聊城某工程深基坑支护的施工实践

白玉坤

聊城某工程深基坑支护的施工实践

白玉坤1，2

(1.山东省鲁南地质工程勘察院,山东 济宁 272100； 2.山东省华鲁工程总公司,山东 济宁 272100)

山东省聊城某基坑支护与降水工程采用了钻孔灌注支护桩，单轴搅拌桩止水帷幕，期间因传统锚杆的工艺问题以及地层原因无法成孔，后改为自进式锚杆，在基坑内发生了涌水涌土的现象，采取了坑内明排水、降水和砸入木桩等方式进行了处理。通过该工程实例，可为今后在基坑支护施工中发生类似情况提供借鉴和依据。

深基坑；支护；搅拌桩；锚杆；降水

1 工程概况

1.1 基本情况

本工程位于聊城，基坑开挖深度分别约为12.20 m、9.00 m和6.00 m，基坑周长约400 m。拟建场区原为闲置空地，地形较为平坦。基坑开挖两倍深度范围内无地下管线及建筑物。

1.2 地层情况

根据岩土工程勘察报告，各地层描述如下：

第①层：素填土

褐色，稍密，稍湿，含植物根系，土质不均，性质较差。场区普遍分布，厚度：0.70～0.90 m，平均0.73 m；层底标高：33.02～33.48 m，平均33.36 m；层底埋深：0.70～0.90 m，平均0.73 m。

第②层：粉土

褐黄色，中密，湿，含云母片，干强度及韧性低，土质均一，性质一般，摇振反应迅速。场区普遍分布，厚度：0.40～4.20 m，平均3.63 m；层底标高：28.78～30.05 m，平均29.56 m；层底埋深：0.40～4.90 m，平均4.33 m。

第③层：粉质黏土

褐灰色，软塑-可塑，含氧化铁及有机质，局部夹粉砂，刀切面稍光滑，干强度及韧性中等，局部土质较软，性质稍差。场区普遍分布，厚度：6.30～7.70 m，平均6.98 m；层底标高：21.76～22.94 m，平均22.57 m；层底埋深：7.00～11.80 m， 平均10.91 m。

第④层：粉土

褐色，中密，湿，含云母片，干强度及韧性低，局部夹砂粒，黏性稍大，摇振反应中等。场区普遍分布，厚度：3.40～4.80 m，平均4.13 m；层底标高：17.64～19.30 m，平均18.43 m；层底埋深：11.00～16.10 m，平均15.05 m。

第⑤层：粉质黏土

灰褐色-棕褐色，可塑，含氧化铁及有机质，刀切面稍光滑，干强度及韧性中等，性质稳定，局部夹粉土薄层。场区普遍分布，厚度：2.20～4.20 m，平均3.25 m；层底标高：14.50～16.11 m，平均15.19 m；层底埋深：13.50～19.50 m，平均18.29 m。

第⑥层：粉砂

褐黄色，中密-密实，饱和，含长石、石英及云母片。场区普遍分布，厚度：10.60～23.10 m，平均19.11 m；层底标高：-7.74～4.02 m，平均-3.92 m；层底埋深：30.00～41.50 m，平均37.40 m。

第⑦层：粉质黏土与粉土互层

粉质黏土：棕褐色，可塑偏硬，含氧化铁，刀切面稍光滑，干强度及韧性中等，夹姜石，性质稳定；粉土：褐黄色，中密-密实，含云母片等，干强度及韧性低，无光泽反应，摇振反应中等。该层未穿透。

1.3 地下水情况

勘察期间测得各勘探点孔口高程为29.14～34.18 m。该场地地下水为第四系孔隙潜水，勘察期间实测地下水静止水位埋深为自然地坪下4.1 m左右，地下水年变化幅度为2 m左右。

2 基坑支护方案

2.1 基坑支护设计

依据甲方提供的施工图纸，本工程基坑支护设计主要有以下支护单元：

(1)支护单元一：基坑开挖深度约为12.2 m，设计采用排桩支护，桩径800 mm，有效桩长21 m，桩间距1.2 m，桩顶标高为-1 m，布设四道锚杆，水平间距为1.2 m，竖向间距均为2.5 m，锚杆长度分别为20 m、19 m、19 m、18 m，杆体材料选用HRB400 ∅25 mm钢筋，钻孔孔径均为150 mm，桩间土挂钢板网喷砼，面层厚度60 mm，见图1，表1。

