鑫苑名家项目基坑支护及降水工程实例分析

王立建

【摘要】本文针对鑫苑名家项目基坑支护及降水工程实例进行了研究，为新建、改建或扩建房屋建筑物和附属构筑物设施所进行的规划、勘察、设计和施工、竣工等各项技术工作的工程实体。工程主要分为6个地块，按6个独立基坑进行开挖调查，该地地质条件为淤泥质粉质粘土～粘土，物理力学性质较差;本文主要围绕桩锚支护，土钉墙支护，截水帷幕施工，对软弱地层进行超前支护为主进行研究。

【关键词】基坑支护;降水工程;鑫苑名家

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.05.048

1、 工程概况

该工程建筑面积约700000㎡，单体建筑47栋，其中8层18栋，18层7栋，25-33层21栋，3层幼儿园1栋，地下车库6栋。拟建场地位于济南市，交通便利。

1.1 基坑概况

本工程分6个地块，按6个独立基坑进行开挖，各基坑概况见下表1：

1.2 地质条件

（1）场地地层

①杂填土（Q4ml）：杂色，稍湿～很湿，松散～稍密，主要混碎砖块、碎石、混凝土块等建筑垃圾。其中在场地的Ⅱ-1、Ⅱ-5地块局部混生活垃圾。该层厚度为0.80～7.10m，平均3.10m[1]。

②粉土（Q4al）：黄褐色～褐黄色，稍密，很湿～湿，含少量云母片，见贝壳碎屑。该层厚度为0.50～2.70m，平均1.37m;层底埋深为2.50～6.00m，平均4.45m。

③-1淤泥质粉质粘土～粘土（Q4al）：灰褐色，流塑，含少量有机质，局部夹粉土薄层。该层在场地内零星分布，主要以透镜体形式出现。该层厚度为0.50～2.20m。

④粘土夹粉质粘土（Q4al）：灰褐色，软塑～可塑，含少量氧化铁斑点，局部相变为粉质粘土。该层厚度为1.30～6.40m，平均3.86m;层底埋深为6.00～9.20m，平均7.62m。

⑤粉质粘土夹粉土（Q4al）：灰黑色～灰褐色，可塑，局部软塑，含有机质及腐殖质，稍具光泽反应，局部相变为粘土。该层局部分布有粉土（即④-1层）。该层厚度为2.50～7.40m，平均4.46m;层底埋深为10.10～13.40m，平均12.07m。

⑥粉质粘土（Q4al）：浅灰色，可塑～硬塑，局部坚硬，含有机质，混少量小姜石。该层部分钻孔未揭穿，揭露厚度为2.50～6.50m，平均4.07m;层底标高为5.91～10.01m，平均7.84m;层底埋深为14.60～18.50m，平均16.16m。该层分布稳定，为中压缩性土。

⑦粘土混姜石（Q3al+pl）：灰黃色，硬塑为主，局部可塑、坚硬，含铁锰氧化物及其结核，混约5%～10%左右的姜石，局部姜石含量较高，可达20%～40%，姜石粒径约1～3cm。

⑧粉质粘土～粘土（Q3al+pl）：棕黄色～浅棕红色，可塑～硬塑，局部坚硬，含铁锰氧化物及其结核，偶见姜石，底部混有多量的闪长岩风化碎屑物及少量的圆砾。该层厚度14.10～22.50m，平均18.48m;层底埋深33.90～42.80m，平均39.08m。

⑨强风化闪长岩（K）：灰绿色，密实，湿，粒状结构，块状构造，主要矿物成分为长石、角闪石、辉石、黑云母，裂隙发育，原岩结构大部分破坏，岩芯多呈砂状、碎块状，局部可采取短柱状岩芯，采取率约20%～30%，RQD=0，为极软岩，极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层厚度为0.50～5.60m，平均1.66m;层底埋深为36.30～43.00m，平均40.29m[2]。

⑩中风化闪长岩（K）：灰绿色，粒状结构，块状构造，主要矿物成分为长石、角闪石、辉石、黑云母，结构部分破坏，风化裂隙发育，岩芯呈短柱状、柱状，节长一般10～20cm，最大70cm，岩芯采取率75～85%，RQD=60～70，为软岩～较软岩，破碎～较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ～Ⅴ级。该层未揭穿，最大揭露厚度7.20m，最大揭露深度48.00m，最低揭露标高-24.17m。

（2）基坑支护设计岩土参数

涉及基坑设计的各层土的岩土参数如下表2：

（3）基坑周边径流及地下水概况

场地西侧为东泺河，河东岸距拟建场地西侧后退红控制线约30m，河宽10m 左右，自南向北径流，并担负着季节性防洪排水，河岸采用浆砌毛石砌成，水深约1.0m（标高约22.0m）。该河流经过上游河道治理和分流，丰水期能够有效起到排水作用。

场地北侧为小清河，河南岸距场地用地红线约50m，河水自西向东流淌，常年不断，属济南市区主要河流，设计防洪标准高，作为市区防洪排涝的主要通道，小清河现在正在治理中，场地北侧所属标段已基本整治完成，勘察期间，河水水深约1.0m（标高约20.0m）。

