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摘要：本文結合實際情況，從深基坑施工的施工工藝、質量、安全管理等幾個方面進行探討分析。...

北京門頭溝人保大廈工程深基坑施工技術方案的探討

陳 沖

（中建新疆建工集團第五建筑有限公司  102300  北京）

    近年來，由于城市的快速發展和地下空間的快速推進，城市大型及高層建筑的大量建設，使得深基坑支護的應用越來越廣泛，也成為基礎工程施工的重中之重。深基坑支護技術是一項極富于挑戰性的工作，技術性很強，涉及到巖土力學、結構力學、材料力學和地質水文等學科，且施工難度大，風險性極高。而深基坑的支護不僅要保護坑內人員的安全，也要防止基坑土體的移動，保證周圍附近建筑物、道路、地下管線的正常運轉。本文結合實例對深基坑進行技術探討。

1.工程概況

    本工程位于北京市門頭溝區中門寺街16號，具體位置參見（圖1，擬建場區地理位置示意圖）。位于山區，四周圍繞高山，夏季多雨。歷年雨季降水量最高為470mm。

 

    基坑約為長方形，南側、北側長為142m，南側邊坑距交通道路近4m，東側長為67m，西側長為71m 。基礎形式為滿堂基礎，西側為筏板基礎，東側為構造底板，中間為柱基，最外邊為條基。基坑深-6.8m，在北側最深處為-7.10m。根據地勘報告，土質表層為人工堆積之一般厚度為0.50～3.40m  的人工堆積之粘質粉土、粉質粘土素填土①層及卵石填土、房渣土①1層。人工堆積層以下為新近沉積之粉質粘土、粘質粉土②層及卵石、圓礫②1層；卵石③層及粉質粘土、粘質粉土③1層；卵石④層及粉質粘土④1層。新近沉積層以下為第四紀沉積的卵石⑤層及粉質粘土⑤1層；卵石⑥層。

    土質分布較為均勻，但在-6.8m處其持力層為粉質粘土。泡水宜軟，宜崩解。地質報告顯示巖土工程勘察期間（2010年8月中旬)最深鉆探至標高83.95m處（深25.00m），于鉆孔中未見地下水。而經調查、了解，擬建場區歷史最高地下水位接近自然地面下8.00m。基坑周邊場地無影響基坑安全的建筑物，場區地下局部分布有電纜、上下水管線等設施。由于基坑開挖已達五米以上，必須對基坑進行支護，支護時考慮到邊坡穩定性，也要保證變形在允許范圍之內。

2.支護方案的選取

    從地勘報告土質剖面圖看，邊坡土質良好，南側邊坡土質較為單一，大部分為卵石土碎石土(人工成孔難度較大)，粉質粘土只在邊坡西段的-4m～-7m一小部分位置，而東、西兩側邊坡大部分為粘性土—粉質粘土，局部夾雜卵石碎石土，北側邊坡在西段各層土質不一，較為復雜，各層都夾雜有卵石土、碎石土、粉質粘土、雜填土，中段和東段的上部分雜填土、卵石土，從-3m 往下都是為粘性土—粉質粘土。基坑開挖深度最深處為7.1m，大部分為6.8m，而基坑側壁安全等級為二級，綜合考慮該工程采取土釘墻支護方案，“土釘墻”支護是依靠土釘體與土體之間的摩擦力將邊坡土體內不穩定區土體的側壓力，通過土釘的水平拉力作用傳遞到穩固區。在土釘支護體系中，土釘與土體共同作用，充分利用土體的自承能力和土釘與土體之間的摩擦力，約束土體的側向變形，形成一種自穩性結構，即增強了土的主動受力能力，又增強了土體破壞的延性。由于土體延性的增加，即使土體支護體系發生破壞，也是漸進性的。該工藝最大特點就是土體位移變形相對較大，一般變形為基坑深度的3‰，而在經濟上其造價一般比樁墻支護方式節約30％-60％的費用，而且施工工期短，方便快捷，穩定可靠。如圖2，為中門寺土釘墻剖面圖。