图1 支护单元一剖面图

锚索类型杆体材料/mm总长/m自由段长度/m锚固段长度/m水平间距/m钻孔倾角/°钻孔直径/mm所定值/kN锚杆内力设计值/kN第一道预应力2E2520 06 014 01 2015 0(20 0)150120156第二道预应力2E2519 05 014 01 2015 0(20 0)150150330第三道预应力2E2519 05 014 01 2015 0(20 0)150150425第四道预应力2E2519 05 013 01 2015 0(20 0)150100348

(2)支护单元二：基坑开挖深度约为9 m，设计采用排桩支护，桩径800 mm，有效桩长17 m，桩间距1.2 m，桩顶标高为-1 m，布设三道锚杆，水平间距为1.2 m，竖向间距分别为2 m、2.5 m、2.5 m，锚杆长度分别为15 m、20 m、15 m，杆体材料选用HRB400 ∅25 mm钢筋，钻孔孔径均为150 mm，桩间土挂钢板网喷砼，面层厚度60 mm。

(3)支护单元三：基坑开挖深度为9 m，设计采用土钉墙支护结构体系，放坡系数为1:0.6，布设5排土钉，土钉水平、竖向间距均为1.5 m，土钉自上而下长度分别为12 m、12 m、9 m、7 m、6 m，孔径110 mm，杆体材料为HRB400 ∅20 mm钢筋，面层采用钢筋网HPB300 ∅8 mm@200 mm，喷射面层厚度为100 mm。

(4)支护单元四：基坑开挖深度为6 m，设计采用土钉墙支护结构体系，放坡系数为1:0.6，布设三排土钉，土钉水平、竖向间距均为1.5 m，土钉自上而下长度分别为9 m、7 m、6 m，孔径110 mm，杆体材料为HRB400 ∅20 mm钢筋，面层采用钢筋网HPB300 ∅6.5 mm@200 mm，喷射面层厚度为100 mm。

2.2 基坑支护施工方案

本工程基坑支护开挖严格遵循“由上而下，先撑后挖，分层开挖”的原则，分层分块开挖，每层开挖深度不超过5 m，开挖一层支护一层直至设计标高。在基坑开挖支护至回填完毕期间，基坑周围地面应采取防水、排水措施，避免地表水流入基坑或渗入基坑边坡。

本基坑开挖及基坑支护工程量较大，场地范围狭小，工期短，投入施工设备、人员较多，因此，应针对本工程难点问题及关键工序，选择最合理的施工方法，做好施工组织设计，另外，在现场管理及人员、设备的调配程序上应该重点加强，确保工程质量和工期。

在施工准备阶段，在积极做好生产施工准备的同时，详细理解场地工程地质条件及设计意图，使每个现场管理人员均理解施工顺序、工序、注意事项等，以便在工程开工后保证工程顺利、有序进行。

在施工阶段，制定可行、完善的施工组织设计，对关键过程、特殊过程、难点、重点环节召集公司专业技术人员制定专门作业指导书和对策方案。根据现场施工状况，及时调整流水施工顺序、流水节拍、流水步距，加强施工调度，按总体进度编制月计划、旬计划和周计划，发现和解决影响施工进度所涉及的问题，使施工正常合理，有序地进行，并抓好工程质量，做好安全文明施工。

3 基坑支护施工流程

本支护工程主要包括降水施工、锚杆喷面支护施工、土钉墙喷面施工， 施工流程为：施工准备→支护桩、降水井施工→基坑降水→土方开挖→锚杆及土钉墙施工→坑底排水沟、集水井施工。

3.1 降水井施工主要施工方法

建筑场地勘察期间静止地下水位在自然地坪下4.1 m左右，基坑开挖若需要提前降水，根据基坑深度及地层渗透试验数据等实际情况，采用砂管井法降水，各层土渗透系数见表2。

