坑内土加固在南宁市某基坑支护设计中的应用研究

林鹏

（广西基础勘察工程有限责任公司，广西南宁 530023）

0 引言

基坑开挖会破坏原来岩土层的平衡状态，从而产生变形最终达到新的平衡状态[1]。为保证基坑的安全和稳定，在基坑设计和施工中最为重要的就是控制基坑的变形。而受城市规划要求控制，土钉、锚索等支护措施不能超出红线范围，限制了多种支护措施的使用。

在软土基坑中，采用坑内土加固的方法可以显著减少基坑支护结构的侧向变形，抑制坑内土体隆起，止水堵漏[2]，同时对提高基坑的整体稳定性和限制基坑顶部的水平位移很有效[3]。采用坑内土加固的方法也可以减小排桩的嵌固深度和锚索锚固长度。本文以实际基坑工程为例，分析坑内土加固方法在基坑支护设计中的应用效果和施工应注意的问题。

1 基坑工程概况

拟建项目位于南宁市良庆区玉洞大道南侧，规划总用地面积18920.96m2，设二层地下室，基坑开挖深度5.80～16.80m，基坑周长约652.0m。本场地为北高南低的坡地，高差约10.0m。建设场地周边环境较复杂。基坑北侧坡顶红线外约3.0～5.0m 零星分布老旧民房（2～6层，浅基础），南侧、西侧为未完工市政道路。基坑工程安全等级为一级。基坑工程设计使用年限为1 年。

1.1 地层岩性

据钻探揭露，场地内覆盖层为第四系素填土①，第四系冲洪积黏土②、含砾黏土③、粉质黏土④；深部下伏基岩为石炭系（C）中风化较破碎石灰岩⑤、较完整石灰岩⑥。

（1）素填土①，黄色、褐色，松散至稍密状，稍湿，主要由粘性土组成为主，含少量碎石，均匀性和密实性差，稍具有湿陷性，堆填约5～10 年。本层主要分布于场地南部。

（2）黏土②：黄褐色，硬塑状，主要成分以黏土矿物为主，干强度高，韧性中等，无摇震反应，切面较光滑，局部含有少量砾石，土芯呈柱状，本层局部分布于场地东部，厚度不稳定。

（3）含砾黏土③：黄褐色、灰褐色，硬塑状，主要成分为黏性土，含砾石约10%，砾石粒径以0.5～2.0cm 为主，最大粒径约4.5cm，土层干强度和韧性中等，本层局部分布于场地东部，厚度不稳定。

（4）粉质黏土④：黄红色，褐红色，土质较均匀，结构紧密，可塑状态，干强度中等，局部含少量粉细砂，局部相变为黏土。本层厚度大，分布于整个场地。

（5）较破碎灰岩⑤层：中风化，灰白色，灰色，隐晶质结构，中厚层状构造。岩体较破碎，岩芯多呈块状，少数呈短柱状。岩石质量等级为Ⅳ级。本层普遍分布于场地下部，岩面标高约103.0～67.0m，起伏很大。

（6）较完整灰岩⑥层，微风化，灰白色，灰色，隐晶质结构，中厚层状构造。岩石坚硬，岩体较完整。岩石质量等级为Ⅲ级。岩芯多呈短柱状，与较破碎石灰岩呈互层现象，钻孔未揭穿。

基坑开挖范围内的主要地层为素填土①、黏土②、含砾黏土③和粉质黏土④。

依据拟建场地的岩土详勘报告，各岩土层力学参数建议值如表1 所示。

表1 各岩土层力学参数值

1.2 水文地质

场地水文地质简单，坡地地形无地表水体，根据勘探资料，少量上层滞水赋存于填土①，深部孔隙水赋存于含砾黏土③和粉质黏土④中。基坑开挖深度范围内无稳定地下水。土层呈弱渗透性，上层滞水由生活用水及雨水补给。勘察期间（3—4 月）测得上层滞水初见水位埋深4.5～7.0m，标高109.1～120.5m，孔隙潜水初见水位标高109.1～114.8m，基坑揭露土层为弱渗透性。

2 基坑支护设计

本项目基坑自现有地面标高开挖深度5.80 ～16.80m。本着基坑工程“安全、合理、经济、可行”的原则，考虑边界条件、开挖深度、基坑面积、施工方便性、造价和工期等因素，结合大量的工程实践经验，经过多种方案比较，确定本基坑的支护方式为：坡顶放坡（土钉墙）+桩锚支护+坑内土加固，详细支护结构如图1 所示。本基坑利用红线与地下室之间存在的距离，进行坡顶放坡，降低基坑风险和造价，基坑回填后再处理场地消防车道。