    考慮到場地條件，采用同濟大學深基坑支檔結構分析計算軟件FRWSv40進行計算驗證，用土釘墻對該基坑進行支護時完全可行的。根據開挖深度，采用不同坡面形式。土釘的計算參數如下： 

    土釘水平間距為1.5m ，豎向間距為1.4m ，按梅花型布置。土釘上每隔1.5m 要焊對中支架，土釘與水平面夾角為10°。土釘采用人工洛陽鏟成孔，成孔直徑100-200mm。土釘端頭處彎一長度為200mm的“雙耳”鉤，以便與單道Φ16橫向加強筋連接。土釘所采用鋼筋均為Ⅱ級鋼筋。

    土釘墻面層采用φ6.5的鋼筋編制成@250×250的鋼筋網，外設1Ф16橫向加強筋(橫向1.5m 布置一根加強筋)，橫通筋與土釘主筋端部焊接牢固。土釘墻面層噴射厚度為80-100mm的C20細石混凝土，混凝土配合比為水泥：砂子：石屑=1：2：2。注漿材料采用水灰比為0.5的水泥漿，水泥漿強度等級應大于15Mpa。土釘墻支護體系在坡頂設1.0m 寬度的護頂，在坡腳設置深度為20cm 的護腳。下層土釘需在上層土釘漿體強度、面層強度達到設計強度的75％后再進行施工。

 

3.施工工藝

    3.1 施工工藝流程

    開挖——修坡——定孔位——成孔——插筋——堵孔注漿——二次注漿——綁扎、固定鋼筋網——壓筋——釘端焊接——噴射混凝土面層——混凝土面層養護——循環下一層土釘施工。

    3.2 開挖及修坡

    土方開挖首先要保證足夠的邊坡土體自穩條件，嚴禁超挖；其次要與土釘支護密切配合，根據本工程土質條件及支護設計，進行土方開挖做出以下施工要求：

    土方開挖要求分步進行，做到開挖一步支護一步，支護一步開挖一步，土方每步開挖深度與土釘支護每步高度保持一致，每步挖深1.90m，嚴禁超過2.0m。

    基坑邊土體開挖時，按設計的坡比進行土方開挖，預留10cm 厚土體，進行人工修坡，邊坡支護完成后不得影響結構施工。

    3.3 編扎鋼筋網

    修坡后按順序編扎鋼筋網，由于編網是隨開挖分層進行的，因此，上下層的豎向鋼筋搭接長度應大于一個鋼筋網格長度，以保證鋼筋網的整體性，有利于傳力。鋼筋網編結要均勻，平均間距不得超過200mm。上下段鋼筋網搭接長度大于300mm，否則搭接處需點焊。鋼筋網距土層剖面凈距不應小于20mm。鋼筋網與土釘焊接牢固。

    3.4 造孔

    本工程土釘成孔主要采用人工洛陽鏟成孔，成孔直徑100mm。在人工洛陽鏟成孔過程中，角度向下傾斜10o，為控制角度，一則應留出適當的施工工作面，至少為7m，二則對斜墊板長度、及高差做出一定的調整。如斜墊板長2000mm，則墊板高差應為350mm。

    3.5土釘制作與安放

    土釘定位于孔的中心位置，需沿長度每隔1.50m 焊上定位支架，定位支架的高度要確保使錨筋能夠居中。

    3.6 注漿

    注漿方式為底部注漿，即將注漿管插至距孔底250mm～500mm。漿液從孔底開始向孔口灌填，孔口設置止漿塞。補漿一般不少于2次，保證漿液擠滿孔壁。一次拌合的水泥漿應在初疑前用完；注漿前應將孔內清除干凈，注漿開始或中途停止超過30分鐘時應用水潤滑注漿泵及其管路，向孔內注入漿體的充盈系數必須大于1。

    3.7 土釘端部焊接

    土釘均采用土釘端部與加強筋、鋼筋網相互焊接的形式。各鋼筋的位置由里向外是：鋼筋網，水平加強筋，土釘端頭鎖定筋。

    3.8 噴射混凝土

    噴射砼時，噴頭與受噴面要保持垂直，距離保持0.6m～1.0m。作業面的噴射順序應是自下而上，從開挖層底部開始向上施噴，這樣可防止噴射混凝土自重懸吊于上層土釘，增加上一層土釘荷載，尤其是當上層土釘注漿和噴射混凝土尚未達到一定強度時，更要盡量避免。

