浅谈深基坑的施工工艺

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摘要：深基坑工程是施工开挖与结构工程、岩土工程、环境等诸多学科的交汇，是一项涉及范围广且具有时空效应的综合性工程，深基坑工程安全储备较小，具有较大的风险性，因此施工工艺及方案是极其关键的难点和重点。

关键词：深基坑工程；围护桩；基坑开挖；支撑架设。

一、工程概况

厦门湖里大道―环湖里大道路口改造工程（下穿通道）位于厦门本岛东北部五缘湾片区湖里大道―环湖里大道交叉口。在金山路左转进入枋湖北二路方向设置下穿通道，将交叉口改造为全互通，以提高交叉口的车辆通行能力。

下穿通道（下沉式道路）全长600米（K0+240---KO+840），包括矮挡墙段、U槽浅埋段、U槽深埋段和框架涵。其下穿通道道路内的雨水通过排水边沟排至最低点，并通过设置在K0+635处的截水沟排放至雨水泵站。

二、基坑开挖设计方案及技术设计要求

本基坑支护安全等级为二级，重要性系数为1.0，基坑周边地面设计附加荷载为15KPa，坡顶4.0m范围内不得堆载，严禁超载。

本工程基坑围护包括矮挡墙段和U型槽浅埋段的钢板桩支护，框架涵和U型槽深埋段的围护桩支护+Φ609钢管内支撑；对框架涵段的冲孔灌注桩采用高压旋喷桩止水。雨水泵房周边沿着外侧施打一排围护桩+旋喷桩作为止水帷幕， U型槽深埋段同时开挖。

三、施工方法及技术措施

1、施工工艺

整个基坑围护施工遵循“开槽先撑、先撑后挖、严禁超挖、动态设计、信息化施工”的原则，施工期间，降排水工作、施工监测贯穿整个施工阶段。

2、施工测量

本工程基坑开挖深度较深，为确保施工测量质量，需组织专业测量组根据图纸提供的导线点、水准点进行复测。

3、围护钻孔灌注桩施工方法

3.1施工顺序

冲孔灌注桩在场地整平后开始施工，其施工顺序应每隔两根施工一根，本工程安排每隔四孔施工作业。

3.2、主要施工过程

3.2.1 施工准备

本工程钻孔采用冲击式钻机成孔，先整理施工场地并进行围挡，接通水电并进行钢护筒制作。

3.2.2 护筒埋设、桩位复测

护筒采用挖坑埋设法，测量定位后，先通过人工挖孔3米，在预定的桩位掘进一定深度，然后埋设护筒。护筒位置经复测调整好以后，护筒底部和周围用粘质土填实，以防止漏浆或护筒在成孔过程中移动。

3.2.3 桩机就位成孔

3.2.3.1桩机就位、泥浆池

钻机通过自身的移动装置或吊车就位，就位后的钻机要保证基座水平，并定好钻机，防止成孔过程中移位，经检查批准后方可开始钻孔。在原地面开挖3×5米，深度1米的基坑，在基坑边砌筑60cm高的24砖墙+砂袋作为泥浆池。

3.2.3.2成孔

本工程所采用的冲击式钻机，其原理是通过卷扬系统提升冲击锤上下反复冲击，将钻孔中的土、石劈裂、破碎或挤入孔壁中，用泥浆悬浮钻渣，使冲击钻能经常冲击到新的土（岩）层；另外利用正循环的方法带走钻渣排出孔外，同时起到护壁作用；带有钻渣的泥浆经过沉淀池净化后循环利用。

