谈某建筑工程深基坑支护和降水施工方案

沙克非

(山西建工(集团)总公司，山西 太原 030002)

1 工程概况

太原市某小商品批发市场改造一期工程A2区建筑场地，北起健身中心与商贸市场交界处的规划路，南至涧河抢险路，东起解放北路，西至规划路。拟建建筑物以商业批发为主，地上9层，地下2层，基坑开挖深度约为自然地坪下8.35 m。

2 环境条件

因周边环境较为复杂，基坑开挖深度较大，土质差，且地下水位较高，为保证基坑在施工过程中的稳定安全，需对该基坑进行支护和降水工作。

3 水文地质条件

3.1 水文条件

根据建设单位提供的该场地建筑岩土工程勘察报告中对地下水的描述，该场地地下水静止水位埋深为5.20 m～7.00 m，属潜水。年水位变幅为0.5 m。

3.2 土质条件

根据地质报告提供的场地岩土情况，结合本次支护设计，可重点利用以下4层:

第①层:填土。该层据填土成分还可进一步分为杂填土和素填土两个亚层。

第①1层:杂填土。杂色，结构松散，该层主要为建筑垃圾和混凝土旧基础，含煤屑、碎石、混凝土块及水泥路面等。静力触探试验锥尖阻力qc平均值为5.9 MPa，侧壁阻力fs平均值为42.01 kPa。层厚1.3 m ～5.5 m，平均厚度3.5 m。

第①2层:素填土。褐黄色，稍湿～湿，稍密～中密。该层以粉土为主，存在湿陷性，含少量煤屑、碎石，物理力学性质不均。局部存在旧基础。含水量介于14.0% ～24.1%之间，平均含水率为19.6%。属中压缩性土。标准贯入试验经修正后击数介于1.9～6.0之间，平均3.8。静力触探试验锥尖阻力qc平均值为2.75 MPa。层厚0.50 m ～4.10 m，平均厚度2.04 m。

第②层:粉土。褐黄色，湿，稍密～中密。含菌丝、云母、氧化铁，土质均匀。局部含中粗砂、圆砾夹层。无光泽，韧性低，干强度低，摇振反应迅速。含水量介于19.5% ～24.7%之间，平均含水率为22.2%。属中等压缩性土。标准贯入试验经修正后击数介于2.5～6.7之间，平均4.0。静力触探试验锥尖阻力qc平均值为 2.68 MPa，侧壁阻力 fs平均值为 22.63 kPa。层厚 0.50 m ～9.40 m，平均厚度 3.57 m;

第③层:卵石。杂色，稍密～中密，成分以灰岩为主，充填物为粉细砂、中粗砂、砾砂。重型圆锥动力触探试验经修正后击数介于4.8 ～16.8 之间，平均10.5。层厚0.50 m ～10.20 m，平均厚度5.41 m。

第④层:粗砾砂。褐黄色，稍密，成分为长石、云母、石英等，局部夹有少量粉砂、粉土。标准贯入试验经修正后击数介于7.3～28.8 之间，平均 22.9。层厚0.50 m ～6.50 m，平均厚度3.40 m。

4 降水支护设计方案

该建筑场地周边比较宽阔，相邻建筑物均为待拆迁的1层平房，基坑安全等级为2级，但有部分平房已作为施工用临建房，且相邻道路均用作施工临时道路，故仍需对基坑边坡进行慎重处理。而本工程场地地下水位仍处于基坑底以上，存在2 m～3.5 m的水头差，必须采取降水措施，以保证基础施工顺利进行。

4.1 支护结构方案概述

本工程采用土钉墙支护，局部相邻道路处采用土钉墙加预应力锚索进行支护。基坑开挖坡度为1∶0.3，采用Φ22钢筋作为土钉。水泥注浆与喷射混凝土均采用42.5普通硅酸盐水泥，注浆等级为M15，用φ8钢筋编网，并以Φ16钢筋作为加强筋与土钉连接;面层采用C20细石混凝土喷射而成，土钉倾角5°～15°;基坑边沿做宽1.0 m压顶。

1)施工步骤。

开挖→清理边坡→孔位布点→成孔→安设土钉杆件→注浆→铺设钢筋网→喷射混凝土面层→开挖下一步。

2)成孔。

根据现场条件，选择采用人工洛阳铲(钻机)成孔或机械打入式钢管进行成孔，倾角5°～15°。

3)设钉。

考虑到自上而下3.5 m范围内土层以建筑垃圾和混凝土旧基础为主，第一步和第二步的土钉或锚索成孔必须采用潜孔钻机进行成孔。根据成孔方式的不同，将Φ22螺纹钢或φ48钢管作为土钉，在钢筋上设置定位架，保证钢筋处于孔中心部位，支架沿钉长的间距为2 m～3 m左右。采用φ48钢管作为土钉时，应在钢管上等间距螺旋形焊接角钢∠25作为倒刺，间距约300 mm，长度约40 mm。角钢下设置出浆孔，孔径约10 mm。

4)注浆。

成孔后应及时将土钉钢筋置入孔中，可采用重力、低压(0.4 MPa～0.6 MPa)或高压(1 MPa～2 MPa)方法按配比将水泥浆或砂浆注入孔内。重力注浆以满孔为止，但需1次～2次补浆;压力注浆采用二次注浆法。

