岩土工程深基坑支护工程设计理论与实践相结合

舒宗妹

（广东省工程勘察院，广东 广州 510510）

1 概述

目前在这一方面还存在着两种相反的倾向，一是不考虑成本，在深基坑支护设计中通过人为增大设计荷载或者加大基坑安全系数来弥补设计和施工中对未知因素的考虑不周，造成了极大的浪费；二是为节约开支成本而减小基坑安全系数，或者是不考虑基坑的现场实际情况，人为地缩短工期，对深基坑支护工程造成安全隐患，这两种情况的倾向都在一定程度上制约了深基坑支护设计在实践中的应用。

2 深基坑工程相关概况

某阳江市深基坑项目位于阳江市江城区创业路与新江路交汇处东北部，项目总用地面积约30000m2，建筑基底占地面积约18000m2，拟建建筑物为大型商场(楼高 4～5 层)和 2 幢服务型公寓(楼高 22～23 层)，带 2层裙楼和2 层地下室。拟采用的结构类型为框剪结构。基础类型拟采用桩基础。基坑为负2层地下室，周长669.70m，基坑拟开挖深度9.35～9.55m。本基坑安全重要性等级东南侧（D-E-F-G-H-I-J段）为一级，基坑侧壁的重要性系数取γ0＝1.1；其余各侧均为二级，基坑侧壁的重要性系数取γ0＝1.0。考虑到场地的开挖深度不同，基坑顶的周边环境不同、地质条件的不同等因素，本基坑支护项目一共划分为六个基坑支护剖面。

本场地原地貌属河流冲积地貌，位于漠阳江下游冲积平原，地势较低，原来为耕地，现在场地已经回填人工填土，目前整个场地相对较平整。基坑南侧为新江北路、西侧创业路，北侧及东侧为规划路，东南侧为建筑物（8～9层，框架结构，预应力管桩基础）。基坑周边管线较多，分布雨水渠、燃气管、电信光缆、雨水管、给水管等。场区揭露的岩土层由上至下有第四纪人工回填土层(Q4ml)——第①层素填土；第四纪耕植层(Q4pd)——第②层耕土；第四纪冲积层(Q4al)——第③层粉质粘土、第④层中砂；第四纪残积层(Q4el)——第⑤层残积粘性土；燕山三期侵入岩[γ52（3）]——第⑥层全风化花岗岩、第⑦层强风化花岗岩、第⑧层中风化花岗岩和第⑨层微风化花岗岩。阳江位于回归线以南，属亚热带气候，雨量充沛，气候温和。年平均气温22.0℃左右，年平均降雨量一般在2300mm左右，雨水分布不均匀，夏秋季多台风雨，有时候会出现强降雨情况。根据地区经验，地下水年变化幅度一般约为±1.00m，勘察期间测得地下水位黄海高程为3.62～4.52m。

3 设计理论及典型支护剖面设计

本项目考虑到施工总平面布置、周边环境复杂等因素，综合考虑，基坑东南侧采用旋挖灌注桩+内支撑支护方案，旋挖桩外侧设一排水泥搅拌桩截水帷幕；基坑北侧、东北侧采用复合土钉墙支护方案（两排水泥搅拌桩+微型注浆钢管桩+两道预应力锚索+土钉墙）；其余各段采用旋挖灌注桩+预应力锚索支护，旋挖桩外侧设置一排水泥搅拌桩截水帷幕。

本典型剖面基坑开挖深度9.55m，采用旋挖灌注桩+预应力锚索支护，旋挖桩外侧设一排水泥搅拌桩截水帷幕。旋挖灌注桩∅0.8m@1.4m，嵌固深度4.95m，桩身砼强度C30；搅拌桩截水帷幕∅0.55m@0.35m。典型支护剖面图如图1所示，典型支护剖面图计算工况图如图2所示。

图1 本基坑典型支护剖面图（单位：m）

图2 本基坑典型支护剖面计算工况图

本典型剖面(整体稳定验算)计算方法：瑞典条分法，应力状态：有效应力法，条分法中的土条宽度：0.40m，滑裂面数据，整体稳定安全系数Ks=1.739。

抗倾覆稳定性验算,抗倾覆安全系数：

Ks=2.044≥1.200，满足规范要求。

抗隆起验算，从支护底部开始，逐层验算抗隆起稳定性，结果如下：

支护底部，验算抗隆起：

Ks=5.166≥1.600，抗隆起稳定性满足。

嵌固深度计算,嵌固深度计算参数：嵌固深度是否考虑内支撑作用（否），是否考虑坑底隆起稳定性（是），是否考虑最下层支点为轴心的圆弧稳定性（否）。

嵌固深度计算过程：

当地层不够时，软件是自动加深最后地层厚度(最多延伸100m)得到的结果。

（1）嵌固深度构造要求：依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012,嵌固深度对于多支点支护结构ld不宜小于0.2h。嵌固深度构造长度ld：1.910m。