场地西侧为柳行头河，河东岸距拟建场地东侧用地红线约30m，河宽10m 左右，自南向北径流，并担负着季节性防洪排水，河岸采用浆砌毛石砌成，水深约1.0m（标高约22.0m）。

勘察范围内，场地地下水为第四系孔隙潜水，主要补给来源为大气降水及地下径流。勘察期间，从钻孔内测得地下水静止水位埋深为1.80～4.10m，水位标高为19.93～21.84m，由南向北偏西方向排泄，根据调查及搜集有关资料，水位变化幅度约为1.50m～2.00m，丰水期水位标高可按23.00m。

1.3 基坑周边环境概况

①Ⅱ-6地块基坑东侧：基坑开挖上口线距离电力一公司宿舍楼最近约23.0m;

②Ⅲ地块基坑东侧：基坑开挖上口线距离历山北路最近约4.1m;

③Ⅱ-4地块基坑南侧：基坑开挖上口线距离电力一公司宿舍楼最近约42.0m;

④Ⅱ-5地块和Ⅱ-6地块基坑南侧：基坑开挖上口线距离水屯北路最近约15.8m;9AD4D60A-5422-4593-85AF-B82A4E2257F3

⑤Ⅱ-1地块和Ⅱ-5地块基坑西侧：基坑开挖上口线距离东泺河东岸最近约27.2m;

⑥Ⅱ-1地块、Ⅱ-2地块、Ⅱ-4地块和Ⅲ地块基坑北侧：基坑开挖上口线距离清河南路最近约25.0m;其中，电力一公司宿舍楼均为6层，采用灌注桩基础，基础埋深2.5m，阳台为悬挑结构，如图1。

2、基坑支护方案

2.1原支护方案

本工程由省内某勘察单位进行了支护设计，共分20个剖面，其中III地块北侧因在基坑开挖前建设售楼中心，空间较小采用桩锚支护，其它区段均采用土钉墙或复合土钉墙支护。

（1）土钉墙支护

按1：0.5放坡;土钉竖向间距为1.5～1.8m，水平间距为1.0～1.4m，长度为6.0～13.5m，土钉孔径均为150mm。

（2）复合土钉墙支护

按1：0.5放坡;土钉竖向间距为1.8m，水平间距为1.2～2.4m，长度为6.0～13.5m，设置2层锚索，水平间距2.4m，长度为15.0～16.0m。土钉、锚索孔径均为150mm。

（3）桩锚支护

支护桩采用桩径φ800mm钢筋混凝土灌注桩，桩间距为1.20m;设置2层锚索， 2桩1锚，间距为2.4m，锚索孔直径为150mm，采用二次压力注浆，杆体为φ15.2钢绞线，采用2根22B槽钢腰梁连接;桩间土面层厚度为80mm。

2.2 变更后的支护方案

场地分布的第②-1淤泥和第③层黏土工程性质软弱，原支护方案未采取超前支护，开挖至第②-1淤泥和第③层黏土时基坑迅速产生巨大变形，导致基坑坍塌，原方案难以实施，结合基坑深度、地质条件及周边环境情况我院对支护设计方案进行了变更，共分32个支护剖面，分别采用水泥土墙+土钉墙、桩锚+土钉墙支护。

（1）水泥土墙+土钉墙支护

基坑深度为4.5～7.7m，下部采用水泥土挡土墙，墙顶标高与第②-1淤泥和第③层黏土层顶标高相当，水泥土挡土墙以上按1：0.5放坡，采用土钉墙支护方式。水泥土墙为格栅式挡墙，采用深层搅拌桩搭接成墙，桩径为600mm，嵌固深度为4.0～4.5m，墙厚2.1～3.6m。水泥土强度大于2.5MPa，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，掺入量为75kg/m，桩顶高出上部土钉墙坡脚200mm。全桩两喷四搅，深层搅拌桩横向间距为500mm，搭接100mm，纵向间距为500mm，搭接100mm。土钉孔直径为120mm，杆体材料采用HRB335钢材，与水平面夹角均为15°，在填土层和软土层内如果成孔困难，可采用锤击钢管，管内注浆成钉，钢管为直径48mm壁厚3mm的普通焊管，注浆压力为0.5MPa左右。坡顶2m宽范围、土钉墙坡面及水泥土墙墙顶喷射混凝土面层，喷面混凝土采用水泥：中砂：0.5-1碎石比例为1：2：1.8，强度C20，喷面厚度不小于80mm。

（2） 桩锚+土钉墙支护

基坑深度为8.75～11.0m，深度3.6～4.0m以下采用桩锚支护;以上按1：0.6放坡，采用土钉墙支护。支护桩桩嵌固深度为6.00m，桩径800mm，桩间距1.50m，设两层自钻式锚杆，一桩一锚或两桩一锚，间距1.5m或3.0m，锚杆为1根40/24自进式锚杆，锚孔直径为150mm。土钉采用锤击钢管工艺，杆体材料采用直径48mm壁厚3mm的钢管，与水平面夹角均为15°。坡顶、土钉墙坡面及桩间土采用挂网喷射混凝土保护，钢筋网规格为6.5@250mm×250mm，坡顶、土钉墙坡面喷面厚度不小于80mm，桩外喷射面层厚度不小于60mm。