表2 各层土渗透系数

3.1.1 工艺流程

钻机定位→钻机钻孔→清孔→井管安装→填料→洗井→抽水。

3.1.2 施工方法

(1)施工准备：现场做好“三通一平”，满足设备进、出场，配齐滤料、管材、抽水设备及排水系统。

(2)钻机就位：钻机就位前将场地平整，防止钻机不均匀下沉，开钻前人工开井口，采用反循环钻机，钻机就位时要平稳牢固，就位完成后报监理工程师验收合格后方可钻孔。

(3)钻孔：钻进时垂直度偏差控制在1%内，孔身圆正，钻进过程中对水位等情况进行观察、记录，钻至设计深度后，报监理工程师验收合格后方可进行下步工序，并填写相关原始记录。

(4)清孔：当钻孔完成并验收合格后，应进行调浆清孔，完成后应使孔底沉渣厚度不大于200 mm。

(5)井管安装：根据设计要求进行安装，应保证井管垂直与居中，井管应高出地面300 mm，严禁强行将管井压入孔内。

(6)回填滤料：按设计要求进行滤料填充，井口1 m用黏土封闭。

(7)洗井：填料完成后进行洗井，井内的沉渣厚度不应超过200 mm。

(8)置泵抽水：每口管井单独使用一台潜水泵，将潜水泵放至距管底1.0 m高的位置，管口封闭，抽水后7 d通过观察井内水位是否符合施工降水的要求，再决定是否进行土方开挖。土方开挖后应持续降水，使水位始终在基坑底标高以下不少于0.5 m，降水周期直到基坑回填完成。

3.2 冠梁施工主要施工方法

(1)土方开挖：根据设计图纸将支护桩顶土方挖除，为冠梁施工提供工作面。

(2)破桩头：混凝土强度达到设计强度的70%以上时，根据设计要求，将桩顶以上0.45 m桩头用风镐破除，破除时注意不能损坏桩顶部钢筋。破除完成后，应由人工将桩头清理干净。

(3)冠梁骨架制作：钢筋制作时，应严格按照图纸和相关规范下料，保证钢筋的规格、锚固长度、箍筋尺寸、间距等符合要求；钢筋绑扎时，应先划好钢筋位置线，以确保钢筋位置准确，钢筋绑扎连接长度符合规范及图纸要求。

(4)模板安装及拆除：安装模板时，应先将挖好的梁槽内清理干净、整平，侧模加工高度550 mm，高出梁截面50 mm，以便于混凝土浇筑，浇筑完成后，待混凝土强度达到设计的75%后，方可进行模板拆除，拆除时应避免破坏梁表面混凝土。

(5)混凝土浇筑：待钢筋、模板验收合格后，方可进行混凝土浇筑工作，浇筑时，应振捣密实。

3.3 预应力锚杆施工主要施工方法

3.3.1 工艺流程

锚杆定位→锚杆成孔→锚杆体制作→杆体入孔、灌注→腰梁安装→预应力锁定。

3.3.2 主要施工方法

(1)定位成孔

锚杆施工紧接基坑土方开挖进行，基坑土方开挖采取分层开挖，待每层土方开挖至锚杆孔位下0.3～0.5 m时，平整开挖面后开始进行锚杆施工。钻孔前，根据设计要求定位，做出标记，成孔直径按设计要求，水平方向孔距误差不大于100 mm，垂直方向孔距误差不大于50 mm。孔深不小于设计要求，并按设计要求入射角度钻孔，直至达到设计深度。

(2)杆体制作

锚杆体采用E25钢筋，锚杆下料长度为自由段、锚固段及外露长度之和，杆体每隔2 m用制作居中架保证杆体放入口内时居中，杆体自由段用塑料布包裹严实，完成后平顺放好待用。

(3)锚杆安装、注浆

锚杆安装时应与注浆管绑在一起一同放入孔内，注浆管底口距孔底0.5 m左右。注浆材料严格按照设计要求配置水泥浆，注浆直至口内溢出纯水泥浆后停止，并立即用黏土封口。注浆结束后，经常检查后内浆体是否充足，不足时应及时补浆。

