岩土复合地层深基坑支护施工技术

刘 岩 （武汉建工集团股份有限公司，湖北 武汉 430000）

1 工程概况

安徽农业大学研究生公寓综合楼工程位于合肥市长丰路与霍山路交口安徽农业大学校内，基底面积6450m2，总建筑面积64015m2。工程地下2 层，地上裙房5 层，主楼分为3 座，1 座为公寓楼，地上21 层，其余2 座为办公楼，分别为13 层及21层。地下室基底标高约为-12.0m，由于场地地形差异，深基坑支护深度约为9.5m～12.5m，开挖平面整体呈三角形，基坑周长约360m。基坑侧壁安全等级为一级，基坑支护结构有效使用时间8 个月。

2 工程地质及场地周边情况

2.1 工程地质条件

场地位于南淝河二级阶地地貌单元上。 场地地形起伏较大，勘察期间测得各孔口地面高程为20.42m～26.75m，最大高差为6.33m。高程引测于吴淞高程系统。

根据岩土工程勘察报告，场地的地层层序及岩性特征自上而下可分层描述如下。

①层杂填土， 层厚1.50m～5.70m， 层底标高17.00m～24.17m。褐、灰褐色，软塑～可塑状态。②层粘土,层厚2.90m～6.90m,层底标高为11.29m～20.55m。褐黄色，硬塑～坚硬状态，层状结构。③层强风化砂质泥岩，层厚0.80～1.80m，层底标高11.32m～19.45m。棕红色、紫红色，裂隙发育，极破碎～较破碎，属极软岩，其岩体基本质量等级为V 类。④层中风化砂质泥岩，棕红色，岩质致密坚硬，泥质胶结状，裂隙不甚发育，岩石属于较软岩，岩体完整程度为上部较破碎，往下逐渐趋于完整，其岩体基本质量等级为V 类，风镐开挖困难。

2.2 场地地下水情况

场地主要有埋藏于①层填土中的上层滞水，主要受大气降水和地表水入渗补给，③、④层风化岩中埋藏有裂隙水。勘察期间实测静止地下水位埋深为0.60m～5.80m， 水面标高为18.11m～22.59m。场地地下水对混凝土及混凝土中的钢筋具有微腐蚀性，对钢材具有弱腐蚀性。

2.3 场地周边情况

场地周边情况：北侧至地下室外墙12.6m 为本侧红线，红线外为霍山路；南侧至地下室外墙8.7m 左右为本工程地下室使用期间材料进场道路；西侧至地下室外墙9m 左右为本工程用地红线，红线外为校园内主要道路北槐路。

3 深基坑支护方式设计

3.1 支护设计选型

本工程深基坑支护的选型主要面临两方面的难点：①是场地地形起伏大，整体呈西北方向低，相对标高约为-2.4m，东南方向高，相对标高约为0.5m；②是地下岩土层分布极不均匀，地质勘察报告显示地下岩层也呈西深东浅走向，强风化层最深处约为-14.45m，最浅处约为-3.55m。

针对这种岩土层分布不均匀的基坑在支护设计时首要考虑的便是分段进行设计，根据不同的土质状况产生的大小不一的主、被动土压力分别计算，这也是从经济上考虑成本最低的方法。最终综合地形、地质条件及周边环境因素，整个基坑支护共划分了13 段，采用到的支护类型有：①喷锚网，人工挖孔桩+预应力锚索组合支护；②自然放坡，人工挖孔桩+预应力锚索，岩体喷锚组合支护；③人工挖孔桩+预应力锚索支护；④喷锚网，人工挖孔桩+预应力锚索，岩体喷锚组合支护。

3.2 支护设计具体参数

3.2.1 喷锚网

填土层中锚杆采用A48 钢管，入土前端1/3 处每隔600mm设一出浆孔， 焊接薄钢片覆盖防止堵塞； 老土层中锚杆用HRB335 钢筋，干钻机成孔，孔径100mm，每隔1.5m 焊对中支架。 注浆材料为P.O42.5 水泥净浆，水泥水灰比为0.5，注浆压力控制在0.4MPa～0.6MPa。 面层为80mm 厚C20 细石混凝土夹钢筋网片， 钢筋网采用A6.5@200 双向钢筋网并设置2B16双向加强筋与锚管焊牢。

