探究多种支护形式在超大型深基坑中的施工技术

（甘肃第六建设集团股份有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

咬合桩是利用套管钻机施工，进而在混凝土（砼）初凝前使相毗邻的前施工的桩体和后施工的桩体相嵌并形成良好的防渗作用，最后演变成整体咬合支护体。目前城市建筑在地下设置1～2 层连通车库逐渐成为常见建筑形式之一，该类基坑建设规模大，不同部位的挖掘深度有很大差异性、周边环保要求各不相同等特点，单一支护设计施工很难较好的满足工程安稳性、合同工期要求等[1、2]。在这样的工况下，很多施工方提倡采用多种支护结构的组合形式，在使基坑施工安全得到一定保障的基础上，有助于压缩工程的建设成本及满足工期要求，进而协助施工方创造出更大的经济效益。

1 工程概况

兰州城关区深基坑强风化砂岩层暴露厚度为4～5m，欠缺均匀性，其强度达到了400kPa，胶结性偏差，砂岩出现不同程度的软化。强风化砂岩层裂隙水丰富、未检测到压力，在挖掘砂岩层以后，快速渗出裂隙水、水量大，分布不确定及无规律。这在很大程度上了加快了暴露后砂岩崩解速度（＜5min），边坡软化潜蚀现象较为显著。施工中阶段拟定使用素混凝土桩+高压旋喷桩咬合支护技术去进行止水、止砂，一方面能保护了坡脚，另一方面还发挥了止水帷幕的作用，基坑开挖施工作业顺利完成[1-2]。

2 素砼桩+高压旋喷桩咬合桩施工

2.1 施工特征

（1）在超厚不均匀风化砂岩层固化、止水施工阶段采用该种支护技术，其能发挥止水帷幕作用，对砂岩层内裂隙水的渗出过程能起到较好的阻断作用，减少了砂岩层潜蚀及基底坡脚软化等情况，强化了边坡结构的安稳性。

（2）风化砂岩层内布置砼桩，而后配合机械设备进行引孔扰动、高压旋喷成桩，解除了既往高压旋喷桩在风化砂岩层内施工时遇到的难题；通过规范设置咬合桩，使止水帷幕的止水效果得到更大保障。

（3）为确保咬合桩施工质量及实现低成本，建议于基底之上4m 范围支护桩内侧利用素砼桩、高压旋喷桩对基底进行加固，使坡脚更加稳定、牢固[3]。

（4）高压旋喷桩旋喷结束后，由桩顶到桩底插进DN100 钢管、在素砼桩及旋喷桩桩顶部布设钢筋砼冠梁等方法，强化桩体的刚度，具备止水这一基础功能的同时，砂岩层挖掘后也对后边坡起到了支护作用。

（5）基坑支护阶段，配合使用桩锚支护，开挖与喷固化同步进行的方法，以规避因砂岩层裸露在空气内引起的风化问题，而后再进行挂网喷射面砼操作。

2.2 适用范围

本施工方法在裂隙水充足的风化砂岩层裸露偏厚，基坑支护桩中表现出了良好的适用性，打造出止水、止砂帷幕工程或对砂岩层易软化的基坑坡脚起稳定作用，也可用于防控基底发生软化情况。

2.3 工艺原理

先施工布设素砼桩，而后配合引孔钻机进行预松动，高压喷射注浆对砂岩层进行切割，实现加固土体或在空气—水的冲击作用下，置换砂岩层内浆液，进而去固化砂岩层。当高压喷射注浆固结体与素砼桩形成帷幕，将地下水体隔离，实现止水、止砂[4]，以防风化砂岩层由于遇水而在空气内坡脚风化、软化快速进行，对流砂现象的形成能起到一定阻断作用，能显著提高边坡的抗压和抗剪强度。

3 具体施工方法及控制关键点

3.1 素砼桩施工

素砼桩施工之前要依照场外已知坐标基准点，测量并设置桩心坐标，各根桩均需要进行定位放线处理，利用钻机实现素砼桩的顺利成孔，确认成功后压灌适量C30 砼，素砼桩利用分段施工办法，旋喷桩紧随其后进行，要确保其之间维持适宜的施工距离。施工关键点主要有：

3.1.1 试成孔及确定工艺参数

本工程项目采用长螺旋成孔压灌桩，试桩的目的是使施工质量得到更大保障，借此方式去校验施工工艺参数的合理性，素砼桩开工前，需进行单次整体议备试连转，同种成孔设备、设计方案、地质条件试成孔数目≥3 根。参照不同地层应用的钻头内径、形式等工艺参数施工阶段选择相配套的依据。

3.1.2 钻机就位：

就位之前要核对图纸与桩位，桩顶标高，其均要和工程设计要求相吻合，钻机一定要铺垫平稳，钻架垂直稳固，在钻头对准柱位以后方可进行开钻操作。实时观察钻机支架的垂直度并及时整顿。

3.1.3 桩垂直度

具体是在钻机就位时，整顿桩身垂直度，要求其垂直度偏差在±1%之内，如果察觉到出现钻机倾斜等状况，隐瞒暂停钻孔操作，待纠正后再成孔。

3.1.4 标高管控

依照勘测院提供水准点，并结合施工场区标高验孔报告，测算出控制点引到施工现场并实施相应的维护措施，而后精确测算出其进入地下的实际深度。严格依照设计桩长度施工至设计数值。