(4)腰梁安装

测量锚杆位置，在垫板和铁靴上标注记号，气割孔眼，将腰梁固定在锚杆体上。腰梁连接采用焊接方式，应焊接牢固。安装完成后，置上锚具上紧。

(5)预应力张拉与锁定

张拉前，张拉设备必须配套标定，每只千斤顶应配用的压力表数量不小于两块，表的精度不低于1.5级，其常用读数不宜超过表盘刻度的75%。当锚固体强度达到15 MPa并达到设计强度的75%后，方可进行张拉。正式张拉前，用轻型千斤顶对锚杆进行初次张拉，初次张拉吨位为锚杆设计锚固荷载的20%，使其各部分接触紧密。张拉分级进行，共分4级，分别为设计吨位的25%、50%、75%、110%，各级张拉均需持荷稳定10 min以上，使预应力在土体压缩变形稳定后能较好的均匀传递并得到调整。 待最后一级张拉完成后按照设计要求锁定。预应力锚杆锁定后48 h内，若发现预应力损失大于锚杆张拉力设计值的10%时，应进行补偿张拉。完成后，应经常检查杆体是否松动，如发现有松动应重新张拉、锁定。

3.4 土钉喷护主要施工方法

3.4.1 工艺流程

工艺流程见图2。

图2 土钉喷护工艺流程图

3.4.2 技术要点

(1)土钉施工

a.每层土钉都严格按设计要求的上下层间距和水平向间距进行定位和施工。

b.钻孔倾角：剖面均为15°，工作面要求较平整以保证土钉倾角。

c.土钉成孔及杆体下入：土钉孔径110 mm，长度满足设计要求。

d.土钉用钢材根据设计要求，杆体材料采用1根HRB400 ∅20 mm钢筋。

e.严禁挖掘机等碰撞土钉杆体。

(2)面层施工

a.坡面修整、清理

在坡面挂网、喷砼施工前，应先将坡面修正平整，并将浮土清理干净。

b.挂网

待每层坡面修整后再进行，支护单元三采用∅8 mm钢筋按200 mm×200 mm的纵横间距形成钢筋网格，钢筋网搭接采用长度为300 mm。支护单元四采用∅6.5 mm钢筋按200 mm×200 mm的纵横间距形成钢筋网格，钢筋网搭接采用长度为300 mm。钢筋网每隔1 m与坡面用40 mm×40 mm 砂浆垫块(或钢筋)垫起。钢筋网要求在坡顶上翻1.0 m，上翻外侧每隔1.5 m击入锚固钢筋，用以挂网，与网片接触位置。

c.喷射砼

挂网和肋梁(加强筋)绑扎安装完毕，经监理验收完毕后即可喷射面层砼。喷射砼配比C20；喷射厚度不小于设计厚度。按规范要求制作试块，试块为100 mm×100 mm×100 mm，每喷射500 m2做一组试块，养护28 d后送检。

4 施工中出现的问题及处理措施

4.1 施工中出现的问题

在基坑支护钻孔灌注桩、单轴搅拌止水帷幕桩及支护冠梁施工疏干井成井并抽水7 d后进行土方开挖，当挖至自然地坪下3.5 m左右后，出现了下列问题：

(1)基坑内的土始终处于饱和状态，由于坑内土体处于软塑状态，使得锚杆钻机无法固定。

(2)锚杆无法成孔，因地层处于饱和状态，锚杆所经过的地层为软塑状态的黏土或稍密、中密状态的饱和粉细砂，锚杆钻机拔出后，钻孔出现严重的缩径或塌孔，使得钢绞线无法下入。

