建筑工程施工中的深基坑支护施工技术

陈天锋

（福州亨源建设工程有限公司，福州 350001）

1 引言

在地下空间的利用技术逐渐成熟以及建筑质量要求不断提高的今天，深基坑项目数量随之增多，导致现场建设环境更加复杂， 土方挖掘深度与工作量不断增加。 从近些年深基坑项目实践看来，为保证施工过程的安全，大部分建设方都选择了比较稳妥的支护技术。在设计与实施深基坑作业前，施工单位会事先对建设场地及周边一定范围内的土层进行勘察，以此掌握现场的土质条件。 本文选取了一项医院建筑工程作为分析对象，这个建筑项目包含多个单栋建筑，结合不同的地质条件，创新性地选择了多种支护技术，能给类似施工项目提供参考。

2 建筑工程项目概况

福建医科大学孟超肝胆医院建筑工程，共有两个地块，总建筑面积为299 800 m2，其中地上面积有198 813 m2。 该项目建筑的桩基都选择冲孔灌注桩， 底板厚度分成400 mm 与550 mm 两种，承台高度均设置为1 600 mm。

2.1 边坡支护设计

本项目建设区域原本属于民宅用地，在原建筑拆掉后，大多数是空地。 经过初步勘察，场地内不存在不利的埋藏物、管线、地质灾害等。 但岩土类型偏多，还分布一些软弱土，整体均匀性不高，而且上部地基承载力较差。

地块1 在规划区域的西侧， 是工程主要施工场地， 包括1～2 层地下空间，其中第1 层地下室的基坑深度在5.65～5.75 m；第2 层地下室基坑达到9.85 m。 地块2 分布在东南角，仅有医住楼，配有1 层地下室，基坑深度有5.9～7.5 m。两个基坑间距仅有48.6 m，为防止相互干扰，扩孔锚杆采用错开布置的方式。边坡设在东北侧，顶部高度在9.8～15.1 m 不等。并且基坑底部和周边构筑物的距离普遍较近（见图1），所以基坑周围的支护形式，选择土钉墙、SWM 工法桩+ 扩孔锚索、水泥土搅拌桩+土钉墙、冲孔灌注桩+深层水泥土搅拌桩+扩孔锚索。边坡支护部分采用钢筋锚杆与现浇钢筋混凝土面板的组合形式。

图1 周边构筑物与基坑底部的空间关系

2.2 施工重难点

本工程地下水位偏高， 可能会影响基坑结构的稳定性，所以要考虑降水的问题。另外，由于是深基坑，整体开挖量较大，所以选择了分层开挖的作业方式。 在现场挖掘下层时，要确保上层填充硬化材料、布置辅助钢板，这就会延长工期，还会增加一些设备与材料的成本[1]。 工程土方挖掘时间恰逢本地局部降雨的季节，所以还要考虑防雨的问题。 此工程选择支护技术较多，并在地块1 中，地下1 层和地下2 层存在交接处，建设难度较大。由于支护体系之间需要相互配合，加之底板面与标高、承台与电梯基坑参数不一，现场要格外注意对土面的管控。

3 深基坑支护系统施工技术

3.1 土钉墙支护

在本项目中，土钉墙部分的施工关键控制点在于：地下1 层和地下2 层交接位置的处理，需先完成地下2 层的回填工作，才能挖掘地下1 层承台；在锚杆和桩体的位置有碰撞时，需合理移位；在边坡处需布置变形监测点；机械挖掘土方中，要借助仪器实施测量，预防超挖。

在场内施工时，施工人员先要按照图纸载明参数，完成边坡放线，作为后续施工的基准线。

1）土方作业。 现场人员先沿着基坑位置，在距离其6 m 的位置挖出支护作业面，随后处理中间土体，并分层挖掘基坑周围，直到满足坡面锚管作业需要。 在挖土过程中，为了确保边坡结构稳定，需以1∶1.05～1∶1 的标准完成放坡，经过简单修整后，及时喷锚支护。在修坡时，需一同挖出宽深540 mm、360 mm的截水沟，并用水泥砌筑表面。在坡面初次喷混凝土中，需注意把控厚度，至少要达到30 mm，按照水泥用量添加2%速凝剂。

2）斜向锚管作业。 当锚管就位后，施工人员需借助螺旋式钻孔机，其作业角度需和水平面保持10°～25°夹角，直到钻至标准深度。 如果在钻进中发现砂卵石与粗砂，则要按照设计参数增加10～20 cm。随后将锚管放到孔中，并和钻孔中心线保持一致。

3）坡面处理。 本项目中，坡面上需铺设人工绑扎的钢筋网。 为保持坡面稳定，需插入一定量的泄水管，及时降低周围地下水位，减轻支护壁承受的压力。 支护坡面还需进行二次喷混凝土，材料与初次一致，厚度控制在50 mm 左右，并确保整个混凝土层厚度满80 mm。 另外，为保证两层混凝土可以充分衔接，下部面层需按照对45°的标准，形成斜面。待混凝土终凝2 h 后，便可开始浇水养护，该道工序至少要持续5～7 d。

4）锚管注浆。 施工人员把止浆塞直接插到杆体中，如果注浆时出现压力偏高以及围岩结构不稳的情况，需立刻通过锚固剂进行封孔。 待注浆结束后，锚固体径至少要达到110 mm[2]。

3.2 围护桩+深层水泥土搅拌桩+扩孔锚索

首先，围护桩支护部分。 本项目的围护桩主要使用泥浆材料， 在钻孔时需确保桩径偏差在50 mm 以内， 垂直度标准为1/300。 桩体钻入位置偏差不可超过50 mm。 在围护桩建设之前，施工人员先要明确土层条件，必要时进行试成孔作业。 按照设计要求，桩体水下强度需达到C30，保护层则要有50 mm后，允许混凝土坍落度在18～20 cm。其中，浇筑水下混凝土时，导管埋到设计混凝土面下方0.8 m 以内的位置，并且必须保证材料供应充足，实现一次性完工。