图1 基坑支护剖面

本次支护设计利用理正深基坑计算7.0PB5 版软件，对于基坑边坡采用圆弧滑动法计算其稳定性和变形[4]。通过计算表明，采用坑内土加固方法后，明显提高了被动区土体的抗剪强度、压缩模量等物理性质，在满足同等变形要求条件下，有效减小了排桩的嵌固深度和锚杆的锚固长度，保证了基坑安全，节省了工程造价。

2.1 支护桩

（1）支护桩采用直径为800mm 的钢筋混凝土灌注桩，桩身混凝土为水下混凝土C30，拟用旋挖钻孔工艺，钻进过程应控制倾斜1%以内，首选干作业，孔壁塌孔时需采用钢护筒和泥浆护壁，或其他工艺工法。

（2）钢筋笼材料：纵筋、加劲箍HRB400，螺旋箍筋HPB300。桩内纵筋沿桩周均匀布置，钢筋笼制作和就位要严格控制，主筋间距允许偏差±10mm，钢筋笼直径允许偏差±10mm，箍筋间距允许偏差为±20mm，钢筋笼长度偏差为±100mm。钢筋笼纵筋连接采用焊接，钢筋笼下端500mm 主筋宜向内侧弯曲30°，笼端焊紧。

（3）采用商品混凝土（水下混凝土），必须具备良好的和易性，坍落度宜为200～240mm。混凝土强度等级为C30，粗骨料粒径不大于25mm。钢筋笼保护层厚度为70mm。

（4）采用低应变法检测桩身完整性，检测桩数不少于总桩数的20%，且不少于5 根。

2.2 坑内土加固

坑内土加固的方法多种多样，其效果也因地域的差异而表现不同。每种坑内加固方法都有各自适用的条件和范围，并不是所有基坑的坑内加固方法都相同或相似[5]，本次主要采用特种旋喷桩对坑内土进行加固。

（1）坑内土加固采用具备搅拌功能的大型专用旋喷桩机施工，单轴双重管法工艺（喷浆喷气），四喷四搅成桩。采用大功率机械，确保穿透素填土、黏土、砾黏土层等。钻杆搅拌头直径1000mm，水泥土成桩直径1000mm，设计28d 龄期抗压强度1500kPa。

（2）严格控制桩的垂直度及桩位偏差。采用单根大芯（不小于φ219）钻杆施工，桩机设置护筒定位，垂直度偏差0.5%。

（3）空压机气压不小于1.0MPa，排量不少于12m3/min。泥浆泵供浆压力不小于3.50MPa，排量不少于250L/min。泥浆泵供浆压力不小于3.50MPa，排量不少于250L/min。

（4）采用P.O 42.5 普硅水泥，水灰比1.0～1.20，水泥掺量不小于20%，基坑底以上空桩段水泥掺量10%。

（5）成桩后7d 内开挖检查成桩直径及质量，检查数量不小于总桩数5%。

（6）坑内土加固桩施工面标高宜为支护桩桩顶标高，先施工旋喷桩，后施工支护桩，咬合搭接100mm。

2.3 冠梁、腰梁

（1）梁宽高1000mm×1000mm，冠梁混凝土强度等级为C30，保护层厚度为25mm，钢筋采用三级钢HRB400。

（2）纵筋搭接长度：绑扎连接长度≥35d；焊接时，单面焊≥10d，双面焊≥5d。

（3）浇灌混凝土施工前，应凿除、清除桩头浮浆层。浇筑混凝土之前应适当洒水湿润，混凝土浇筑应连续进行。

（4）冠梁、腰梁混凝土强度达到设计强度80%以上，方可进入下一道工序。

2.4 预应力锚杆（索）、土钉

（1）本场地为控制锚杆不超红线，锚固段采用扩径锚杆（索），扩径段水泥土直径500mm，并采用较大的倾斜角。局部位置用地红线距离较近，如无法获准超红线施工，调整设计指标（加大倾斜角，并加长锚杆）。

