复杂地质环境下大型基坑支护与降水施工

李军平

摘要：为探讨复杂地质环境下大型基坑支护与降水施工要点及注意事项，结合北京市旧宫东站F16地块土方开挖与基坑支护项目实际情况，立足工程项目所在区域的地质水文条件，分析了基坑支护施工的方法，并论述了降水施工的目的和技术措施。分析结果表明，地质条件越复杂，基坑规模越大，则基坑支护难度就越大，若只用一种基坑支护的方式，就难以实现施工作业的需求，采取桩锚支护及土钉墻支护相互结合的基坑支护技术，并做好降水施工处理，是保证大型基坑施工质量和施工效率的关键。

关键词：复杂地质  基坑  桩锚支护  降水施工

复杂的地质环境中，由于土质情况与水文状况的影响，且受到项目的作业实施特征的限制，基坑的支护作业及相关降水作业也会变得更加困难。桩锚的支护方式、土钉墙的支护方式，皆是当下大型的基坑支护项目里，普遍使用的支护技术，但在复杂地质条件下，只使用单独的种支护技术，也许难以实现大型项目基坑作业的标准，采用相互结合的作业实施方式能够改善地下水对于支护结构的不利;同时结合有效的降水工艺，能够给大型的基坑项目作业创造良好的实施环境，保障作业的成效。

1 项目概况

工程项目位于北京市大兴区旧宫镇，东至旧桥路、南至龙泰路、西至旧忠路、北至隆华路，总体建筑面积是412 078.17m，地上的建筑面积约是282 000m，地下的建筑面积约是130 078m。

基坑的安全级别：需要参考基坑四周的地区环境、土地的条件、基坑的深度，以及破坏后果的严重程度，按照有关规范，确定本项目基坑安全等级为二级，基坑支护各剖面如图1所示。

2 长螺旋钻孔灌注桩施工

2.1 成孔

长螺旋的钻孔方式是采用大扭矩的动力头，携带长螺旋的中空杆，进行快速的干钻方式，钻孔里的土，一部分会被挤压，另一部分会运送到螺旋钻杆的叶片位置，土壤在进行上升的环节，会被挤压得十分紧致，与钻杆组合成土柱体，土柱体和钻孔之间只有几毫米的距离，土柱体钻孔与长活塞相似，在进行提钻之前不会出现坍塌的问题，即便是有地下水的地方，由于地柱和钻孔之间的距离很小，钻孔的钻速很快，地下水会从钻孔里渗出，其内存有的水非常少，所以孔内不会发生坍塌的问题。

2.2 超流态砼压灌工艺

本技术使用的超流态的砼，在于泵送混凝土和流态的混凝土，条件满足的情况下配制而成的，和易性非常好，并具备很好的流动性，坍落度也满足标准，可以实施泵送与长钢筋笼的作业。

混凝土输送泵需要经高压的管路，并与长螺旋的钻杆接在一起，中空的螺旋钻杆会带停其钻杆的回转，把拌制好的超流态混凝土，经泵管用30kPa的压力，实施压至钻头的底，再打开单向阀，混凝土压出，再推动钻杆进行上升，随钻杆的土柱一同，孔内的混凝土已满，因为孔内是高压的情况，且有钻杆的抽吸能力，所以，软地段的混凝土会充盈很多，变成扩径的桩，对优化桩的荷载能力有利。

（1）桩体混凝土采用超流态混凝土，混凝土设计强度为C25。

（2）压灌和钻杆的相互配合作业，与桩的质量密切相关，假如钻杆的提升不及时，会导致活门无法开启，让泵压超过标准，胶管被憋坏，假如钻杆提升太早，会让孔内出现负压的问题，流砂进入后，出现沉渣，对桩的质量标准带来负面影响，所以必须要控制好压灌和提升的速度，通常情况下，速度是2m/min。

（3）提钻的环节，最好不要在饱和的砂土及饱和的粉土层停滞，确保超灌的数值不小于0.5m，保障桩头的质量无误。

（4）压灌需要不间断实施。泵斗里需要有混凝土，混凝土的容量，需要大于进料口50mm左右，避免空气进入。

2.3 钢筋笼吊装

随着螺旋钻机上升，混凝土浆液被压力泵注入桩孔后，钢笼被提升。安装铁笼时应平稳工作，避免铁笼变形，下放钢笼时，应轻缓缓慢对准孔心。严禁上下攀爬或强行降低以防止倾斜。点焊成型的铁笼吊可以在客厅的混凝土中靠自重插入一定深度，如果笼子在自重的作用下较长或不能推动，可以用振动器摇晃。