4.排降水系統

    由勘探報告得知，地基下無水，但要對上層滯水應采取有效措施。在基坑開挖至-6.5m處，涌現大量地下水，分析其水來源，主要在于基坑支護期間正值北京地區雨季，其降水量歷年最高，基坑正處于所有山腳的最低處，造成了周圍地表水的匯流，而滲流土質為粉質粘土。采用兩臺抽水機進行排水，結合當地地區經驗，估算其滲透系數在0.2m/d，降水只需在-7.6m以下即可。故采用明排措施。設置環形排水溝，設集水坑進行疏排水。基坑支護坡頂處設1.0m 寬度的護頂及400mm高的擋水墻，在坡面水平方向每隔5m，豎直方向每隔2m 梅花設置一泄水孔，在坡腳處設置深度為20cm 的護腳。

5.深基坑支護質量技術保證措施

    5.1 土釘墻支護施工過程處理措施

    5.1.1 由于地質條件、施工的復雜性，基坑各邊坡地坪標高不一致，基坑深度也不同，邊坡土釘的排數可能發生變化，土釘長度和間距應根據實際情況由技術人員做相應調整。（如出現土質較差，成孔達不到設計長度，應對土釘進行減短加密處理）

    5.1.2 因地下障礙物(碎石土或者地下預埋管線)而無法按設計孔位或設計長度進行成孔施工的，必須重新對錨桿進行設計計算之后，對土釘入射角度、間距和位置進行調整，以避開地下障礙物。當土釘間距調整幅度超過500mm或成孔深度比原設計孔深少2000mm 以上時，施工現場技術人員應與設計人員協商解決。

    5.1.3 成孔過程中遇地下水而縮頸、塌孔現象，可采用如下方法之一解決：

    (1) 成孔后立即下土釘并隨即注漿。已縮頸的土釘孔應二次成孔以保證孔徑；若二次成孔無法保證孔徑，應在相鄰處補孔。

    (2) 若現場地層情況與原勘察報告有較大出入，縮徑、塌孔嚴重而無法用洛陽鏟成孔，應及時調整方案。可采用鋼管花管作土釘打入土體并灌注水泥漿，或采用錨桿機成孔。

    (3) 當周邊地下管線距基坑較近（小于2m），管線埋置范圍較大時，可采用加長、加密土釘支護措施。當管線自身高度小于1.4m，采用噴錨支護時上下土釘應錯開管溝位置。

    5.1.4 基坑開挖過程中因土質較松散發生局部土體不穩定可采用的方法有：

    (1) 視土質情況減小土方開挖深度或進行跳躍式開挖。

    (2) 在土方開挖后立即掛網噴射一層40mm厚細石混凝土，再進行土釘施工。

    (3) 若不穩定土體已塌落，視塌落土體大小用編織袋或草袋等物體裝土填充密實后，掛鋼筋網或進行壓力注漿，再進行下一步工序施工。

    (4) 增加邊坡監測次數，做好記錄并及時上報。

    5.1.5 邊坡水平位移發生突變，地面產生較大裂縫，位移未有收斂跡象時采取如下處理方法：

    (1) 立即封鎖該區路面，禁止各種車輛及無關人員通行；及時通知設計人員到場。

    (2) 盡快采取坡后卸荷，坡腳堆土壓重（用挖掘機對坡角進行土方回填）或內支撐等方法減緩邊坡位移。

    (3) 縮短邊坡監測周期，同時盡快分析事故原因，找出最有效的解決方案避免事故繼續惡化，保證工程順利進行。

    5.1.6 特殊情況處理

    (1) 若開挖后遇飽和土層，由于水的滲透作用，易造成界面土體局部剝離，可采用打入超前土釘的方法處理。

    (2) 成孔時遇到不明障礙物或地下管線時，須調整成孔角度，嚴禁強行穿越不明障礙物或地下管線。土釘成孔位置應避開地下障礙物，其間距可做相應調整。

    5.2 質量保證措施

    (1) 土釘在成孔后應及時成錨，嚴禁空孔放置時間太長，以防引起土體塌孔。

    (2) 成孔后應進行清孔檢查，對于孔中出現局部掉落松土應及時處理。成孔后應及時安設鋼筋并注漿。孔位的允許偏差左右不大于100mm、上下不大于50mm，傾角誤差不大于1°，孔徑允許偏差為-5m m～+20mm，孔深允許偏差＋50mm。 

