深基坑支护施工技术应用分析——以穗佳华南空陆联运集散枢纽一期工程为例

文／陈代富 广州市第二建筑工程有限公司 广东广州 510045

引言：

随着建筑工程的发展，对深基坑的施工和支护技术要求越来越高，深基坑支护施工具有区域特性明显、系统性强、高风险、技术全面等特点。施工作业通常会面临着复杂的水文地质环境，其施工质量也会影响施工安全和建筑物的安全。目前我国常用的深基坑支护技术是地下连续墙锚杆支护技术、深层搅拌桩支护技术、排桩支护技术、SWM工法技术、锚喷支护技术等。

1、深基坑支护技术的应用

1.1 喷锚支护技术

深基坑中应用喷锚支护技术，是一种十分常用的技术。在锚杆安装过程中，锚杆可以在不破坏岩、土层强度的情况下嵌入岩石内部，在岩层、土层拉力的作用之下调整岩体、土体应力，完成岩体、土体加固，之后采用高压喷射将混凝土喷射到岩层或土体上，锚杆和混凝土很得到很好的结合作用，达到对岩层或土体加固的目的，能能够显著对深基坑起到支护、保护作用。喷锚支护施工完成后，具有非常强的抗变形能力和稳定，且工程造价低，能够实现较好的成本控制。

1.2 排桩支护技术

排桩技术有不同的结构和形式，可以分为预制混凝土板桩、钢板桩、钢管桩、灌注桩、SMW 工法桩等。在深基坑支护施工中最常使用的灌注桩，灌注桩的排列方式一般采用拉锚式或锚杆式排列，排桩支护需要合理布置桩孔位置和深度。钻孔灌注桩钻孔一般使用机械，在明挖基坑中较多使用的是螺旋钻机、冲击式钻机、正反循环钻和旋挖钻。在深基坑支护工程中，钻孔灌注桩支护结构与止水帷幕经常联合使用，止水帷幕一般采用深层搅拌桩。

1.3 深层搅拌桩支护技术

深层搅拌桩支护使用水泥作为固化剂，搅拌时机械搅拌、下沉或抬升，在设计桩长范围内，将水泥浆与软土就地强制混合，在水泥与土之间产生水泥。一系列的物理化学反应逐渐硬化，形成了以完整性、稳定性和强度为支撑结构的水泥土桩。搅拌桩适用于粉土、粉质土、平填土、粉质土、粉质土、粘土等土层。在砂层中，搅拌桩支护也非常合适，特别是多排搅拌桩组成的支护挡土墙具有良好的止水效果。同时，在砂中，由于砂与水泥之间的混合。在形成较高强度固结体后，搅拌桩的强度相对较高。

2、深基坑支护实例应用

2.1 工程概况

穗佳华南空陆联运集散枢纽(一期)位于广州花都区新白云国际机场西南工作区空港六路与横六路交汇处，拟征地面积52372.382m，总建筑面积为125132.9m。项目为穗佳总部（8 栋）和物流电商大楼（1-7 栋），基坑开挖设计深度6.10m。地下室基坑呈刀形，南北向最大长度约为214.7m，东西向最大长度约为176m，周长为781m。

本基坑支护为临时性结构，西边4-4/5-5 剖面侧边安全重要性等级为一级，其余剖面侧壁安全重要性等级为二级。基坑自竣工之日（基坑开挖到底）起，使用年限为一年，自开工之日起为二年。

2.2 周边环境

机场跑道在基坑总平面图的地形图范围以外，距离大约80 ～100m，机场跑道四周布置排洪渠保护，本基坑西边线距离排洪渠约54m；基坑四周50m 范围内没有永久建筑；基坑西边距离道路边约29m，北边距离道路边约33m，东边距离道路边约38m，基坑南边为变电站范围无道路，与变电站围墙距离约20m。场地周边内无管线，已知管线均在基坑边线3 倍坑深(18m)范围以外。