2.4 编钢筋网锚喷施工

护坡桩之间的土壤需要被清理到护坡桩的中心线约150～200mm处，使用镐头或者铁锹，将桩之间的土壤摊平，再编钢筋网（8@200×200mm），竖向布置0.8m长的钢筋锚钉。横向加强筋两根=0.6m两端锚入护坡桩内不小于80mm，中间搭接焊，竖向间距1.0m。桩之间的喷射厚度是50mm，强度的级别是C20的细石砼。

桩间泥土应清扫至距护坡桩中心线约150～200mm处，桩间泥土用镐、铲铲平，并编织金属丝网。在土壤潮湿的地方，必须维护排水管道，以有效排出积水，防止地下水压力回流影响支撑结构。

喷射的混凝土，其强度的标准是C20，水泥材料、砂、石、水最初的配合比是1：2：2：0.5。水泥强度等级为P.S.A32.5，水灰比为0.5。使用含水量为5%～7%的干净细砂。使用干净的砾石，粒度不应超过15mm，喷浆机的工作压力为0.3～0.4MPa，喷涂层厚度为60mm。喷射混凝土时，喷嘴应垂直于喷射面，距离应为0.6～1.0m。工作面的喷涂顺序应从开挖层底部开始向上喷涂，由下向上进行，以防止喷出的混凝土挂在上层，增加上层的荷载。

2.5 预应力锚杆作业

核实好锚杆的详细作业区域，监理部门进行复验工作，复验无误之后，把锚杆机设备运输至作业实施区域;锚杆作业使用锚杆钻机设备，如果是在地下水位的下方作业，需要参考作业实施的实际状况，调整钻进的操作，保障成孔的效果。

锚杆机安置之，需要核实钻杆端的标高，与锚杆之间的距离满足设计的标准。安置作业完成，需要调节钻杆，直到符合设计的水平角度，钻杆的投影需要与坑壁相互垂直即可，检查无误之后，可以实施钻孔作业。

钻孔作业阶段，需要参考项目的地质情况，把控钻进的速度，防止出现钻孔中断。如果发生遇到障碍物，或者其他的问题状况，需要马上终止钻进操作，钻进至设计的标准终点，需要一点点地拔出钻头，这样可以降低拉钻杆过程的阻力。

重复操作以下步骤：钻杆安装、钻杆的起吊作业、锚索安装，一直到拔下钻杆。插筋操作之前，锚筋的长，需要实施断面的操作，注意注浆的管子有没有渗漏的问题，在运送杆体的环节里，注意不能出现杆体扭曲、或者发生碰撞的问题，一定要确保杆体的完整、不出现损坏的现象。筋条插入的环节，需要把后方提高，确定好适合的角度之后，慢慢地把筋条插进孔里，避免碰撞到孔壁。同时，需要留出锚肋的外露结构所需的长，可以确保抗拉的标准。

插进孔中的杆体，需要符合相关的设计标准，满足其深度的要求，假如在插进杆体环节，没能满足设计的深度标准，需要把杆体拔出，检测其原因，处理无误之后再次将杆体插进。插入的杆体一定要符合设计的标准深度，同时需要不间断的进行冲洗，清理钻孔中的杂质。

注浆水泥浆水灰比为0.5，采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥用量30kg/m以上，注浆压坯强度20MPa以上。注浆中的压力不像孔口那样受限制。当浆液溢出时可停止注浆，关闭孔口并让压力稳定约1min即可完成注浆。在实际施工中，可根据需要以2～3倍的频率添加灌浆。

受压的一侧、需要保持平整，同时和锚杆的轴线相互垂直。当浆体的强度满足15MPa，需要实施锚杆的张拉作业。张拉作业的具体实施需要依据设计的标准实施。依据设计的相关标准，核实锁定的负载值。锚杆实施锁紧阶段，其拉力的数值需要参考锁紧环节里，预应力的损耗，其损耗数值应通过对锁紧前后锚杆拉力的试验来确定。不足时，锁定时锚杆的拉力可为锁定值的1.1～1.15倍。锚杆的拉伸按单循环拉伸验收试验要求进行，最大试验载荷为永久锚杆的锚杆轴力设计值的1.2倍，设计临时锚杆的锚杆轴向拉力值1.1倍，本工程取锚杆轴向拉力设计值的1.1倍。