5)编网。

采用 φ8 mm的圆钢编制单层双向网片，网眼规格为200 mm×200 mm，允许偏差为±10 mm，并用Φ16螺纹钢筋作为加强筋在钢筋网外与土钉头焊接锚固。

6)喷射混凝土面层。

喷射混凝土强度等级为C20，喷射平均厚度100 mm。

7)预应力施工。

锚索采用3φ15.21860级预应力钢绞线，以22号槽钢作为联系梁，锚具与混凝土面层的间隙用细石混凝土填充，锚索采用二次注浆工艺，二次高压注浆宜使用水灰比为0.45～0.55的水泥浆，二次高压注浆压力宜控制在2.5 MPa～5.0 MPa，待注浆体强度和混凝土面层强度达到设计强度标准值的75%以上时施加预应力120 kN(100 kN)。

4.2 降水方案概述

由于场地地质条件的影响，基坑四周无法进行深层搅拌桩帷幕的施工，且出于经济性考虑，高压旋喷桩造价过高，不宜采用，故本基坑采取开放式降水施工，不做帷幕桩。

本方案共设置降水井约100口，井底要深入基坑底9 m，沿基坑四周边线，最外排井间距为9 m～10 m，内部井间距可放大至15 m，回灌井及观测井数量根据现场情况而定，井底深入基坑底至少3 m。

1)降水井、回灌井及观测井成孔直径700 mm，用400 mm无砂水泥滤水井管，滤水管外包40目纱网，在滤水管与孔壁的环形空间内填2 mm～5 mm碎石过滤层。定井位同时要错开建筑物的桩基、台、梁及承重墙位置。填完滤料后要及时下泵抽水洗井，直至将井内泥浆抽清方可停止。

2)降水开始之前，需在基坑边建好沉淀排水系统，基坑内各井抽出的水先汇集到沉淀池内澄清后，再通过排水管道排入市政管道或其他排水口。

3)降水开始后，先测量各降水井、观测井及回灌井的自然水位，要每日早晚各测一次水位、流量，并作好记录。

4)基坑开挖时降水管理人员要24 h不离现场，保护降水系统不受损坏，同时对基坑四周的变形及沉降及时观测，如基坑变形明显并有发展趋势，要立即停止开挖，待采取处理措施后再继续开挖。

5)降水期间，水泵位置应根据基坑开挖的深度而定，以控制降水水位为主，能满足基坑开挖的要求即可，尽量减少抽水量以减小对周边环境的影响。如基坑外围水位下降过快时应及时进行回灌。

5 方案分析

1)由于场地地质条件的影响以及对经济造价的考虑，基坑四周无法进行帷幕桩的施工，且基底以下也无可靠的隔水土层，故本方案并未采用传统的封闭基坑降水工艺。

2)如果不进行降水，不仅仅是基础施工无法开展，就连土方开挖也无法进行，基坑的稳定都难以保证，在不降水不封闭的基坑中，任何支护形式都不可能不存在安全隐患。

3)本方案中基坑施工的关键在于降水工程是否成功，由于基坑水位以下土体基本上以粉土、卵石和粗砾砂层为主，都是高渗透系数的透水层，只要降水井数量深度足够，将水位降至基底以下1 m应该是没有问题，但要确保不过度抽水导致周围地表下沉，就需采取一定措施，虽然该基坑周边建筑物较少，但东西南三个方向都有市政道路，抽水过度降水不当会直接影响道路的使用，更有甚者会出现“天坑”现象。所以降水工程的成功关键在于如何进行基坑降水的同时防止四周地下水水位迅速下降。

4)基坑周边回灌井的设置是必不可少的，这是降水工程中防止周边水位迅速下降的有效措施和常规做法，同时由于主体施工周期较长，基坑无法在短期内回填，导致降水周期过长，抽水量累计加大也是重要影响因素之一，所以在基坑开挖后应迅速进行主体结构的施工，尽快将基础部分完成并回填，从而结束降水工程。

5)本方案中还采取了一种特殊的降水井布置方法，也有效的缩短了降水周期，减少了抽水总量。在上述降水方案中可以看到，本方案对基坑最外排降水井进行了加密，实际上是形成了一种水帷幕。众所周知，任何一个基坑范围的地下水量都是有限的，是可以在短时间内抽掉的，但降水工程之所以周期过长，是由于周边地下水不停的补给，导致基坑内水位不能迅速下降到基坑底以下而造成的。将有限的水抽掉，防止四周地下水的迅速补给，这才是缩短降水工期的关键，才能有效的减少总的抽水量。例如利用地层中的不透水土层或人工制造隔水层与帷幕桩形成抽“杯中水”的方式就是一种常用的办法。由于本方案中地层条件的约束，无法达到抽“杯中水”的效果，那么利用降水井形成“水帷幕”，同样也减缓了外界地下水补给的速度，当坑内水位下降时，外界水位向坑内补给，在遇到最外排的降水井时就被及时抽走，坑内抽水速度大大的大于补水速度，就会在最短的时间内达到最满意的降水效果。

6)降水效果好，基坑支护工程自然容易了许多，本方案中采用的土钉墙支护从设计到施工都很好的满足了建设单位的要求，经济合理，同时不占用施工工期，也直接为缩短降水时间提供了有效的支持。

6 结语

在地质条件恶劣，周边环境复杂的建筑工程中，基坑支护及降水是最为复杂的施工难点，影响其施工的不确定因素很多且难以预料，这就要求设计施工人员要在方案的确定和执行上严格缜密，把握好每一个技术环节，并做好应急预案;同时，在确定方案时要灵活运用各种施工工艺，相互配合，不要拘泥于单一模式，拓展思路，这样在一些特殊条件的工程中，往往可以起到意想不到的效果。

[1] 杨晓强.某基坑支护方案的设计优化[J].山西建筑，2012，38(3):71-72.