不良地质条件中基坑支护降水的设计及施工

谌 霞 刘建涛 张燕生

(1.河南省地球物理工程勘察院，河南郑州 450007;2.河南省地质矿产开发局第二水文地质工程地质队，河南郑州 450007)

1 工程概况

本工程场地位于新乡市人民路与果园路交叉口西南角，包括1幢26层住宅楼、1幢27层办公楼、1幢6层的商场及地下车库。地下室2层，基础埋深约8.7 m，建筑基坑东西长95 m，南北宽54.5 m，基坑深度自然地坪以下8.8 m。

周边环境条件复杂程度一般，基坑北侧为人民路，基坑开挖边线距离道沿约10 m;东侧有一栋6层住宅楼，基础距离基坑开挖边线约5 m;南侧有一栋6层居民楼距离基坑开挖边线17 m，一排1层民房距开挖边线2 m;西侧为果园路，基坑开挖线距离道沿约5 m。人民路上管线主要有雨水管、污水管、通信电缆，但距离基坑边线较远，影响不大。西侧果园路主要是雨水及污水管线。

2 场地工程地质和水文地质条件

2.1 场地工程地质条件

地貌单元属黄河冲积平原区，微地貌单元为卫河故河道，地貌单一，地形高差较大。根据岩土工程勘察报告，场地与基坑工程有关的地层分述如下:①层(Qml4):杂填土，杂色，含小水泥块，砖渣，煤渣等杂物，层底深度0.8 m～5.3 m;②层粉土;③层粉质粘土;④层粉土;⑤层粉质粘土;⑥层细砂。各土层物理性能指标见表1。

表1 场区各土层物理力学性能指标表

2.2 场地水文地质条件

勘察期间稳定水位7.1 m～7.4 m，地下水类型为潜水，地下水位主要受大气降水的影响，水位年变幅在1.0 m～2.0 m，近3年～5年最高水位4.0 m，本次基坑支护设计及降水方案设计时按5.1 m考虑。

2.3 不良地质作用

场地西侧为卫河故河道，地层情况变化较大，上部为垃圾回填，浅处深3.5 m，深处有5.6 m。垃圾土下面为淤泥。上部垃圾渗透系数较大，下部淤泥见水稀软，干后坚硬。

3 基坑支护降水设计

3.1 支护方案

本建筑工程重要性等级为二级，地基复杂程度为二级。建筑基坑开挖深度8.8 m，周边环境条件复杂程度一般，地下水位埋深较浅，基坑边坡土体的承载力较差，基坑开挖与降水对周边环境影响较大。按照GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范规定，基坑东侧边坡安全等级为一级，安全重要性系数取1.1，基坑其他三侧边坡安全等级为二级，安全重要性系数为1.0。

本基坑开挖深度8.8 m，属于深基坑工程，地下水位埋深较浅，局部(东边)对变形控制要求严格。综合分析本基坑的工程地质条件、基坑深度以及周边环境，根据基坑支护降水设计施工经验，经分析论证，从安全、经济、工效等几方面考虑，根据边坡环境不同，采用不同的支护方式。东侧边坡采用桩锚联合支护，西侧采用超前微型桩复合土钉墙支护，南、北侧采用土钉墙支护。基坑降水采用管井敞开式降水。

3.2 南北两侧土钉墙支护

基坑北侧、南侧边坡，开挖深度8.8 m，整体采用1∶0.3的放坡，土钉墙支护，坡面布置5排土钉，剖面图见图1。

1)土钉布置。水平间距 1.50 m，垂直间距 2.0 m，1.40 m，1.40 m，1.40 m，1.40 m，倾角15°，孔径100 mm。

2)钢板网。50 mm×100 mm×1 mm钢板网，加强筋φ10@1500 mm×1500 mm交叉布置。

3)土钉长度及钢筋直径(自上而下)。第一排:L=9.0 m，1φ18(距地面 2.0 m);第二排:L=12.0 m，1φ18;第三排:L=9.0 m，1φ18;第四排:L=9.0 m，φ18;第五排:L=6.0 m，1φ18。