（2）锚固段采用单管高压旋喷桩工艺，高压泥浆泵喷浆压力不小于28MPa，锚固段的水泥采用P.O 42.5普硅水泥，用量平均不少于150kg/m，水灰比1.0，扩径体直径500mm。正式施工前应在浅部试钻试喷，标定高压旋喷施工参数。

（3）钢绞索制作：按设计长度裁剪，预留1.50m 锚具锁定操作长度，锚索端部采用钢端板固定。

（4）引孔：按设计倾斜角引孔，直径不小于150mm，以钻杆顺利送入钢绞线为准。

（5）钢绞索安装：引孔后采用旋喷桩机钻杆，将锚索送至设计深度（钻杆不转动）。

（6）启动高压泥浆泵，从锚杆端部喷浆提杆，扩径段提速不宜大于15cm/min，至自由段后停止喷浆。

（7）本工程预应力锚杆（索）应进行基本试验，试验3 根。完工后进行验收试验，抽检数量不少于总数的5%，同一土层检测数量不少于3 根。试验最大拉力为拉力标准值Nk 的1.4 倍。

（8）材料：水泥采用P.O 42.5 普硅水泥，钢绞线强度标准值：1860MPa，φ15.24，钢花管φ48，钢筋三级螺纹钢HRB400。

（9）预应力锚索锁定拉力为拉力标准值Nk，锚杆锁定后方可开挖桩前土方。

（10）打入式土钉裁截单根螺纹钢，按设计角度人工或机械打入。入土定位偏差不大于100mm。

（11）锚杆、土钉施工过程中，避免损坏附近地下管线。发现异常应立刻停钻，报设计单位进行调整。

3 地下水控制

（1）本项目基坑开挖深度范围内无稳定地下水，仅有少量赋存于素填土内的上层滞水，土层弱渗透性。

（2）坡顶依地势设置排水沟或挡水墙，防止坑外雨水灌入基坑内。具备自流条件，坡顶设置截水沟。若地势不具备自流条件，改为设置坡顶砌砖挡水墙，高度300mm，确保坡顶不积水。

（3）坡面按3.0m×3.0m 间距设置泄水管，排除土体或桩背积水。

（4）基坑内设边沟及集水井，水泵抽排积水。井点间距、位置、水泵排量，应根据场地实际水量调整。初步选择水泵排量15m3/h。

（5）基坑内在外墙基础与基坑侧面之间设置集水井，尺寸为800mm×800mm，深1.0m。沿基坑底设置300mm×300mm 排水沟（临时边沟），无工作面区段采用碎石埋设盲沟。基坑内抽排水经过沉淀池后，排入市政雨水涵。

（6）雨季期间，受降雨及可能的渗水影响，应增加水泵抽水，配备大水泵（按60m3/h 预配），水泵台数不少于3 台（根据需要及时调整）。

4 基坑监测

开挖深度大于5m 或开挖深度小于5m 但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程应实施基坑工程监测。本基坑在开挖过程与支护结构使用期内，必须进行支护结构的水平位移监测和基坑开挖影响范围内建

（构）筑物、地面的沉降监测。基坑施工前应由建设方委托具备相应资质的第三方实施现场监测。监测单位应编制监测方案，并经建设方、设计方、监理方等认可，必要时需与周边涉及方协商实施。监测期应从基坑施工前开始，至地下工程完成基坑肥槽回填为止。

5 结语

（1）通过实际基坑工程案例计算分析，采用本文提出的支护措施，取得良好支护的效果，兼顾了安全性和经济性，对今后同类型的基坑工程支护具有重要的参考价值。

（2）采用坑内土加固方法能够有效解决复杂深基坑的变形稳定问题，减小排桩的嵌固深度和锚索的锚固长度，同时也能提高建筑地基的承载力，较少。

（3）基坑开挖过程中或基坑开挖后，如基坑边坡出现裂缝、变形以致滑动的失稳险情，其本质是土体潜在破裂面上的抗剪强度未能抵抗剪应力的结果。因此抢险应急的防护措施也基本上从这两个方面考虑，一方面设法降低土体中的剪应力；另一方面提高土体或边坡的抗剪强度。

（4）本基坑地形复杂，地质条件较差，周边环境较复杂，基坑支护设计时应坚持采用动态化设计及信息化施工，应根据基坑施工情况、开挖情况、基坑监测数据等，及时修正各种不确定性造成的参数偏差。根据施工过程和基坑监测的反馈信息，及时指导基坑施工和使用。