土建基础施工中深基坑支护技术工艺分析探讨

陈 亮 陈 爽 董 行

中交一公局第三工程有限公司

1 前言

近年来，深基坑支护技术日渐纯熟，防护效果逐步突显，滑坡、坍塌等安全事故的发生几率呈现出明显的下降态势。在实际施工过程中，工程技术人员也积极借鉴先进的技术经验，并结合土建工程项目所处的地理位置、地质条件与建筑规模等信息，不断对支护技术进行创新，在确保施工质量与安全的前提下，提高了施工进度。

2 深基坑支护主要技术类型

2.1 高压旋喷桩技术

高压旋喷桩技术工艺适用于淤泥质土、可塑黏性土、砂土、黄土及碎石土等土建基础。技术工艺流程包括：测量放线、确定孔位、钻机钻孔、下喷射管、搅拌制浆、给水供气、喷射注浆、冒浆、旋摆提升、成桩成墙、充填回灌。在钻机钻孔阶段，钻孔口径需要大于喷射管外径20mm～50mm，以保证在喷射浆体时能够正常返浆、冒浆，同时，为了确保钻孔垂直，每钻进5m的深度，需要用水平尺测量机身水平与立轴垂直一次，当钻孔深度小于30m时，孔斜率不得大于1%。在喷射注浆阶段，如果喷射过程因故中断后，在恢复喷射时，必须进行复喷，复喷的搭接长度不得小于0.5m。如果孔内出现漏浆情况，应停止提升，直到不漏浆时，继续提升。高压喷射注浆结束后，应当及时清洗灌浆泵及输浆管路，防止喷嘴或者管路堵塞。

2.2 钻孔灌注桩技术

钻孔灌注桩技术工艺适用于粘性土、砂土、砾卵石、碎石、岩石等土建基础。根据护壁形成方式的不同，可以分为泥浆护壁施工法以及全套管施工法。泥浆护壁施工法的工艺流程是：场地平整、制备泥浆、埋设护筒、安装钻机、钻机成孔、清孔、放置钢筋笼、灌注混凝土、拔出护筒。全套管施工法的工艺流程是平整场地、搭建工作台、安装钻机、压套管、钻进成孔、放置钢筋笼、放置导管、浇注混凝土、拉拔套管。全套管施工法适用范围广，在各种土质的地基中均可使用，而且能够建造比预制桩直径大的多的混凝土桩，但是，由于在灌注混凝土时，始终处于泥水当中，这就增加了混凝土质量的控制难度，另外，全套管施工法耗费时间长，成孔速度慢，在钻孔过程中产生的泥渣极易对周边环境造成污染[1]。

2.3 地下连续墙技术

地下连续墙技术工艺适用于基坑深度大于10m的软土地基或者砂土地基当中，主要工艺流程包括：导墙、泥浆护壁、成槽施工、水下灌注混凝土、墙段接头处理等。在导墙施工中，导墙的深度一般控制在1.2m～1.5m 之间，墙顶高出地面10cm～15cm，这样能够有效防止地表水流入地基导致泥浆质量下降。在成槽施工中，施工机械的选择至关重要，对于软土质，地基深度在15m以上时，选用普通导板抓斗，对于密实的砂层或者砾土层选用多头钻或加重型液压导板抓斗，对于大颗粒卵砾石土层通常选用冲击钻。地下连续墙支护技术施工噪声小，墙体刚度大，防渗性能好，是深基坑支护施工中较为常用的一种技术类型。

2.4 土钉墙支护技术

土钉墙支护技术适用于具有一定粘结性的粘性土、粉土、黄土或者砂土地基当中，土钉类型主要分为钻孔注浆型、直接打入型以及打入注浆型三类。在施工过程中，土钉墙墙面的坡度不得大于1：0.2，土钉的长度通常是开挖深度的0.5～1.2 倍，间距保持在1m～2m 左右，与水平在的夹角介于5°～20°之间，土钉钢筋的直径宜为16mm～32mm，一般选用HRB400、HRB500 级的钢筋，土钉墙喷射混凝土面层配置的钢筋网直径宜在6mm～10mm 之间，间距宜为150mm～300mm之间，混凝土强度不得低于C20，混凝土面层厚度不得小于80mm。土钉墙支护技术的特点是施工设备简单、施工效率高、施工工期短、投入成本低、施工噪声小，并且对周围其他建筑不会产生负面影响。

3 土建基础施工中深基坑支护技术工艺应用案例

下面针对土钉墙支护技术在土建基础施工中的实际应用案例，对深基坑中的土钉墙支护技术要点以及应用效果予以阐述。

3.1 工程概况

该民用住宅的楼高为16 层，建筑高度为60.50m，总建筑面积为16998m2，土建基础采用钻孔灌注桩，设一层地下室，基坑的开挖深度为自然地坪下6.1m，开挖面积为61m×28m，主体建筑为砖混结构，基底埋深2m，与基坑的距离为6m～10m。该住宅楼所处位置的地下水位深度为9.2m～11.0m，地基开挖土层自上至下依次为杂填土、黏土层、中细砂、中粗砂。其中历史遗留建筑垃圾层的平均厚度为1.1m，黏土层的平均厚度为3.6m，中细砂土层的平均厚度为2.7m，中粗砂的总厚度为14m。经过实地勘测及反复研究决定，该项目土建基础中的深基坑支护施工采用土钉墙技术工艺。