2.3 水文地质条件

（1）地形地貌：场地原为耕土，目前已经回填整平，地面基本平坦，地面高程13.28 ～14.85m，相对高差约±1.57m，地貌属第四系冲积平原类型。

（2）地基土岩的划分和工程地质特征：本次钻探，工程内地基土由第四系冲积层、素填土、坡积层和残积层组成，基岩为石炭系下统石磴子组微风化灰岩。

（3）地下水简况：地下水主要赋存于第四系冲积砂层的孔隙和灰岩溶洞裂隙中，水量丰富，其中第四系冲积砂层中的地下水属孔隙潜水，其补径条件主要受大气降水影响，排泄靠蒸发为主；基岩中的溶洞裂隙水属承压水，其补径排条件受侧向含水层影响，勘察期间地下稳定水位与初见水位基本一致，埋深一般在0.40 ～7.80m，相对应的高程为6.16 ～13.76m，依地区常年水位变化情况，场地地下水随季节性变化幅度值一般在±1.00m，地下水的水位波动比较大，场地环境类型属II 类。

3、基坑支护设计

本工程支护桩外侧采用深层搅拌桩止水帷幕，桩径为700mm，间距为450mm。基坑周边的水泥搅拌桩沿基坑周边均为单排，电梯井位置的水泥搅拌桩为700@450双排。双排搅拌桩数量分布：外排设计桩长从坑底起计L=6m，内排设计桩长从坑底起计L=10m，搅拌桩形式为Φ700@450。 单排和双排搅拌桩合计总数3797 根，机械压钢管数量为639 根。根据本工程前期勘测的情况，结合设计规划图纸等，使用工程桩和搅拌桩交叉施工作业的方式，本工程计划投入搅拌桩桩机4 台，静压桩桩机3 台。

图1 基坑支护图

基坑土方开挖采用边坡锚管、喷锚支护；基坑降水采用降水井，直径∅800mm，井底应深于基坑底3m，预估井深9.5m，沿基坑底周边布置二排，孔间距15m，按正方形或梅花型布置均可，共布置降水井约79 口。降水井采用钻机成孔，孔内放∅300mm 直径钢筋笼外裹软式透水管（透水土工布编织），透水管与孔壁之间填充瓜米石滤层。

4、深基坑支护施工技术

4.1 支护结构及止水桩施工

（1）施工工艺流程

测量放线定出搅拌桩中心线及复核→桩机就位→浆液拌制→喷浆搅拌下沉→重复喷浆搅拌下沉→重复喷浆搅拌提升→桩机移位→施工下一根桩。

图2 搅拌桩工艺流程图

a 定位b 搅拌下沉c 喷浆搅拌上升d 重复搅拌下沉e 重复搅拌上升f 完毕

（2）测量定位

根据场地施工控制网，布设中心线和设置桩位。再次检查和复核测量导线控制点和水准点、建立控制网、施工放样。然后将搅拌桩桩位测定好，打上木柱，经复核无误后方可施工。

（3）钻机就位

完成搅拌桩的定位后，将搅拌桩移送到指定的搅拌桩位，对中。使用吊线锤或经纬仪进行双向控制和监测导向架的垂直度。按本工程的设计及规范要求，桩孔垂直度偏差不得大于1.0%桩长。

（4）浆液拌制

在钻机搅拌钻入前，提前将浆液拌好，并且在压浆前将其放入集料斗中。浆液中的水泥选用42.5R 普通硅酸水泥，水灰比控制约为0.55，水泥掺入量不低于135kg/m。注浆的压力保持为0.3 ～0.6MPa 之间，输浆速度应保持稳定、常量。

（5）搅拌机喷浆搅拌下沉

在钻机钻入下沉之前，应该先将搅拌机转盘开启，观测搅拌头的转速，观察转速正常无其他情况时，再将注浆泵启动，将水泥浆液通过钻机中的管道送至搅拌头的喷浆口，待正常出浆后，将钻机钻杆沿着导向架钻入，边钻进边喷浆搅拌，下沉速度视情况通过档位进行调节，搅拌机的工作电流应小于额定值。

（6）喷浆搅拌提升

待搅拌机喷浆下沉达到设计深度后，开启搅拌桩机搅拌以及拉紧链条装置，按设计要求搅拌桩施工应控制其起杆速度，一般要求不超过1.0m/min，继续喷浆搅拌同时提升搅拌机钻杆，使水泥浆液和原本的土体得到充分拌和直到将搅拌机的钻头提出地面。

