某工程深基坑支护方案设计

潘卫国

(山西师范大学城环学院，山西临汾 041000)

0 引言

一直以来，如何本着“安全、经济、可行”的原则对深基坑进行支护设计，始终是该领域一直面临的一个话题。由于基坑工程的复杂性和综合性，特别是地下工程共有的不确定性使得基坑工程具有较大的风险，一旦处理不当，轻则给安全生产带来隐患，重则会发生较为严重的施工事故，给建设方带来不利影响。本文试将某深基坑的设计提供出来，供工程技术人员借鉴。

1 工程概况

该工程地下车库为地下2层，总长度(东西向)约140m，宽度(南北向)约130m，地下车库基底标高约在自然地坪下－10.85m，基坑深度较深。根据JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程、JGJ 167-2009湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程规定，该基坑侧壁安全等级为一级。

地质勘察最大深度为60m，根据现场钻探揭露情况及室内土工试验结果，在此给出与本次支护设计有关的4个工程地质单元层:第①层杂填土:稍湿，松散，夹杂大量砖块、碎石等，厚度2.2m～6.20m。第②层粉质粘土:干强度和韧性中等，厚度1.00m～8.10m。第③层细砂:饱和，稍密，中部夹薄层粉质粘土，厚度2.00m～10.40m。第④层粉质粘土:干强度和韧性中等，局部夹薄层粉土，厚度3.70m～9.00m。

该场地深度范围内浅层地下水属承压水类型，补给来源主要为大气降水，以蒸发及侧向汾河方向径流为主要排泄途径，富水性较差，受季节影响，水位变幅约0.50m，终孔后统一量测的稳定水位埋深5.00m～5.80m。

基坑周围环境复杂，四周不仅有道路，而且有多种地下管线及电缆井、煤气检查井等。特别是北向和东向紧邻城市主要街道，不仅行人车辆多，而且有多种地下管线干线，如上下水道、煤气管道、电力及通讯电缆等;基坑边缘最近处离一期写字楼外墙边仅9m;南向紧贴原一期工程车库;西向距离民房10m。

2 基坑支护总体设计思路

根据现场周边环境及水文地质情况，本次设计充分比较了土钉锚索、钢筋混凝土灌注桩、地下连续墙等支护方法，经比较，认为该基坑主要采用土钉锚索加止水帷幕、管井降水的支护方法较为经济、安全。局部(离一期工程写字楼较近的地方)可采用混凝土灌注桩加止水帷幕的支护方法;离一期车库较近处可采用沿止水帷幕直接挖至－5.0m，再在原车库底部采用土钉支护的方法。