    (3) 加強筋和鋼筋網片須彎過坡頂和插入坡底的設計尺寸，形成土釘墻支護結構的護頂和護腳。網格允許偏差為±10mm，鋼筋網鋪設時每邊的搭接長度不小于300mm，驗收時按《建筑工程施工質量驗收統一標準》GB50300-2001執行。

    (4) 土釘的鋼筋插入孔中須居中，保證土釘芯體與漿體的粘結強度。

    (5) 在噴射混凝土前，面層內的鋼筋網片應牢固固定在邊壁上并符合規定的保護層厚度20mm要求。

    (6) 確保土釘的全長錨固，嚴禁土釘端頭注漿不滿。

    (7) 嚴格按施工程序逐層施工，每層土釘注漿完成并養護3天以后，方可進行土方開挖，嚴禁在土釘養護期不滿即開始下層土方開挖。

    (8) 不穩定坡面開挖后，須適當采取封面措施，防止土體流失。

6.深基坑支護安全措施

    (1) 做到嚴格管理，文明施工，安全生產，貫徹動態設計，信息化施工原則，認真分析施工中的圖層特點和現象，及時反饋并能采取有效措施對各種問題進行處理。

    (2) 建立以項目經理為核心的安全管理體系（從技術上，生產上）選用專業性強的安全意識強的人做安全員，并相應明確安全職責，簽訂安全合同書。做好安全教育工作，牢固樹立“安全第一，預防為主”的安全生產方針，做好“五同時”教育工作，將各項安全工作落實并強化到人，提高全員安全意識。制定并做好質量安全監察措施，列表列出常見施工事故和施工質量隱患或通病的出現部位，產生原因，預防和補救措施。對深基坑不安全或者有安全隱患的部位，應明示掛牌，提醒工人注意安全，且應及時整改。

7.基坑監測的技術要求

    為了確保基坑邊坡穩定，確保周圍建筑物的安全，需進行變形觀測，基坑邊坡頂部的水平位移和豎向位移監測點應沿基坑周邊布置，基坑周邊中部、陽角處應布置監測點。監測點間距不宜大于20m，每邊監測點數目不應少于3個。監測點宜設置在基坑邊坡坡頂上，以觀測邊坡是否有沉降和滑動。監測內容主要為土釘墻坡頂的水平、垂直位移監測。當觀測時發現邊坡的位移量達到報警界線狀態，此時派觀測人員加強基坑邊坡的變形觀測，隨時報告最新狀況，同時土方開挖要緩慢或停止開挖甚至回填，待采取措施后或待邊坡穩定后方可繼續開挖。

    基坑圍護結構臨界報警值：（需得到設計院認可）

    圍護頂部垂直、水平位移監測    累計10㎜。

    圍護結構側向位移監測       累計10㎜。

    坑外土體側向位移監測       累計10㎜。

    若測試值達到上述界限須及時報警，以引起各有關方面重視，及時處理。分析原因并及時對支護采取加固措施，必要時增用其它支護方法。

    采取措施主要：坑外卸載、補打土釘、嚴重部位施工鋼板樁等。

8.結束語

    綜上所述,進一步收集整理該類型工程基坑支護的施工經驗，分析探討其科學合理的施工經濟技術指標，這對指導今后的設計、施工和成本管理都將具有重要意義。

參考文獻：

[1] 錨桿噴射混凝土支護技術規范, GB50086-2001

[2] 基坑土釘支護技術規程, CECS96: 97

[3] 建筑邊坡工程技術規范, GB50330-2002

[4] 建筑基坑支護技術規程, JGJ120-99

[5] 建筑地基基礎設計規范, GB50007-2002

[6] 建筑基坑工程監測技術規范, GB50497-2009

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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