3.2.2 支护桩

支护桩采用人工挖孔桩，桩径900mm，桩心间距1800mm，桩顶设1000×600 冠梁，视不同桩长在桩中部设置1～3 道混凝土腰梁与预应力锚索连接，桩身冠梁及腰梁混凝土强度等级均为C30。桩钢筋笼主筋为20B22+4B18 通长配筋，桩顶预留筋长度为550mm，加强筋B16＠2000，螺旋箍筋A8＠150。 桩前设80mm 厚C20 细石混凝土夹钢筋网片， 桩间设置长度1500mm@1000mm B16 插筋作土钉， 钢筋网采用A6.5@200 双向钢筋网并设置2B16 双向加强筋与插筋焊牢，遇桩身时用膨胀螺栓连接。桩长为嵌入完整中风化不小于1m。桩底植筋钻孔A30，植筋18 B 22 均匀布置做A750 孔底圆周上，植筋深入实体桩内长度为800mm，植筋底进入坑底嵌入完整岩石不小于500mm。

3.2.3 预应力锚索

桩间设预应力锚索，锚索成孔孔径为A150，锚索由2 束7A5 预应力钢绞线组成，锚索自由段长度5000mm，长度为进入完整中风化层不少于4m，间距同桩间距。预加应力视不同区段分别有80kN、100kN、120kN。预应力锚索采用二次加压注P.O42.5 水泥净浆，第一次为低压灌浆，水灰比0.45～0.5，第二次为高压劈裂注浆，水灰比为0.45～0.55，注浆压力为2.5MPa～5MPa。

3.2.4 岩层锚杆

锚杆成孔采用冲击钻孔径为A110，锚杆为一根B25 钢筋，水平间距1500mm，长度为9000mm，注浆要求同预应力锚索。

3.2.5 排水系统

泄水管采用A50PVC， 泄水管长度在填土层中不小于1m， 其余土层不小于0.5m，泄水管间距在含水层中为1.5m，其余间距为3m，并在填土层底部布置一排泄水管。基坑边坡坡脚设置300mm 宽排水沟及集水井，用以排除基坑积水。

4 深基坑支护施工要点

4.1 喷锚网

基坑土方开挖为分层分段开挖，配合挂网喷混凝土护壁多点交替平行流水作业。按设计图纸要求将坡面形态挖出，然后修理坡面，喷第一层混凝土，钻孔并安装钢筋锚杆（或直接击入钢管锚杆）、注浆、挂网喷第二层混凝土，做到分层、分段开挖，分层、分段支护，分层以开挖的深度为每层锚杆/锚索下0.5m，每段的开挖长度为不大于20m，开挖每层后作业面暴露时间不超过12h。为了保证施工进度及安全施工，上层锚杆或锚索注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的75%，并进行抗拔试验后方可进行下层土方开挖。

4.2 支护桩

人工挖孔桩成孔采用逐节开挖支护的方式，每节的高度应根据土质好坏、操作条件而定，一般以0.9m～1.2m 为宜。先挖中间部分的土方，然后扩及周边，有效地控制开挖桩孔的截面尺寸。每节桩孔护壁做好以后，严格控制同一水平上的井圈任意直径的极差不得大于50mm，桩身垂直度误差不大于0.5%。保证桩孔轴线位置、标高、截面尺寸满足设计要求。挖至完整中风化层后及时记录标高，支护桩需嵌入完整中风化层1m。有研究显示这种嵌岩吊脚桩的锁脚锚索预加力对支护桩的桩脚变形影响不大，本工程岩石开挖采用非爆破的机械方式凿除，对岩体的完整性影响较小，因此采用桩底锚筋的方式锁住桩脚。锚筋采用化学植筋方式，成孔采用开孔机直接钻孔。 成孔后石粉的清理非常重要，否则容易影响植筋的抗拔性。支护桩的钢筋笼由于纵筋分布的不均匀性，安装时应特别注意与迎土面的关系。