3 降水施工

3.1 降水施工的目的

在地处复杂地质环境下，基坑的降水作业，最关键的作用在以下两点。第一，采用基坑的降水作业，把基坑里的水位把控为不到基坑1m的位置处，可以减少基坑里土质的含水值，利于后续的基坑挖掘作业及基坑内部的操作实施，优化基坑中土质边坡的稳定程度，以防发生基坑内部土体的滑坡隐患。第二，利用基坑的降水作业，可以降低由于降水作业，而诱发的地表下沉状况。

3.2 核实降水井的结构以及使用数目

本项目中，基坑降水的作业实施环节选取大口径井的降水作业工艺，其井口的直径为800mm，井管使用材料为无砂水泥的管子，500mm长，井位于基底下方的4m出，沿基坑的边缘单排布设，井的间距需保持为20m。基坑外部需要观测井的结构，保持降水井的数量一致，井位于基底下方的4m出，井与井的间距需要控制在50m。井底部到地表的区域回填好砂石的滤料，滤料的大小需要把控为2～4mm，滤料填充到地表时，使用黏土进行密封，观测井的标准与坑内的降水井一致。

3.3 降水系统的布设

在基坑的挖掘边线，大概半米的位置，布设好挡水台，其规格大小是0.1m×0.2m，基坑一边实施挖掘，同时在坑中修建好排水的沟渠，沟渠的规格是0.3m×0.3m，沟渠的位置需要在基坑的中级。同时和降水井连接在一起，每一个降水井，需要配置专门的集水箱设备，其储量为2m，将其放在作业实施的附近，坑中的水通过降水井进入集水箱后，通过三级沉淀的过滤，最后排进污水的管子。

3.4 降水施工和封井

復杂土质环境中，大型基坑项目的作业，所有的作业步骤都是为开挖作业顺利而奠定的根基，详细的作业实施阶段，需要把控好降水作业的分层操作、参考降水作业的相关设计，保障挖掘作业的标准，尽可能不抽取地下水。降水作业实施前，应该确保基坑的围护部位，其所有的支护作业与封闭作业都已经结束，反之，降水作业对于附近区域会带来很大的不利。必须依据开挖的实情，提前准备好抽水的程序，最大限度地把水位管控在开挖面的下方1m左右。

3.5 封井

排水管作业实施结束后，后续的回填操作及准备好的时候，应该做好封井的步骤，最大限度地把基坑底，往上的所有井管去掉;同时，给井中回填物料，直至井管口向下大概半米处，待水量逐渐降低后，使用素混凝土，把剩下的半米回填好。作业实施完毕之后，基坑外部的井，也需要进行封井的作业。

4 结语

综上，在复杂的地质条件中，大型的基坑项目，其支护作业和降水作业的操作都相对困难，作业实施的精准度更高，如若仅使用某一种支护作业工艺，难以实现作业的相关标准。利用桩锚的支护方式，集合土钉墙的支护方式，实施基坑项目的支护作业;同时确保降水的作业实施，保证基坑项目整体的作业成效，特别是降水阶段的相关作业里，所有的降水井设施，都应该在围护结构封闭之前，进行相关的操作。紧邻支撑位置的坑内井，应该紧邻支撑砼柱，这样才能够避免后期的基坑挖掘作业，不会发生碰撞的现象，有利于后续的作业实施顺利。

参考文献[1] 郑栋材，夏飞雪，井小琴.复杂环境条件下深大基坑支护与降水技术[J].西部资源，2020（2）：118-121.

[2] 廖德武，杜艳松，郑冰.贵阳某复杂地质条件基坑支护技术实践[J].现代矿业，2020，35（8）：259-263.

[3] 曹慧，许利东，王晓曙，等.复杂环境及富水地质条件下的大型深基坑支护方案研究[J].建筑施工，2019（5）：744-746.

[4] 帅伟.临江深基坑支护与降水施工技术的应用[J].浙江水利水电学院学报，2019，29（1）：45-49.

[5] 杨朝军，应泽林，陈飞.绍兴平原河网引水工程精确引水方案研究[J].浙江水利水电学院学报，2021（4）：20-26.

[6] 孙玉龙，栾东进.水利工程环境地质勘察技术的应用分析[J].科技资讯，2021（14）：76-78.