3.2.4 终孔验收、清孔

当成孔至设计标高后，经验收合格方可终孔。清孔主要采用换浆法，以保证沉渣厚度符合设计要求，泥浆指标符合灌注要求。

3.2.5 钢筋骨架制作及安装

钢筋骨架制作完成后，吊装前用探孔器进行孔内检查有无缩径和坍塌现象，确认成孔正常立即进行钢筋骨架安装。最后再安装测斜管。

3.2.6 安放导管及二次清孔

灌注水下砼采用内直径为260mm的螺牙式导管；导管连接时，中间夹有密封圈,连接盘必须上紧，防止漏气；导管安装完毕进行第二次清孔，直至满足设计要求。

3.2.7 灌注水下砼

砼采用砼搅拌运输车运至施工现场，用砼泵车进行混凝土灌注。

3.2.8 桩头凿除

待桩基砼强度达到设计强度的70％以上时，清除桩头松散砼并将高出桩基设计标高的部分砍除。

3.2.9 桩的检测

成桩7天后，抽取不少于支护桩数的20%进行低应变动力测试。

3.2.10 泥浆处理

灌注桩施工时在现场设置若干泥浆钢制沉淀池，保证冲孔及砼浇注过程中溢出的泥浆抽至沉淀池内沉淀，防止污染周围环境，待泥浆沉淀后再将其运至指定的弃土场。

4、高压旋喷桩止水帷幕施工

高压旋喷桩主要起止水帷幕作用，桩径为0.7米，桩中心距为1200，桩长以进入坑底不少于1500为准。围护桩身砼强度达到设计要求的80%后开始止水高压旋喷桩施工。

4.1旋喷主要施工技术参数

按照技术工艺先进、成孔质量可靠的原则，本工程采用二重管法高压旋喷桩做止水帷幕。

旋喷桩径：700mm桩 心 距：1200mm

提升速度：0.1~0.2cm/min浆压：20Mpa

气压：0.7Mpa 水 灰 比：1：1~1：1.5

水泥掺量：每米不小于300kg；（P.C32.5级复合硅酸盐水泥）

采用跳打作业进行施工以确保施工质量达到止水效果。

4.2施工程序

4.2.1根据加固区标高核准旋喷桩钻杆长度并做好标记；

4.2.2旋喷桩机安放在设计孔位上，同时保证钻到设计要求的垂直度，桩机就位后，必须作水平校正，使钻机垂直对准孔位，并固定好桩机;

4.2.3喷射注浆作业，将注浆管达到设计的标高后，进行地下试喷，一切正常后即自下而上进行喷射作业，调整空压机、高压浆泵，使其压力达到设计要求后根据设计要求的提升速度提升旋转喷浆，至设计桩顶标高。

4.2.4冲洗，每根桩施工完毕，把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存泥浆。

4.3旋喷操作控制要点

4.3.1 旋喷前要检查高压设备和管中系统，其压力和流量必须满足设计要求。注浆管及喷嘴内不得有任何杂物。注浆管接头的密封圈必须良好。

4.3.2 垂直施工时，桩垂直度不得超过0.5/100，桩位与设计图的偏差不得大于50mm。

4.3.3 在插管和喷射过程中，要注意防止喷射被堵，在拆卸或安装注浆管时动作要快。

4.3.4 旋喷时，要做好压力、流量和冒浆记录。

4.3.5 喷射过程中遇到设备故障，水泥浆供不应求，短时间不能继续喷射时，或喷射注浆完毕后，应将注浆管提起一段距离或提出孔口。

4.3.6 喷射注浆过程中需要拆除注浆管时，应先停止提升和回转，同时停止注浆，最后停机。

4.3.7 深层旋喷时，应先喷浆后旋转和提升，以防注浆管扭断。

4.3.8 搅拌水泥时，水灰比要按设计规定，不得随意更改，在旋喷过程中应防止水泥浆沉淀，使浓度降低，禁止使用受潮或过期的水泥。

4.3.9 施工完毕，立即拔出注浆管彻底清洗注浆管和注浆泵，管内不得有残存水泥。

4.4、高喷施工中的特殊情况处理

（1）漏浆、冒浆

钻孔过程中遇有漏浆部位时一般采用加浓固壁泥浆、抛投粘土球或抛投中粗砂充填，待正常返浆后再行钻进。高喷灌浆过程中，当孔口冒浆超过注浆量的20%或完全不冒浆时，立即查明原因并采取相应的处理措施：冒浆量太大，采取提高喷射压力、适当加快提升和旋转速度等措施；孔口完全不冒浆则采取掺加速凝剂、抛填级配料等措施，待冒浆正常后恢复喷射提升。

（2）串孔、喷浆中断

高喷灌浆过程中，遇喷浆孔与钻孔串浆时，采取暂时停止钻孔作业，待喷浆结束后，再扫孔钻进。喷浆过程中，如遇停电造成喷浆作业中断时，启动备用电源应急处理；发生设备故障时，动用备用设备及时替换，同时安排紧急抢修。

5、桩顶冠梁施工

桩顶冠梁采用钢筋混凝土现浇，混凝土强度为C30，钻孔灌注桩上的冠梁尺寸为100cmх80cm，挖孔桩上的冠梁尺寸为120cmх80cm。桩基施工完成后开始压顶冠梁的施工。

（1）定位放线：

根据基坑中线的控制点复测桩位并定出桩顶冠梁的位置，根据高程点定出桩顶冠梁的标高和开挖深度；

（2）基坑开挖：

开挖采用挖掘机进行与人工配合，开挖的土方用自卸汽车外运弃土。

（3）钢筋制安：钢筋加工在临时加工场地加工；

（4）模板安装：安装模板时，模板接缝应紧密不漏浆，如发现接缝不紧密，模板接缝间可加夹泡沫塑料条。模板接触混凝土的一面应光滑平整并涂扫脱模剂；

（5）砼浇筑：混凝土应按一定的厚度、顺序和方向分层浇筑，分层浇筑厚度为300mm，浇筑混凝土应连续进行，一次浇筑完毕。

（6）养护：砼浇筑完成24小时后即可拆模。砼浇筑应在12小时以内进行淋水保养，砼的淋水养护不应小于7昼夜。

（7）具体施工要求如下：

A、冠梁施工前应对围护桩顶进行清理，凿除桩顶超灌部分及浮浆；

B、严格控制冠梁顶标高；

C、冠梁顶钢筋应通长设置，钢筋连接宜采用焊接。

6、深基坑排水及止水措施

基坑框架涵部分采用高压旋喷桩做为止水帷幕，可以有效地阻止坑外地下水的水平渗透，因此基坑开始时基坑外的场地排水采用设置排水沟，即在基坑围护桩周边设置一排截水沟的形式，将地表水汇入市政管道。