(3)止水帷幕为单轴搅拌桩，由于单轴搅拌桩本身或施工不精细的原因，导致坑外土体在开挖后大量涌入坑内，坑外也出现了轻微的地面沉降。

(4)坑内水位短时间无法降低，导致坑内土体处于饱和及超饱和状态，挖掘机及其他大型设备无法进入。

施工现场见图3。

图3 施工现场图

4.2 采取的处理措施

4.2.1 锚杆钻机的稳定

针对锚杆钻机因地层太软无法固定，特别是在钻机钻进过程中因地层太软或液化问题，采用了木板铺垫于钻机底部，可有效解决钻机的稳定问题。

4.2.2 锚杆无法成孔的问题

针对普遍锚杆无法成孔导致杆体无法下入的问题，采用了自进式锚杆，见图4。自进式锚杆的原理是：用中空螺旋钻杆(螺旋钻杆根据设计要求的杆体强度提前制作)，用M20水泥浆液做为循环液进行钻进，前端做尖翼钻头两端开孔。根据设计要求，计算好锚固段的螺旋钻杆的长度，当钻进深度等于锚固段长度后，再接加与设计强度一致的普通钻杆，在普通钻杆外套上与普通钻杆长度相等的 PPR塑料管，在孔内一侧把PPR塑料管用胶体密封，继续钻进，每加一普通钻杆前都提前外套PPR塑料管并与已下入孔内的塑料管用热合方法连接，如此施工直至达到原设计锚杆长度为止。最后在注入M20水泥浆，直至水泥浆溢出。

图4 自进式锚杆

4.2.3 帷幕涌水涌土问题

本工程所用的帷幕类型是单轴搅拌桩，由于单轴搅拌桩的自身缺陷及施工原因，导致帷幕局部涌水涌土涌砂。由于工期紧且基坑第一层已开挖，再采取通常的帷幕补救措施(比如高压旋喷、三轴搅拌桩等)已不现实，根据现场开挖实际情况，项目部决定用多台小型挖掘机先在坑壁侧分布在不同位置 ，由原来的每层直接挖至下层锚杆，每段开挖20m变为每层开挖深度0.3～0.5 m，每段开挖长度2～3 m，开挖后利用其短时间段可自穏的岩土特性，立即对其进行砸入木桩，并挂网喷面并用混凝土渗入速凝剂对其进行喷面，在有明水涌出处用塑料管导出，待约8 h后再进行下部地层的开挖，如此反复，直至开挖到坑底。

4.2.4 针对基坑内水位过高的问题

因本设计降水方式为大口径降水，且降水时间过短，导致短时间坑内水位无法降低，且由于帷幕失败导致坑内有明水存在，项目部采取了如下补救措施：

(1)在开挖过程中坑内靠近坑壁侧设置排水沟及降水井，用水泵把明水随时排出坑外。

(2)大口井降水水泵尽量放至井底位置，并做到井内存水即抽出。

(3)在坑内每隔1.5 m施打∅108 mm的小钻孔，孔内用中粗砂填实并在其中下入直径56 mmPPR塑料管，外接小型真空泵，用真空泵把小型砂井的水随时排出。

4.3 施工效果

经过以上施工方法能在较短时间内基坑施工并土方开挖完毕，经过检测，在采取如此方法后，基坑周边土体及围护结构始终处于安全状态，基坑施工完毕，建筑单位在地下施工时未发现隆起、坑壁涌土的情况，支护系统未出现位移过大的现象，见图5。

图5 施工完成后的深基坑

5 结语

在地下水位较高、颗粒较细的砂或土体中进行基坑开挖时，不能用单轴搅拌桩进行止水帷幕。因地层土体颗粒较细，采用大口井降水短时间内很难达到要求，可采用大口井及砂井相结合方式进行降水。因传统锚杆的工艺问题，在软塑状态、饱和砂土中无法成孔，可采用自进式锚杆进行锚杆施工。自进式锚杆具有钻、注、锚一体化的功能，是一种先进的锚固体系，能够解决施工时的塌孔问题，保证在复杂地质条件下的注浆效果，所需的机具设备、材料没有特殊要求，工艺简单，具有很大的应用价值。

2016-10-26

白玉坤，(1980-)，男，山东金乡人，山东省华鲁工程总公司副总经理，探矿工程师，国家注册一级建造师，国家注册安全工程师，主要从事桩基础施工与管理工作，Tel:0537-3424915。

TU473

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1009-282X(2017)01-0038-05