（7）重复喷浆搅拌下沉

搅拌钻头拉升至地面后，再次喷浆搅拌下沉至深层搅拌桩的设计深度。

（8）喷浆重复搅拌提升

喷浆下沉直到设计深度后，再次喷浆并搅拌提升，一直提升至地面。

（9）桩机移位

施工完一根桩后，将桩机移至下一根桩的桩位处，按照上述步骤进行其他桩的施工。

4.2 降水井施工

（1）施工工艺流程

平整场地→桩位放线→探孔→埋设护筒→钻机就位→旋挖钻进、捞取钻渣→成孔检查及验收→清孔→安装钢筋骨架→钻机移位下导管→沉渣检测→填充滤层→洗井→安装潜水泵→井点保护→观测记录。

（2）钻孔前准备

平整桩基范围内的场地，桩位放线定位。

（3）护筒埋设

钢护筒应比桩径大10 ～15cm。护筒埋设下沉过程中要核对桩轴线，保证护筒中心和桩轴线位置一致，埋设的护筒沉落后，用粘土回填周边并夯实。护筒高出地面不小于30cm，护筒直径应大于桩径设计直径约15cm。钻机就位后，用双向以上垂线法监测钻机的垂直平稳度，保证在钻机钻进和运行过程中不产生倾斜、位移、沉陷等。

（4）旋挖钻进、捞取钻渣

在钻机就位钻进之前，先把旋挖机底盘调整为水平状态，将钻头从护筒处吊入，开始进行第一次钻进前，应使锥尖对准桩中心，并试转数圈后再开钻，旋挖钻进时，同时在桩孔内灌入一定数量的泥浆，钻机钻进行提土后，及时补充泥浆进行护孔，防止发生塌孔，护壁泥浆液的相对密度为1.05 ～1.20，泥浆循环池和桩孔中必须储备有足够泥浆后，才可以全速钻进。旋挖钻进的成孔过程中，应经常捞取钻渣，密切观察土层变化。

（5）成孔检查及验收

钻孔的孔径不小于设计规定，桩孔位置符合设计要求。桩位允许偏差不应大于50mm，桩身垂直度允许偏差不应大于1%。桩孔验收合格才可进行第一次清孔。

（6）清孔

采用换浆法进行清孔施工，即完成钻孔完作业后，提起钻头离孔底大约20cm，继续旋转，然后压入相对密度较低的泥浆，慢慢把钻孔内相对密度较大的泥浆和浮悬钻渣排出，直至孔内泥浆的相对密度小于1.2。清孔排渣过程中，应保持井孔内水头，防止发生塌孔。

（7）钢筋骨架的制作与安装

本工程钢筋采用现场加工分段制作，依设本工程计图纸的规定，先制定加劲筋，然后再布置主筋，每隔2m 布置一道加劲筋，再依设计间距布置烧焊箍筋。完成第一次清孔后，用吊车将钢筋骨架均匀缓慢吊入桩孔。钢筋骨架分段制作，每吊入一节后用方木或钢筒进行固位，再用吊入下一节钢筋骨架进行驳接。在钢筋骨架外侧设置砂浆垫块，确保保护层的厚度满足要求。当钢筋骨架下吊至设计标高后，校正其位置。

（8）滤料填充

本工程采用瓜米石作为滤料，填砾前保证井管居中，填砾的厚度应均匀，将滤料从井管的两侧缓慢、对称填入，为了避免井管错位和滤料中途卡塞，当滤料填至离井口顶面1 ～2m 时，用粘土填实。在填入滤料过程中，如出现井口反砾的现象，应及时停止填砾，马上查明原因进行处理。

（9）洗井

洗井是一项关键性的工艺，在完成滤料填充的工序后，应即刻开展洗井工序，使用在井管外注入清水并循环的方法进行洗井，洗井时抽、停不断交替进行，直至水变清澈、砂变干净方可停止。在洗井结束之前，再次进行井底深度的测量，再次将井底进行清理，井底沉淀物应低于0.3-0.5m。