图1 土钉墙支护剖面图

3.3 东侧桩锚联合支护

基坑东侧开挖深度8.3 m，距离已有建筑物很近，上部3.3 m采用1∶0.3放坡，土钉墙支护，下部采用排桩+预应力锚杆支护+挂网喷浆。排桩采用C30混凝土灌注桩，间距1.0 m，桩顶标高－3.8 m(以地面计)，桩底标高 －18.8 m，桩径 600 mm，钢筋笼长12 m，主筋采用10φ18钢筋，加强筋采用φ14@2000，箍筋采用φ8@200。预应力锚杆标高分别为 －3.80 m，－6.3 m(以地面计)，直径100 mm，配筋采用1φ25钢筋，第一排自由端长度5 m，锚固长度10 m，第二排自由端长度4 m，锚固长度8 m，锚杆与垂直面成15°夹角，水平间距3 m。二次注浆工艺，注浆浆液为水灰比0.45～0.5 的水泥，全程注浆，一次注浆压力 0.2 MPa ～0.3 MPa，二次注浆压力2 MPa～3 MPa，锚固体强度M15，喷浆混凝土采用C20。

在地面以下2.5 m处设土钉一道，长度9.0 m，主筋二级18螺纹，水平间距1.5 m。在距地面5.0 m处即两排锚杆中间加3 m长土钉一道，在地面以下7.5 m处设3.0 m长土钉一道。所有土钉主筋均为二级18螺纹，水平间距1.5 m。

桩顶设置宽×高=600×600的钢筋混凝土冠梁，梁顶标高－3.0 m(以地面计)。预应力锚杆直接张拉在冠梁上，预加张拉力40 kN，第二排锚杆设置在腰梁上，采用10号槽钢(见图2)。

图2 东侧桩锚联合支护

3.4 西侧超前微型桩复合土钉墙支护

西侧部分采用1∶0.3放坡，土钉墙支护，下部采用竖向微型桩+预应力锚杆支护+挂网喷浆。采用微型桩复合土钉墙支护，竖向微型桩直径200 mm，桩间距600 mm，桩长10 m，采用102×4 mm钢管。预应力锚杆标高分别为－3.80 m，－6.3 m(以地面计)，直径150 mm，配筋采用1φ22钢筋，第一排自由端长度5 m，锚固长度10 m，第二排自由端长度4 m，锚固长度8 m，锚杆与垂直面成15°夹角，水平间距3 m(见图3)。二次注浆工艺，注浆浆液为水灰比0.45～0.5的水泥，全程注浆，一次注浆压力0.2 MPa～0.3 MPa，二次注浆压力2 MPa～3 MPa，锚固体强度 M15，喷浆混凝土采用C20。

图3 西侧超前微型桩复合土钉墙支护

在地面以下2.5 m处设土钉一道，长度9.0 m，主筋18，水平间距1.5 m。第二排锚杆水平间距3 m，在距地面5.0 m处即两排锚杆中间加3 m长土钉一道，在地面以下7.5 m处设3.0 m长土钉一道。所有土钉主筋均为二级18螺纹，水平间距1.5 m。

在两排锚杆处分别设置两道腰梁，采用10号槽钢，预应力锚杆张拉在腰梁上。

3.5 降水方案设计

根据基坑涌水量及本地区降水经验，本场地共布设18眼管井，布在基坑内外，井深20 m(局部22 m)，采用滤水管，对潜水和承压水进行混合抽水，可有效疏干上部潜水及降低基坑内承压水头高度。

降水井的井型结构为:施工钻孔孔径为0.6 m，下入φ350水泥井管，周围选用颗粒均匀、级配合理的砂砾滤料填充，作为过滤层。

4 施工中遇到的问题及其应对措施

4.1 基坑北部垃圾回填较深

在基坑开挖过程中，发现垃圾回填土的深度在基坑北部较深，且回填的垃圾以生活垃圾为主，混有部分建筑垃圾，层间混有塑料袋、布条，层底见有机质混杂物，有异味。

鉴于此部分回填地层的复杂性，正常的土钉成孔工艺根本无法实施。经讨论决定对于此部分垃圾回填土采用注浆处理，用冲击器把注浆管打入垃圾体内，然后注浆，注浆管采用φ48钢管，壁厚2.5 mm，间距1.5 m，长6 m，注浆管底部开设注浆孔，呈梅花形布置。2次压力注浆，注浆压力0.5 MPa～1.0 MPa，每米水泥用量不小于50 kg。

