。由于基坑面積較大較長，施工時結合底板后澆帶設置盲溝或盲管，加強基坑排水，防止基坑大面積積水，保障基坑和主體結構的施工安全。

4 關鍵技術分析

基于擬建項目工期緊、基坑單體數量多等特點，將基坑施工分為Ⅰ區段和Ⅱ區段2個施工段，并按“先深后淺”的原則進行平行施工[2]。深基坑支護施工工序較多，該文主要從以下幾點對關鍵施工技術進行分析。

4.1 灌注樁施工

在擬建項目灌注樁施工中，成孔采用泥漿護壁成孔工藝，正循環清孔，水下導管法灌筑混凝土成樁。具體施工流程如圖3所示。

圖3 灌注樁施工流程

首先測定樁位，樁位直徑偏差控制在50mm以內；采用連續性筒式取土作業模式，護筒埋深2m且須高出地面20cm左右，樁徑偏差≤50mm，垂直度偏差小于0.5%，復測樁位后即可開始鉆進成孔；在鉆進過程中泥漿護壁，優質泥漿密度為1.03g/cm3～1.1g/cm3、黏度為17Pa·s～20Pa·s、含砂率＜2%。隨時監控孔內水位，一旦出現異常及時采取有效措施。當鉆進至設計孔深后（距孔底300mm～500mm），進行沖孔，清理孔底的沉渣，保證沉渣厚度不大于50mm；將按照設計要求制作的鋼筋籠吊放進孔內，及時下放灌注導管，利用導管采用換漿法進行二次清孔，使孔底沉渣厚度滿足設計要求，開始進行水下混凝土灌注[3]。在灌注過程中，隨時測量孔內混凝土面高度，在開始澆灌時，應保證足夠的初灌量，保證埋深0.8m～1.5m，隨時調整導管埋深，當灌注接近樁頂時，適當提高漏斗高度。當灌注完成后，采用吊車提起導管上下活動并緩緩拔出導管，以增加混凝土的密實度，同時做好孔口防護，防止發生意外事故。

4.2 水泥攪拌樁施工

在水泥攪拌樁施工前，根據設計要求，對各項參數進行工藝性試驗，使其符合設計及工藝要求。如果樁周圍成層土時，在施工前，須增加水泥的攪拌次數或適當增加水泥摻量，并按照試樁時確定的技術參數組織施工，具體施工流程如圖4所示。

圖4 水泥攪拌樁施工流程

擬建項目采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量15%，水灰比0.55～0.65，采用“四攪兩噴”法進行水泥攪拌樁成樁。采用砂漿泵從深層攪拌中心管將水泥漿不斷壓入土中，在深層處的軟土中，由攪拌機葉片對水泥漿進行攪拌，攪拌噴漿時間為10 s～20 s，確保樁頭均勻密實。第一次預攪下沉至設計標高后，噴漿提升；第二次下沉邊正循環攪拌，邊噴漿提升；第三次下沉攪拌后提升鉆頭，第四次下沉至設計樁底標高，反循環攪拌，不噴漿。攪拌機的提升速度為0.5 m/min，確保攪拌樁成樁均勻、連續、無縮頸和斷層，垂直度偏差不大于1%。

4.3 土方開挖

在土方開挖過程中，擬建項目應嚴格遵循“盆式開挖，從中間區域向四周開挖、減少支護結構臨空時間、分層開挖、嚴禁超挖”的原則。土方開挖采用“平面上分段、豎向分層”作業模式，平面上每段開挖長度應小于20 m，嚴禁在一個工況條件下一次開挖到底。坑內土體應分層開挖，每層開挖土層坡高不大于2 m，開挖坡率不大于1∶4，如坑底需要進行換填，必須隨挖隨填。

當基坑開挖面的錨桿施工達到設計要求時，才可以向下方超挖土方。土方開挖包括2個階段：第一階段，根據開挖的方向及順序，利用反鏟挖土機采用端頭挖土法、側向挖土法[4]。因此在采用機械開挖時，挖土機距離邊坡上緣的寬度須大于基坑或管溝深度的1/2；第二階段，坑底預留30 cm，由人工開挖，并在邊坡預留15 cm左右進行人工修整，要求基坑開挖深度要高于設計標高。邊坡修整完成以及土方開挖至基底后，采取掛網噴射混凝土的邊坡保護措施，噴射砼等級為C20，砼面層厚80 mm，厚度要均勻，為方便上、下2層砼面間搭接，層下部留300 mm坡面暫不噴射，并做成45o的斜面狀。

4.4 內支撐施工與拆除

當土方開挖至壓頂梁底標高后，將支護樁樁頂鑿除，確保混凝土灌注樁進入冠梁500 mm，根據設計要求進行測量放線，確定支撐梁的截面尺寸為600mm ×800 mm。擬建項目設有兩道支撐，支撐梁底模采用混凝土墊層，然后進行鋼筋綁扎和側模施工，支撐梁混凝土強度為C30。采用斜面分 層法澆筑混凝土，二次振搗法振搗混凝土，使支撐體系封閉，以避免上下層混凝土之間產生縫隙，并做好混凝土的養護工作，提高混凝土強度。在支撐拆除前，應先搭設人工操作臺，并采用空壓機與人工相結合的方式分段拆除支撐，當支護樁與地下室底板的臨時支撐強度達到設計強度的80%以上，即可拆除第二道支撐，每隔2 m設置1個監測點，如果累計變形超過設計允許值，須進行換撐加固處理。當地下兩層全部底板施工完成后，地下室外墻板與支護樁之間的臨時支撐強度達到設計強度的80%以上，拆除第一道支撐體系。

5 基坑監測

進水分配井粗格柵及進水泵房設置地面沉降量測點、坡頂位移量測點、樁頂位移量測點、樁體變形量測點等，地面沉降點監測設置18個監測點，縱向間距15 m，橫向間距5 m。坡頂位移監測點設置4個，間距25 m。樁頂位移監測點、樁體變形量測監測點各設置4個，間距25 m；事故池設置地面沉降點12個，坡頂位移監測點8個，間距為30 m；反硝化濾池、磁混凝高效沉淀池設置地面沉降點15個，間距15 m，坡頂位移監測點8個。在開挖過程中，每個監測項目的監測頻率為1次/1d。當監測的位移、沉降數據變化異常或位移、沉降量已達相應預警和警戒值時，應增加監測頻率，并采取相應的優化措施，具體監測報警值見表5。

表5 開挖施工中監測報警值

6 結語

隨著建筑高度的不斷地增加，不僅提高了建筑工程的整體作業量逐漸增加，對建筑基礎工程施工提出了更高的要求。該污水處理廠一期項目擬建場地具有工程地質和水文地質條件復雜、項目工期緊以及基坑單體數量多等特點，進一步增加了深基坑支護施工的難度。因此，參照相關理論研究，該文對灌注樁施工、水泥攪拌樁施工、土方開挖等深基坑施工關鍵技術進行研究，采取一系列措施，不僅保證了工程整體施工質量，為后續主體結構施工創造了安全、便利的施工環境。