3、地下水及地表水控制

（1）基坑采用周边管井、坑内疏干井和集水明排相结合的降排水方案。为了确保周边环境安全，在东、南、北三侧设置了双排搅拌桩止水帷幕。

（2）基坑周边降水井，井间距为15.0～16.5m，井深为11.5～16.0m;坑内疏干井间距为20.0～30.0m，其井深为12.5～16.5m。

（3）基坑周边坡脚外0.4m处设置300×300明沟，根据基坑底部实际情况，选择在各个基坑拐角处和边坡坡脚每30m设置1000×1000×1000集水坑，集水坑中下入井管和滤料，将明沟内的水汇集在集水坑内，然后用水泵将集水坑内的水排出坑外。

（4）在场地东、南、北三侧设置双排搅拌桩止水帷幕，搅拌桩深度控制在比相应的降水井深约1.0m;搅拌桩内壁应尽量距离相应一侧的基坑开挖上口线10.0m，局部地段根据边坡土钉长度或场地情况做适当调整。水泥土搅拌桩直径为500mm，搭接200mm，水泥采用P.C32.5复合水泥，掺入量不小于12%，为保证止水帷幕施工效果，要求进行试喷试验，以有效验证帷幕设計施工参数。试喷点取各个地块有帷幕一侧各一点，取芯点宜布置在墙体中心线上相邻两桩的搭接处，宜自上而下分段钻孔和取芯检验。止水帷幕渗透系数要求不大于10-7m/s。

（5）为防止周围建筑物的不均匀沉降，在建筑物与帷幕之间，距帷幕约1.0m～1.5m，井点间距10m，井深5.0m，距离降水井间距不宜小于6m。回灌井与降水同时运行。回灌方案为：由汇水总管连接水量控制阀引管至回灌井，根据地下水变化情况，随时调整控制阀，控制回灌量及井内水位标高。

4、基坑工程施工

基坑工程自2010年9月开始施工，完成周围截水帷幕施工后，首先对Ⅱ-1地块进行分层开挖及支护施工，至2011年4月基坑挖深4～5m，揭露第②-1淤泥和第③层黏土一定厚度，基坑迅速变形，2d内基坑坍塌，相应深度的土钉施工未能完成施工。征得建设单位和原设计单位同意后，我院对基坑设计进行了变更，变更的设计方案对第②-1淤泥和第③层黏土均采取了超前支护措施，深度小于8m的基坑采用水泥土墙+土钉墙支护，深度大于8m的基坑采用桩锚+土钉墙支护。

采用变更支护方案后基坑工程实施顺利，至2013年3月各地块基坑均开挖完毕，至2013年8月全部回填完毕。

5、基坑监测

本基坑进行了基坑坡顶沉降、坡顶水平位移及深层水平位移测量;周围建筑的沉降测量;锚索拉力监测。Ⅱ-1地块基坑深度3.5m以上地层以填土为主，开挖深度小于该深度时，基坑变形正常，揭露第②-1淤泥和第③层黏土后基坑位移迅速发展，直至坍塌。采用变更支护方案以后，经监测发现，基坑及周边环境变形、锚索内力均在预计范围内，说明支护方案可行，支护效果良好。

6、小结

（1）场地第②-1淤泥和第③层黏土物理力学性质较差，均为软弱地层，在济南西至京沪铁路、东至二环东高架小清河两侧均有分布。

（2）软土地区土钉墙支护方案应慎用，宜对软弱地层进行超前支护，水泥土墙或桩锚支护是可行的方案，为了有效减小支护结构的土压力，软弱地层以上的地层可采用放坡处理，即适当降低超前支护结构的顶标高，为了保证放坡部分自身的安全，可与土钉支护进行结合。

（3）软弱地层中锚杆的锚固段应设在软弱地层以下，为了保证其成锚质量，采用自钻式锚杆是可行的方案之一。施工完成的自钻式锚杆端部（锚头处）较普通锚杆端部更亦破坏，应注重保护。

（4）淤泥和软黏土中的水泥土搅拌桩宜形成桩周硬中间软的“糖心”现象，可能是水泥浆不宜与软弱土体拌合均匀等原因造成，建议该区段进行成桩试验，并复搅。

（5）水泥土墙顶、侧面层能有效加强其整体性，建议采用水泥土墙支护时设置面层，并加强面层配筋和面层与墙体的连接。

参考文献：

[1]王亚非，杜红可.浅析喀喇沁旗南湾子金矿床区域地质特征[J].2016（2）：162.

[2]赵印良.南宁盆地泥岩风化带划分讨论[J].2021（1）：82-84.9AD4D60A-5422-4593-85AF-B82A4E2257F3