（2）嵌固深度满足整体滑动稳定性要求：按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012 圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度：

圆心(-1.743，10.832)，半径为11.614m，对应的安全系数Ks=1.413≥1.300；

嵌固深度计算值ld：0.500m。

（3）嵌固深度满足坑底抗隆起要求：符合坑底抗隆起的嵌固深度ld：0.000m。

满足以上要求的嵌固深度ld计算值：1.910m，ld采用值：4.950m。

嵌固段基坑内侧土反力验算：

Ps=646.474≤Ep=1206.990，土反力满足要求。

4 基坑支护实践施工顺序

对于复合土钉墙段：先施工水泥搅拌桩，然后放坡至微型钢管桩顶标高处施工钢管桩，同时施工放坡面钢筋网喷砼、桩顶层锚索、腰梁，待锚索注浆体强度、腰梁强度均达到设计强度的75%后进行锚索张拉锁定，再按要求分层分段开挖施工。每段每次开挖长度20～30m，每层开挖至土钉或锚索下0.2～0.3m，然后施工土钉或锚索、钢筋网喷砼、腰梁，待浆体强度、喷射砼强度达到设计强度的75%或锚索张拉锁定后，再开挖施工下一层，直至基坑底；对于桩锚支护段：要求先施工水泥搅拌桩，然后施工旋挖桩，再开挖至桩顶标高处施工放坡面钢筋网喷砼、冠梁层锚索、冠梁，待锚索浆体强度、冠梁强度均达到设计强度的75%后进行张拉锁定，然后开挖施工下一道锚索、腰梁、桩间土钢筋网喷砼，直至基坑底；对于桩撑支护段：要求先施工水泥搅拌桩，然后施工旋挖桩、支撑立柱桩；然后开挖至桩顶标高处，施工放坡面钢筋网喷砼、桩顶冠梁及内支撑梁；待强度达到设计强度75%后再采用小型机械或人工开挖支撑下面的土方。

5 基坑支护实践施工进度安排

施工工期为90d，要求业主完整交付施工场地并紧密配合进行土方开挖，且各分项同时进行施工。详见图3。

6 基坑支护实践主要施工工艺措施

6.1 水泥搅拌桩施工工艺措施

施工流程如图4 所示。本工程深层水泥搅拌桩施工按下列步骤进行：

图4 水泥搅拌桩施工步骤

（1）测量放线：施工前，根据基坑设计图纸、设计单位技术交底以及图示坐标进行测量桩位放样，采用全站仪施放轴线和桩位，用木桩加石灰将搅拌桩桩位逐点放样，钢尺辅助。桥台位置搅拌桩与钻孔桩之间的中心距不小于90cm,如不能满足可适当调整桩位，在搅拌桩的位置上，插打竹片桩。并对桩位进行编号，以利于施工管理和资料整理。放样定线后做好测量技术复核单报监理复核检查，确认无误后进行搅拌施工。

（2）桩机就位：桩机使用其自身的步履行走系统移动，塔架提吊搅拌桩机就位。水泥搅拌桩机到达指定桩位，对中。当地面起伏不平时，采用搅拌桩机的液压平衡装置使起吊设备保持水平。检查钻杆长度、钻头直径，将桩机移到指定位置对好桩位。

（3）预搅拌下沉：当搅拌桩桩机的冷却水正常运行之后，将搅拌机电机启动，放松搅拌桩机吊索，使搅拌桩机沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度可由电机的电流监测表控制，控制在约0.8m/min，工作电流不大于10A。

（4）制浆、送浆：当水泥搅拌桩机下沉至设计深度后，才可配制水泥浆，应严格按预定的配合比拌制，并应该有防离析等措施。施工中加水可使用定量容器进行用水量控制。

（5）搅拌提升：当水泥搅拌桩机预搅下沉至设计深度后，将灰浆泵浆水泥浆开启压入地基土内，提升钻头喷浆。喷浆过程中，不断搅拌水泥浆，防止其离析，并通过电脑自动计录，喷浆量，离地面50cm 时，停止喷浆。要注意搅拌机的提升速度和喷浆速度相协调，使连续均匀，以控制注浆量，保证搅拌均匀，以此同时泵送也必须连续。