3.1.5 开钻

该项工序执行前一定要认真检测钻头内径，禁止出现开口钻进的情况，当钻尖触及到地面时，要减缓下钻速度，并依照试桩情况合理设定有关工艺参数。

进入到软硬层交界时，要确保钻机的垂直度达到设计要求，缓缓进入，钻进阶段要实时检查桩孔垂直度指标，并认真记录相关信息。

3.1.6 终孔

钻至设计标高以后，由工程参加方协同进行终孔验收，验收达标并记录好相关信息后，可以进入到压灌砼施作工序[5]。

3.1.7 灌注砼施工

要确保该项工序持续推进，施工方要提前预定好砼，确保其符合要求，直到设计桩顶标高，形成素砼桩。

3.2 高压旋喷桩施工

3.2.1 引孔松动

鉴于本工程风化砂岩层硬度偏大的情况，建议旋喷桩施工前先用外径ø450mm 螺旋钻机通过钻孔操作引松砂岩层，孔深进而旋喷桩设计深度等同，孔位和设计要求之间形成的偏差≤50mm。砂岩层内各桩设置的孔位钻引孔数≥3 个。

3.2.2 旋喷桩施工

①试桩以及确定工艺参数

本工程高压旋喷桩应用单管法进行喷射，为使施工质量有所保障一定要进行试桩。选用水泥净浆作为注浆材料，P.OR42.5 级普通硅酸盐水泥，设计水灰比1：1。通过数次对土体干扰引松处理后，总结旋挖钻机施工及注浆试验数据后发现，当注浆压力达22MPa 左右时，浆液能整体进到土层预设旋喷桩桩径范畴中，开挖检测确认成桩成效优良，和土体固结稳定。据此确定注浆压力22MPa，喷头提升速度10-15cm/min，特殊工况下进行反插，加强拔杆速度的控制。

②钻机就位：

具体是把钻机安置于设计孔位上，钻头对准孔位中心，纵、横向偏差≤20mm。钻机就位后，一定要进行水平校正，以确保钻孔的垂直度偏差≤1%。在本工程项目中，控制单节套管（8m）、整根套管（15m～25m）的顺直度偏差分别在5mm、10mm 之内。可以采用如下方法进行检测：在地面上检测并放出两条互为平行的直线，把套管安放在两条直线之间，而后采用线锤与直尺进行检测。

③插管与试管

插管操作中，为规避发生泥砂堵塞喷嘴情况，射水与插管操作可以同步进行，水压力通常控制在1MPa 之内。如果压力过高，很可能导致红砂岩遇水风化、软化加速，容易造成孔壁射塌。

在确认注浆管插进预设深度后，需进行清水试压，直至设备和管路情况正常后，方可以进行高压注浆施工。

④旋喷高压注浆作业

在旋喷管插进预定深度后，应快速组织工人依照设计要求配制、拌和浆液，选用水泥浆作为浆液，指挥人员宣布旋喷开始时，基于旋转形式去提高旋喷管，从下至上持续喷浆。

⑤喷射完成与拔管

在检测到注浆抵达设计高度以后，拔出喷浆管，注浆完成时把浆液填进孔内，清理到多余的浆液。高压旋喷桩施工整体结束后，将DN100 钢管快速插入其中，借此方式去强化旋喷桩自身的刚度，不仅能发挥止水的作用，针对挖掘砂岩层以后形成的边坡还能发挥一定支护作用。将C20 钢筋砼冠梁安置在桩顶，冠梁宽和旋喷桩排宽一致，借此方式使各个旋喷桩衔接在一起。

3.2.3 基坑二次排水

①将盲沟设置于咬合桩内侧，在盲沟中铺设卵石作为滤水层，利用卵石层、中空锚杆喷锚支护层内的泄水孔，把上层存留的多余地下水顺利的导排到盲沟，并利用盲沟中的积水顺利的导到坡角环形排水沟，而后由集水坑集中排出，规避其对下部风化砂岩层形成不良影响。

②顺着坡脚以封闭形式布设环形排水沟，把从基坑内侧渗进的地下水导进排水沟，排水沟集中到集水井内，将潜水泵安放在集水井内适当部位，利用水泵把集水井内的水从基坑排出至外部。

3.3 施工检测

本工程遵照信息化的施工原则，基坑支护阶段加强咬合桩深部水平位移、基坑坡顶沉降、地下水位等指标的监测。参照检测结果（图1），发现在基坑挖掘到-6.0m 时，总计位移值就超出了设计要求的预警指标。监测方发出预警信号以后，施工方即可暂停土方挖掘操作，而后监测方加大了监测力度，发现位移速率有不断收敛的趋势。而后伴随土方挖掘工序的持续推进，位移量有不断增加的趋势。当基坑挖掘到坑底以后，最大位移约60mm，基坑坡顶的沉降量达到17mm，和围护结构的水平位移最大值之间形成较大差距。经系统分析后认定，产生以上情况的原因主要是素填砼内块石含量相对较多，当围护结构形成侧向位移情况以后，块石出现了“骨架”，导致其沉降量和围护结构侧向位移两者的协调性明显降低[9]。

图1 围护结构深部水平位移的曲线图

基坑挖掘工序整体结束后，因为咬合桩自身具备较好的止水工程，施工监测阶段没有出现桩间漏水状况。综合分析水位监测结果，不难发现基坑内降水过程基本没有对其形成影响。

4 结束语

基于规范化的咬合桩施工过程，有效应对了传统工程复杂地质条件下的围护结构施工阶段遇到的各种难题，在确保施工进度计划顺利实施的同时，也取得了极为满意的支护、止水效果，和其他方法相比更具经济性，有较高的推广价值。