3.2 土钉墙参数设定

遵照施工组织设计与施工图纸要求，该民用住宅地基基坑侧壁的安全等级为三级，重要性系数为γ0=0.9，根据土钉支护技术规程的设计方法，对土钉墙各部件进行参数设定，验算结果如下：基坑边坡的角度为70°，土钉长度为3m～4m，钉体选用50×50×5mm 的角钢，土钉的设置形式分为两种，一种是直击法，即直接将土钉打入土层当中，向下倾斜的角度为5°，另一种是采取钻孔注浆的方法形成土钉，钻孔直径为60mm，向下倾斜的角度为20°，灌注的水泥浆强度为M10级。土钉的水平与竖向间距的取值均为1.2m，面层喷射的水泥砂浆厚度为80mm，砂浆等级为M20，钢筋网的直径为6mm，面积为200×200mm。

3.3 土钉墙技术工艺流程

该民用住宅土建基础中的土钉墙支护工艺流程主要包括基面开挖、布设钢筋网、制作土钉、土钉设置、喷射面层砂浆以及面层养护。首先是基层开挖工序，挖掘机械选用反挖掘机，并遵循“逐层开挖”的原则，每一层的开挖深度为3m，工作面长度为10m～15m，为了保证平整度以及受喷面的放坡角，在挖掘过程中应当预留出10cm～20cm的土层，并通过人工削坡的方式，将坡角控制在70°左右，这样，能够给施工作业留有足够的作业空间，为支护施工的顺利展开提供有利条件。在制作土钉时，选用选用50×50×5mm 的角钢，而钢筋网下料编扎成6×3.1m 的钢筋网片，土钉一端切割成尖锥状，这样有利于土钉植入土层[2]。在施工过程中，基坑上层的黏土与粉质土层，采用钻孔注浆土钉，排布形式按照梅花形来布设孔位，钻孔机选择轻便式的凿岩钻孔机，并利用特制的螺旋形钻头，当钻孔工序结束后，借助于空压机将冷风吹入孔内，以达到清除孔内杂物的目的，钻孔清理完毕，方可植入土钉，并将土钉送入孔底，当土钉触及底基时，应当抽回一定距离，使外露的土钉长度足够喷射面层厚度。土钉安装就位后，采用重力式灌注法向基坑内灌注砂浆，浆液顺着V型槽缓缓流入钻孔，也可以借助灌浆管完成该道工序。对于基坑下层的砂质土层，则选用长度为3m的土钉，利用锤击法，将角钢土钉锤入土体，在人工锤击时，应掌握好力道与锤击角度，避免角度倾斜导致土钉端头出现劈裂现象。

当基坑内土钉设置完毕后，将预制好的钢筋网挂在外露的土钉上，同时打入30×Φ14mm的钢筋钉，确保土钉外露10cm，并将网钉用细铁丝绑扎牢固，钢筋网与坡面的净距离应保持在2cm～3cm。土钉端部与面层采用50×Φ25mm 的短筋予以连接，并按照3×3m的网距来放置排水管，排水管的材质通常选择PVC管材，当上述工序结束后，方可喷射混凝土。配制混凝土所需的水泥强度等级为425R的普通硅酸盐水泥，中粗砂与含水量的配合比值为1：2。喷射时按照由上至下，由左到右的顺序，以直径为60cm～80cm 画弧并螺旋式前进，喷头距离喷面80cm～100cm，喷射结束后，及时对混凝土面层进行喷水养护，养护时间通常为7天，这样能够保证混凝土的力学强度满足标准要求。

3.4 施工监测与应用效果

通过对施工全过程的监测，土钉墙体的最大变形量为15mm，一般变形部位的变形量都小于10mm，最大沉降量为5mm，而且混凝土面层并未产生开裂现象。由于在基坑开挖过程中，发现基坑土层性状发生了改变，部分区域存在大量的淤积土，性状较为松散，因此，为了收到理想的支护效果，在设置土钉时，将土钉间距缩小1m，土钉的长度值变为6m，这样，能够有效避免土体坍塌事故的发生。通过现场施工实践验证，该住宅楼基坑采用土钉墙支护技术，不但能够起到较好的防护作用，而且也为施工单位节省了大量的资金。如果采用深层搅拌桩的施工方案，单造价达到375元/m2，支护总价为45万元左右，而利用土钉墙支护技术，能够节省近20万元的费用，单方造价仅仅为208元/m2。另外，施工进度与工期层面看，土钉墙施工不需要占用独立的工期，与挖土工期始终保持一致，而如果采用深层搅拌桩技术，必须预留出45天以上的单独施工时间，由此可以看出，土钉墙支护技术具有防护性能好、操作简单灵活、施工效率高、节省投入成本等诸多优势。

4 结束语

深基坑支护是土建基础施工当中一项重要的防护技术，对稳固地基，确保建筑工程整体质量发挥着不可替代的保障作用，因此，施工单位在实际施工过程中，应当结合深基坑类型，科学合理选用针对性强、适用性好的支护技术，在保证施工质量的前提条件下，实现经济效益最大化。