（6）重复搅拌下沉：第二次喷浆完成后，继续三次下沉钻头进行补浆喷浆，搅拌至设计位置深度。搅拌至设计位置深度后，进行第四次提升搅拌，进一步拌和均匀。孔深范围内各段补浆量由电脑自动控制，并保证四次喷浆完成后，各段喷浆量相等，水泥浆刚好使用完毕。以上施工方案采用四搅四喷施工工艺，实际施工时先进行搅拌桩试桩施工，验证施工工艺，如果四搅四喷实际操作有困难，可改为四搅二喷。

（7）重复搅拌提升：一边旋转、一边提升，重复搅拌到搅拌桩桩顶标高处，并将钻头提出地面。

（8）桩机移位：桩机移至进行下一桩位，重复进行（2）～（7）的步骤施工，保证施工的连续性。

（9）清洗机器：若桩机停止施工、施工间歇时间太长或已施工段完成后，应立即清洗机器。向水泥浆搅拌桶中加入清水，开启灰浆泵，清洗全部管中残存的水泥浆，直至干净，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。每天加固完毕，应用水清洗贮料罐、砂浆泵、深层搅拌机及相应管道，以备再用。

（10）劳动组织：搅拌桩机施工时，每台班配备约10人。班长/机长1 名：负责现场搅拌桩机施工的指挥工作。操作工2 名：负责深层搅拌桩机的操作及保养工作。司泵工1名：负责指挥灰浆制备以及泵送系统的正常运转，做好水泥浆制备设备的保养等工作。拌浆工1名：负责水泥浆固化剂的配制，将水泥浆倒入集料斗内的工作。桩机维修工1名：负责维修和维护搅拌桩机的工作。电工1 名：负责修理和维护所有现场电器的工作。记录1名：根据基坑设计图纸生产要求，测定搅拌桩每米的灌注浆量，如发现断浆，应立即报告指挥，采取补救措施，并记录施工中的各项数据，复查桩位和水泥浆配比等。供料工1名：负责各种生产用料的供应、运输。工地每台桩机配备一个施工班组。

6.2 旋挖桩、桩顶连梁施工工艺措施

（1）施工流程：平整场地→桩位放样→钻机就位开孔→埋设护筒→钻机钻进→清孔→下放钢筋笼→插入混凝土导管→灌注混凝土成桩→拔出导管→拔出护筒。

（2）旋挖桩施工按下列步骤进行。旋挖灌注桩成孔：采用泥浆护壁成孔，护筒中心与桩位中心偏差不得大于50mm，护筒埋设深度不得小于1.5m。钻孔达到设计深度，灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度不应大于100mm。旋挖灌注桩应隔桩（跳挖）施工。相邻桩应在桩体强度达到70%以上时，可施工相邻桩。钢筋笼制作及安装：纵向钢筋对称放置，接头应优先采用焊接，亦可采用搭接，搭接长度为35d。并应按规范要求错开接头。环形加劲箍及螺旋箍筋与纵向钢筋交接处均应焊牢。搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放应对准孔位，避免碰撞孔壁和自由落下，就位后应立即固定。混凝土浇灌：钻至设计标高，请通知甲方会同有关质检人员共同鉴定。检查成孔质量合格，应尽快浇灌桩身混凝土。使用C30混凝土水下浇灌。

（3）桩顶冠梁、基坑内支撑梁和立柱施工。清除桩顶浮浆露出钢筋后施工桩顶冠梁。支撑体系施工：主支撑、连系梁、冠梁、立柱钻孔桩混凝土强度等级为C30；支撑体系砼浇筑应连续进行；严防施工时混凝土支撑梁会变形；混凝土支撑梁必须在砼强度达到设计要求70%以上，放可开挖支撑梁以下的土方，应采用小型机械或人工开挖；支撑立柱基础采用∅800mm 钻孔桩，基础底面以上采用钢管桩，钢管桩安装时必须保证垂直度；基坑开挖过程中应核对立柱桩实际状态，确保其竖向承载能力。换撑要求：负一层楼板浇筑并达到设计强度的70%后，回填负一层底板以下地下室外墙与基坑侧壁之间的土方，土方压实度须满足建筑结构设计要求；负一层楼板以下地下室外墙与基坑侧壁之间土方回填后，浇筑一层厚400mm 的C30 素混凝土换撑板（详剖面图），换撑板与负一层底板等厚且上下对应；待换撑板强度达到设计强度的70%后，方可拆除支撑。

7 结语

在该基坑支护工程中的应用结果证实基坑支护工程系统性很强，涉及面很广，设计理论仍在进一步发展完善，极其注重工程实践经验。软土基坑通常采用复合支护结构，如灌注桩+内支撑、桩锚、复合土钉墙等，应根据基坑深度、周边环境等采用多方案比选确定最终支护方案。基坑支护工程必须严格遵守施工工序要求，不能随意改变，土方开挖与支护结构施工必须紧密配合。