4.3 预应力锚索

锚索制作时必须安装对中支架，以保证锚索处于孔的中心位置增强与水泥浆的握裹力。绑两根注浆管与锚索相缠绑，但不能太牢，以便在注浆时拉动注浆管。对注浆管口应采取堵塞措施。 锚索自由段内抹上黄油，并用外套波纹管处理。成孔采用螺旋干钻机，必须按设计要求的角度调整好钻机，钻孔过程中及时记录土质的变化， 长度需进入完整中风化层不小于4m。采用二次注浆工艺，经一次注浆的孔内浆液初凝前，立即利用第二根注浆管进行多次注浆， 确保锚孔注浆量不小于设计锚孔的体积， 并注意注浆结束时需闭浆5min 以上方可拔出注浆管。 当预应力锚索固端强度达到15MPa且达到强度等级的75%后， 方可进行锚索张拉，张拉采取间隔方式进行。按规定锚索张拉至设计荷载的1.0～1.1 倍后，再按设计要求稳定5min～10min 后，退至设计荷载进行锁定。

4.4 岩层锚杆

岩层锚杆成孔采用MD-50 型钻机，利用空压机产生的高压气体带动气动潜孔，成孔至设计深度后，利用高压空气进行清渣，待孔口不再返出岩粉时，清孔方可结束。注浆要求同预应力锚索。

5 深基坑信息化动态施工

5.1 地质条件信息反馈

深基坑支护设计主要依据岩土勘察报告，由于勘察报告取样方式不能完全的显示场地的地质情况，特别是在地下岩土层分布极不规律的场地。 这就需要及时的将现场土质情况反馈至设计单位， 以便可以灵活的针对性的调整不同区段的支护方式，并达到验证及改进设计确保基坑支护安全性的目的。

在本工程支护桩成孔的过程中准确及时的记录风化岩层的深度，并与岩土勘察报告比对，对地层变化明显处及时的反馈给设计单位，最终调整了13 个支护区段中的6段，重新进行了支护桩锚索排数、岩石锚杆排数的设计。

5.2 基坑支护变形监测

依据《建筑基坑工程监测技术规范》和基坑支护设计说明的要求，本基坑设计为一级基坑，监测的项目有：①支护桩及边坡水平位移监测；②支护桩及边坡竖向位移监测；③周边建筑物及地表竖向位移监测。预警值设计为：支护桩及边坡水平位移预警值为桩顶20mm、坡顶25mm（累计）；基坑支护结构及周边建筑物沉降预警值为10mm。

水平位移观测点沿冠梁每隔15m 设置一观测点， 同时考虑一些特殊位置处布点，以切实能够观测到支护桩及边坡的稳定性，又能体现出基坑支护变化特征，且水平位移监测点与竖向位移监测点为同一点。本工程共布设了26 个水平位移监测点。

竖向位移监测点布设在周边建筑物最具有代表性的位置，能全面反映建筑物的地基变形特征。本工程周边建筑物布设竖向位移监测点11 个，周边道路布设竖向位移监测点10 个，基坑支护桩及边坡布置竖向位移监测点26 个。

整个监测工作自在支护桩中埋设各类监测元件并测试初始值开始，至基坑土方回填结束，历时共9 个月。基坑开挖期间每开挖一层土石方监测一次，基坑开挖完成后每3d 监测一次，地下室结构施工期间每6d 监测一次。

从监测数据来看，本基坑围护结构比较稳固，基坑周期全过程水平位移变形量较小，变形趋势也平缓。水平位移变形量最大的点为12#点，累计变化量仅为10mm。竖向位移变化最大的点也为12#点，累计变化量为1mm。周边建筑物及地表道路竖向位移累计变化量也极小，最大的点仅为0.3mm。整个监测过程中基坑围护结构未出现塌方、突变或预警等异常情况，基坑围护结构保持稳定的收敛状态。

6 结论与建议

①对于岩土复合地层条件下深基坑的支护应特别注意上部土层和下部岩层在支护设计上的差异性，特别是岩土交接面处的处理方式，采用吊脚桩并在桩底进行植筋锚固来锁柱桩脚的方式是安全可行的，相比较增加一道锚索锁脚成本更小。

②根据场地地形、地质条件及周边环境因素，基坑的支护宜采用分段组合的支护方式，在保证安全的前提下尽可能的降低成本。

③由于基坑支护设计的特殊性，在基坑支护施工过程中应充分的重视信息化施工，及时的反馈设计单位开挖中的具体地层信息，由设计单位动态的调整支护方案。基坑的监测数据作为基坑信息的一部分，也应及时的反馈给设计单位，达到深基坑设计及施工的持续改进。

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