4.2 基坑西侧污水管道渗水

基坑西侧在施工过程中，发现北侧东部深度6 m长20 m范围内有渗水现象。刚开始以为是河道淤泥里面长年以来存储的水，开挖后向外排放，并没有引起很大的重视，只是在喷射混凝土面层的过程中加设了一排直径25 mm的导水管，将水导入基坑底部的排水沟排走。

可是过了几天后监测发现北部东侧位移偏大，且每天都在增加，竟导致微型桩向基坑里侧偏移，遂引起了重视。经过仔细观察并详细研究，认为是果园路上的污水管渗漏所致。先在渗漏处距基坑上边线2 m处挖一宽0.7 m，长2 m，深2 m的探测坑，挖至坑底后再向下挖一小坑，结果验证了我们的猜想。

找到渗漏原因后，在渗漏处先后挖了3个集水坑，放入水泵进行明排，但效果不佳，导水管仍有水流出。报与业主后，经请示市政管理部门，在果园路污水管线旁进行开挖，开挖后找到管线渗漏点进行处理，彻底解决了此问题。

4.3 基坑西侧旧河道淤泥的处理

基坑西侧下部是卫河旧河道，有很厚的淤泥，在开挖时采用分段开挖，每次开挖长度为2 m，晾晒1 d后及时进行支护，并加长了锚杆长度，注浆时对锚杆前部淤泥进行多次注浆。

4.4 基坑南侧一层民房处出现裂纹

南侧在基坑开挖到一半时，观测发现一层杂物间西侧有细微裂纹，且有居民反映房屋门开关有些吃力。我们经过分析认为这种情况的出现是正常的，但是加强了基坑的变形观测，经过连续的观测，后来的变形很小，裂纹基本上没有再扩大。

4.5 电梯井位置变更

由于业主的原因，电梯井在基坑南侧支护施工完毕后进行了变更，基础外边线外扩。电梯井位置基础较基坑底部深1.5 m，开挖时底部粉土容易坍塌，在施工时采用分段开挖，开挖宽度为1 m，挖好后贴近基坑南侧用砖砌一道墙用以保证基坑的安全。

4.6 塔吊基础的随意开挖

由于业主的问题，基坑支护施工完毕后上部主体施工单位才进场施工。在南北两侧的塔吊基础开挖时，主体施工单位没有指定详细的开挖及支护措施，野蛮施工，一次开挖到底，导致南侧的基坑严重坍塌，危险处已经把南侧一层民房的基础给露了出来，所幸没有造成人员伤亡。事故发生后，业主单位让我方进行处理，我单位在人员设备没有进场前先让事故单位对坍塌部位下方进行了回填，进场后对此部位采取了加长加密土钉，分层进行支护，支护完毕后用沙袋堆成斜坡进行加固。

5 结语

1)由于详细勘察中勘察孔的布置按照规范进行，对于本基坑而言是不够的，导致支护过程中不断出现新的问题。所以建议在地质条件较为复杂的基坑支护工程施工前，先进行一次详细的勘察，以便更好的掌握地质条件，设计出比较合理经济可行的支护方案。2)在地质条件比较复杂的基坑工程施工中，基坑的变形及沉降观测一定要严格按照规范进行，必要时进行加密观测，保证基坑的安全。3)在此类地质条件比较复杂的地层中，基坑支护施工与土方挖运须交叉进行并严格遵循分层分段开挖、分层支护、先支后挖，严禁超挖的原则，分层高度一般为1.3 m～1.50 m，分段长度根据现场情况确定。4)基坑的支护方案必须根据不同的场地条件以及地质条件来进行设计，保证基坑支护的安全、经济、合理。5)该工程整体已完成，实践证明该基坑的支护降水设计方案是可行的、成功的。