3 支护设计内容

3.1 止水帷幕

沿地下车库基坑四周布设两排水泥土搅拌桩作为止水帷幕。止水帷幕总平面尺寸长度约575每延米。

3.2 管井施工及降水

采用坑内管井降水，共需布井29口。降水采用潜水泵每井一台。

3.3 土钉锚索支护

采用土钉锚索支护，总延米约403m，基坑深度－10.85m。

3.4 混凝土灌注桩支护

混凝土灌注桩支护仅用于离原写字楼较近无法施工土钉墙的部分，混凝土灌注桩支护长度约67m，约需布桩33根。混凝土灌注桩桩顶－6.0m处设一排钢管内撑。

3.5 一期地下车库边的支护

由于该基坑离原地下车库边仅3.5m，而原车库又为钢筋混凝土板式结构，故可将基坑沿止水帷幕下挖至－5.0m，两基地之差可做两排土钉墙(土钉长度5m)进行支护。

4 支护施工方法

4.1 具体要求

1)基坑施工前，建设单位务必交清基坑周边环境条件，如电缆沟、电管线、水管、水沟、通讯设施及其他有关资料，以免施工时造成不必要的损失。

2)清除基坑施工范围的杂填层至－2.0m，然后施工混凝土灌注桩、止水帷幕和降水井。降水后，再进行基坑挖土和土钉墙施工。

3)在进行挖土和施工土钉前，必须提前10d～15d把坑内水位降至坑底下－1.5m，并保证基坑水位不再上升，这是土钉锚索施工成功的关键。

4)基坑土方开挖要根据周边土钉锚索施工的每步高度，决定挖土的深度。在混凝土灌注桩与坑内建筑物之间安装内撑前，也应考虑挖土的深度和宽度，以便安全施工。

5)每步土钉锚索施工后，钉体强度达到设计强度的75%后方可进行下一层土钉施工;锚索混凝土强度达设计要求后，才允许张拉。

4.2 土钉(锚索)施工方法

4.2.1 支护程序

管井降水→支护准备→土方分层开挖→土钉(锚索)分层布设及钻孔→分层安设土钉筋(锚索)及注浆→分层安设型钢连系梁或锚索张拉→基坑监测→竣工。

以上程序从管井降水到连系梁施工，共分五个施工段层，循环进行，直至支护完毕。

4.2.2 喷射面层细石混凝土

基坑(支护)面层挖2.5m厚杂填土层及施工完水泥土搅拌桩(止水帷幕)后，人工修整边坡及桩顶平面，该边坡高度2.5m，平面宽度约3.5m。边坡及桩顶平面处喷射C20细石混凝土，厚度80mm，内配双向间距60mm的钢丝网片，喷射方法是先喷底层一道厚度40mm，待挂完钢丝网片后，再喷射面层细石混凝土40mm厚。

4.2.3 土钉(锚索)支护

本基坑共布设土钉5排、锚索2排，其水平间距1.5m，垂直排距1.4m(最上一排－2.0m)。上、下排土钉或锚索均按梅花形布设。

土钉锚索孔径均为120mm，第一排钉长为6m;第二排钉长9m;第三排锚索长12.5m;第四排钉长为10m;第五排锚索长12m;第六排钉长9m;第七排钉长8m。土钉内配钢筋:第一排为1Φ20钢筋;第二排、第七排为1Φ22钢筋;第四排、第六排为1Φ25钢筋;第三排、第五排为预应力锚索，内配2束7φ5。土钉筋采用HRB335(Φ)钢筋;锚索采用低松弛钢绞线，极限拉力1860MPa。

4.2.4 土钉锚索定位及钻孔

土钉采用梅花形布设。每排土钉位置确定后先用φ16钢钎打眼，深200mm，灌白灰粉后夯实。

钻孔采用MGJ-50型锚杆工程钻机及配套设备、人工洛阳铲等配合完成。每个土钉孔的倾斜角(俯角)为15°，并根据倾斜度在钻机上调好角度。成孔后要进行清孔检查，对孔中出现的塌孔和局部掉落虚土，应用掏勺清理干净。

4.2.5 安装土钉筋、锚索及灌浆

土钉钢筋采用每孔1根φ20，φ22或φ25螺纹筋，长度分别为6m，9m，10m，9m，8m，在土钉筋的外端头制作长度 150mm(同土钉筋直径)的螺杆(长度6m的土钉除外)。为了保证土钉筋在孔中位置准确，在主筋上每隔2m焊接钢筋定位器，定位器为Φ6.5，Φ8光圆钢筋。

锚索安装:锚索为2束7φ5钢绞线，长度分别为12.5m，12m，采用在钢丝束上安装购置的对中支架，间距2m一道，缓慢放入孔内。

灌浆采用ZBU-4.5型压力挤浆机、YW-1300型搅拌机及摇筛机。灌浆材料为普通硅酸盐 P.O42.5水泥浆液，强度等级为M30，水泥浆的水灰比为0.45～0.55。采用压力二次注浆法，灌注压力0.4MPa～1.5MPa(二次注浆压力2MPa～2.5MPa)。第一次注浆，注浆导管先随钢筋一起插入孔底，注浆管距孔底0.2m～0.5m，导管出浆口应始终处于浆体表面以下，保证孔中气体全部溢出，直至注满孔，边注边拔管。第二次注浆，注浆导管采用φ25铝塑花管，固定在土钉钢筋上，并随土钉钢筋一起插入孔底，距离孔底0.5m。