其次，深层水泥搅拌桩（施工流程见图2）。 本项目采用的材料水灰比是0.55，将制备材料提前倒进集料池中，分成多次喷浆搅拌。 首次喷浆搅拌时，操作人员先将搅拌头沉到设定深度参数后，才能打开灰浆泵。 当浆液处于溢出口，并在桩底喷浆0.5 min 后，可以提升喷浆头，同时要保持连续搅拌，确保浆液和土充分混合。 理论上，提升速度是0.5～0.6 m/min，现场还要根据试验桩进行调整。 后续的搅拌下沉处理直接按照第一次的标准进行即可。

图2 深层水泥土搅拌桩施工流程

最后，扩孔锚索。 其是通过高压旋喷注浆方法的一种锚式技术。 在钻孔中，做好放线处理以及钻机就位后，施工人员需要进行全面调整，保证钻机导轨倾角的实际差值在±1°，同时方位偏差需控制在±2°以内。 在一切确认无误后，可先快速钻进，旋喷注浆压力设置在10～15 MPa。 到了扩大头锚固区，应当逐渐减速，同时将注重将压力提高到15～20 MPa 区间。在该过程中，需有专人观察周边土体的状态，灵活调节泵压，以免高压导致浆体穿孔、土体结构崩塌。 另外，如果确实发生塌孔，则需暂停钻进，经过注浆加固后，等待24 h 重新启动，并且要改用跟管钻进技术。 此项目中使用的锚索，由钢绞线制作。 现场按照1.5 m 的间隔标准， 在锚固段设置架线环和紧箍环，而自由段则以2 m 的间隔，加设架线环。 在布置锚索杆体中，需和注浆管同时放进孔中， 管端需和孔底之间留出50～100 mm的空间，在锚索孔口处需留出1 200 mm 的筋体，方便后期张拉。注浆过程中，保持100～200 mm/min 的钻进速度，每米桩体至少要消耗100 kg 的水泥，而在扩大头的锚固段，水泥用量则要增加到150 kg/m。 在锚具锁头与复合片钻头都达到设计孔深后，利用注浆泵与空气压缩机，辅助建立扩大头结构，并连续实施2 次扩孔作业。

3.3 SMW工法桩+扩孔锚索

SMW 工法桩的建设程序可参考图3，整体按照“三搅三喷”的模式完成。 在SMW 工法桩施工中，以基坑西侧为起点，按照顺时针的方向作业。 在放线、沟槽基础性工作完成后，安排桩机入场，严格校正起到定位，确保偏差在50 mm 以内，钻杆垂直度则不能超过1/250。 同时，为避免超钻，需在钻杆上标记出设计的桩体长度。在插进H 形钢中，施工人员先需在钢材顶部150 mm 的位置留出100 mm 直径孔洞，安装吊具与固定钩后，涂刷上减摩剂。 同时在型钢上加设定位卡，用于控制插入平面位置[3]。 插入作业期间，必须动态观察与调整垂直度与水平误差。 在准备处理圈梁前，先在型钢表面包上油毛毡、塑料泡沫，将其和混凝土隔离开。 当后期收回型钢，先要保证主体结构满足设计强度，才能通过专用机械直接将其拔出。 其余扩孔锚索施工流程和前一种支护体系相同。

图3 SMW工法桩施工流程图

3.4 水泥土搅拌桩+土钉墙

该部分的施工难度较低， 两种支护技术都是比较成熟的工艺，其中土钉墙施工前文已经展开阐述，此处一笔带过。 水泥土搅拌桩的操作流程和上文深层水泥土搅拌桩基本一致。 当成桩后，未额外插进钢管，长度是8 mm，相邻间距为1 200 mm。

3.5 边坡支护施工

在本工程中，边坡选择永久性结构，通过钢筋锚杆与现浇钢筋混凝土面板的组合支护体系进行保护。 其中，锚杆主要利用钻孔与插入安装、注浆的方式实现，而为保证其支护效果，现场会根据施工分区，随机抽查部分锚杆，检测其拉拔力。 现浇钢筋混凝土面板的支护结构中，以钢模板为主，在个别补缝处采用木模板。 在模板安装好后，需利用PVC 管把引水口引到模板表面，待管材加紧固定后，便可组织混凝土浇筑施工。现浇混凝土需采用分层处理的方式， 坡面单层混凝土厚度为0.5 m。 各个浇筑仓的长高分别是20 m、2 m，按照从上向下的浇筑程序进行，并保证材料浇筑落差控制在1～1.5 m，最多不能达到2 m 以上。振捣时需插进下层50～100 mm，当混凝土不再下沉与冒泡后，需缓慢拔出振捣棒。

4 结语

总之，对于诸如案例工程的复杂深基坑项目，需在充分了解施工条件与基坑特征的前提下， 综合分析安全与质量等不同方面，选出最适宜的支护形式。 本工程中由于地基土质非常不均匀， 并且还涉及地下1 层与地下2 层衔接等复杂性的问题，要求不同专业交叉配合施工。 而鉴于此项医院建筑项目的成功可以总结出，面对深基坑支护时，不应单一考虑某种支护方法，可以尝试多种技术的组合形式，例如“围护桩+ 深层水泥土搅拌桩+ 扩孔锚索”，这样不仅有助于加强支护体系的作用效果，在现场留出一定作业空间，还可以合理降低基坑施工造价，提升工程开发效益。