（10）下泵

完成洗井后下泵，下泵距井底约1.0-2.0m。

（11）井点保护

井管应比场地内的地坪高出20-50cm，采取加井盖的方式予以保护，以免灰尘、杂质掉落到井管里，井管受到损伤。

（12）观测记录

抽水按三班制进行，每班均需对每口降水井的流量和水位进行观测和记录，以便及时反馈数据，指导施工。如发现问题，及时适当调整，以保证基坑降水效果和安全稳定。

4.3 喷锚支护

（1）施工工艺流程

放线→土方开挖→修坡→喷射第一层混凝土→坡体插筋→绑扎、固定钢筋网→焊接锁定→喷射第二层混凝土→设置泄水管。

（2）土方开挖及坡面处理

按设计图纸开挖工作面，然后进行人工修坡。

（3）喷射第一层混凝土

按设计图纸要求宽度进行挂网，喷射首层快凝混凝土，本工程混凝土强度等级为C20，喷射厚度80mm。

（4）坡体插筋、钢筋网固定

按设计图纸要求选用C12 螺纹钢制作插筋，之后固定钢筋网，钢筋网宜在喷射第一层混凝土后进行铺设固定，钢筋与坡面的间隙不应低于20mm；插筋与钢筋网连接牢固，喷射混凝土时钢筋网不得晃动；钢筋网可选用绑扎或焊接，钢筋网的允许偏差为±10mm，钢筋网搭接长度不得低于300mm，焊接长度不得低于网筋直径的10 倍。

（5）终喷射混凝土

终喷混凝土的厚度应考虑并保证加强筋、钢筋网的混凝土保护层厚度，首喷、终喷的混凝土总厚度不低于80mm。喷射作业应分段、分片依次进行，喷射时喷头距离受喷面0.6-1.2m，且始终保持垂直，自下而上喷射，一次喷射的厚度不宜低于40mm；保持混凝土湿润光泽，表面平整，无滑移、流淌、干斑现象；喷射混凝土终凝2 小时后，应及时进行养护。必须等上一级喷射混凝土面层达设计强度的70%后，方可开挖下一级放坡。

4.4 锚管施工

（1）施工工艺流程

施工准备→开挖工作面、埋设喷射混凝土厚度控制标志→喷射第一层混凝土→钻孔→锚管制安→注浆→绑扎、固定钢筋网、设置加强筋→喷射第二层混凝土至设计厚度（120mm厚）。

（2）施工准备

施工前需再次详查锚管射入范围内各种地下管线及地下设施详细埋设位置并予以避让,以免发生意外。

（3）开挖工作面

根据设计要求位置，开挖锚管施工作业面（比设计标高低0.5m），施工作业面宽度至少为8m，锚管施工作业面应平整，并做好排水措施。

（4）喷射第一层混凝土

喷射作业应分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，分两次喷射，每次喷射厚度为60mm，或第一次喷射厚度为50mm，第二次为70mm。

（5）钻孔

钻孔钻进之前，根据设计图纸测定出孔位并标记，根据场地条件和环境情况选用干钻或湿钻的钻入方式，钻机就位后，应保持平稳，钻机立轴或导杆与锚管倾角应保持一致，并在同一轴线上；钻孔困难时，应采用跟管或一次性带筋钻头钻进。采用压缩空气进行清孔，遇沙层塌孔时必须采用纯水泥浆液进行清孔。成孔时派专人记录入岩深度；同时成孔后两小时内应成锚，否则应重新成孔，以便保证成锚质量。

（6）注浆

注浆之前，先将孔内的杂质清理，并清除里面的积水，底部采用一次性注浆，注浆的压力不应小于0.6MPa，孔口处应布置止浆袋或止浆塞，注满后保持压力3 ～5min；注浆孔四周的混凝土应具有抵抗注浆时导致的压力扩散；进行注浆作业时，注浆管应插入孔内并距离孔底250 ～500mm；注浆所用的水泥浆宜加入适量的加剂，注浆开始或注浆停止时间超过30min，应用水或稀水泥浆对管道和泵进行润滑；若长时间灌注浆液都不满，在排除注入浆液渗入到地下管线或渗出到地时，改用间歇性注浆法。

（7）钢筋网铺设

钢筋网应与锚杆和其他锚固装置连接牢固，喷射混凝土时钢筋网不得晃动。

（8）喷射第二层混凝土

喷射作业应分段分片依次进行，同一分段内顺序应自下而上，分两次喷射，每次喷射厚度为60mm，或第一次喷射厚度为50mm，第二次为70mm；在锚杆部位，应先喷锚杆下方，再喷锚杆上方。

结语：

深基坑支护施工关乎施工安全和质量，是一项非常复杂的工作。在实际的施工中，应充分调查地质水文条件以及周边管线、构筑物情况，对深基坑支护施工技术进行合理的选择。本工程深基坑支护采用搅拌桩止水帷幕、降水井、喷锚支护等技术，工程施工安全、且效率高，具有一定的参考意义。