4.2.6 安装型钢连系梁及锚索张拉

型钢连系梁采用［20a槽钢，现场制作安装，每层土钉施工完毕后，按每根土钉的具体位置，再在槽钢上打眼，焊接局部承压板，用螺栓固定。

锚索的张拉及控制:锚索采用2束7φ5低松弛钢绞线，水平和竖向间距混凝土土钉，两排锚索钻孔直径均为120mm，其中第一排锚索长度为12.5m，自由段长度6.5m;第二排锚索长度为12m，自由段长度6m，锚索施加预应力均为203kN，极限抗拔力255kN。

预应力张拉:锚固体强度达75%的设计强度或大于15MPa时可进行预应力张拉。预应力张拉前，应对张拉设备进行设定。为防止相邻锚杆张拉相互影响，可隔一拉一。正式张拉前，应取设计拉力的10%～20%，对锚索预张1次～2次，使各部位接触紧密，杆体与土层紧密贴合。正式张拉应分级加载，每级加载后恒载3min，记录张拉值，张拉到设计荷载203kN(不超过锚索强度75%)，恒载10min，无变化时进行锁定。

4.3 土方开挖

土方开挖应分层进行，即分层挖土，分层支护，每层挖土深度为该层土钉标高下50cm，分别为第一层自然地坪下－3.7m;第二层自然地坪下－5.2m;第三层自然地坪下－6.7m;第四层自然地坪下－8.2m;第五层自然地坪下－9.7m，第六层自然地坪下－11.0m。如因挖土影响工期可采用中心岛开挖方法，即先挖中间土方，在基坑支护的坑边每边留存宽度不少于8m的土方，待每层支护完毕后，再进行挖除。机械挖土时不能碰撞坑边的止水帷幕，留下约20cm厚的土方用人工清理。

5 支护监测

5.1 监测内容

1)基坑顶端(土钉墙上的型钢联系梁)的水平位移;2)基坑侧边及周围建筑物的沉降;3)地下水位;土钉拉力。

5.2 监测布点及监测次数

水平位移和周边沉降观测沿坑边每20m布点一个。

特别应注意基坑的中部位置布点不能太少，水平位移布点设于土钉墙的型钢连系梁上;沉降观测布点设于基坑外2m范围内，并做专用沉降观测点。观测点用红油漆标明位置和点号。

观测次数为:挖土前一天观测初始值，从施工第一、二步土钉每天早7点一次，下午6点一次，施工第三至六步土钉每天三次，早上7点一次，中午1点半一次，晚上7点一次。

控制观测变形值为:水平位移不大于坑深的0.0025h，即不大于28.75mm，沉降值不大于h/300即33.3mm。

报警值:绘制位移与时间的观测曲线，如曲线出现陡降段或变形值骤然加大，应加强观测，分析原因，必要时采取措施。报警值为从土钉的第三步开始白天每次观测不超过1mm。

6 结论与建议

1)结论:经过详细的分析与比较，本基坑采用土钉锚索的设计方案。目前已完成部分地下工程，除主动进行卸载的一部分基坑外，其余均处在正常的使用状态。

2)建议:基坑支护工程是一项风险高的施工工程，必须引起尤其是建设方的高度重视;为了确保基坑支护安全，必须在施工过程中实施信息化施工，将所收集到的信息反馈给设计方以便对支护设计方案加以补充完善，及时了解和掌握整个场地动态变化，发现异常，尽快作出反应，研究相应对策，解决出现问题，确保施工顺利进行以及基坑的稳定。

［1］尹传忠.金都商业中心深基坑支护设计与施工［J］.山西建筑，2011，37(22):28-69.

［2］彭振斌.深基坑开挖与支护工程设计计算与施工［M］.北京:中国地质大学出版社，1996:1-10.

［3］吴泳川，陈 琦.深基坑工程中现场监测的回顾与展望［J］.天津城市建设学院学报，2001，7(2):2-3.

［4］方江华，陈远兵.深基坑支护技术综述［J］.西部探矿工程，2003(1):36-37.