基坑内排水采用在基坑坑底四周设置排水沟，且排水沟每隔50米设置一个集水井（集水井内径600*600，采用120厚砖墙），采用水泵将坑内水送出坑外后进入市政管网。

在布设排水沟、集水井及确定抽水时应留有20~30的富余量，选用水泵类型时，一般取水泵的排水量为基坑涌水量的1.5倍。

7、基坑开挖

7.1开挖方法

土方宜分层、分段、均匀、对称开挖，每一层土方开挖应在其上部的支护体系能够满足设计要求后进行。土方开挖采用机械开挖，开挖过程中确保不碰撞支护结构，保持支护结构稳定。本工程基坑挖深较深，分别在深埋段U型槽、浅埋段U型槽和矮挡墙段设置支护结构。

a、根据基坑深度的实际情况，本次开挖采用自深挖区至浅挖区开挖。第一阶段由U型槽浅段往矮挡墙段倒退开挖，第二阶段由U型槽和框架涵段中间往两侧倒退开挖。

b、土方开挖由专人指挥，采取分层分段对称开挖。并严格遵循“分层开挖、严禁超挖”的原则。

c、在开挖土方时,安排二人用经纬仪和水准仪进行轴线、中心点和桩的标高测量, 确保位置正确和开挖土方时不得超挖；

d、基坑开挖施工至基础底板标高时，在24小时内必须完成素砼垫层，垫层延伸至围护结构边。

e、土方开挖临边设置高度1.2米的钢管护栏，且坑边4米范围内不堆土、堆料。

7.2、矮挡墙段和浅埋段U型槽开挖

矮挡墙段和浅埋段U型槽开挖深度最深约6.5米，采用钢板桩支护，钢板桩采用FSP-IIA钢板桩。

(1)钢板桩围护开挖施工顺序

施工准备施工放样及施打定位桩导向框安装施打钢板桩开挖基坑钢板桩内支撑安装排水堵漏继续开挖基坑钢板桩内支撑安装排水堵漏开挖至设计深度混凝土垫层

（2）钢板桩施打

钢板桩采用PC400挖掘机吊液压振锤施打，钢板桩采用小锁扣扣打施工法逐块打设。从一端向另一端，逐块打设至结束。钢板桩最终打入土深度为开挖深度的1.2倍。

（3）横向支撑

基坑开挖大于4米时，需设置横撑，横撑采用D351X9.0m热轧无缝钢管，横撑设置在现状路面以下1.5m处，横撑间距2m，U型槽施工完成底板和部分墙身后设置临时横撑支护钢板桩，再拆除钢管横撑施工墙身上部。

（4）钢板桩围堰内的支撑加固

围堰内围囹及支撑设置如下：钢板桩围堰内围囹采用I32b工字钢，纵横支撑均在一个平面满焊牢固。

（5）基坑开挖应遵循时空效应原理，根据地质条件采取相应的开挖方式，一般应分层开挖，严禁超挖，在软土层及变形要求严格时，采用留土护壁，快挖快撑；分层、分区、分块、分段、抽槽开挖，先形成中间支撑，限时对称平衡形成端头支撑、减少无支撑暴露时间。

（6）钢板桩的拔除，

待墙身砼浇筑完成，并可以回填后，侧墙外侧土方回填至距离路面1.5米的位置开始拆除临时支撑和拔除钢板桩。

7.3、深埋段U型槽、框架涵段开挖

下沉道路工程开挖深度最深达到10.5米左右，因此开挖要在围护桩工程完成后进行；开挖基坑与Φ609钢管内支撑同时进行，且按照“分段分层开挖，先撑后挖”的原则施工，并且对称开挖，严禁超挖。开挖时分别用3台反铲分别在三个台阶上接力开挖。

开挖前先设置好排水边沟，排水边沟设置完并放样结束后，开始挖横向钢管支撑的沟槽。

7.4、坑侧渗漏封堵方案

出现漏水情况时，先对渗漏点进行引流，挖开探明情况。当无法直接封堵后，可用一台工程地质钻机在漏水点正后方1m出开机钻孔,孔深至渗漏点上方0.5m处,孔径100mm,成孔后在孔内并排振动插入两根注浆管,间距2cm,在其中一管中首先泵入水泥浆液,观察水泥浆液是否从漏水点流出,发现在漏水点有黑褐色水泥浆液溢时,在另一根管中泵入水玻璃溶液,由于水玻璃的凝结固化作用,渗漏点漏出浆液逐渐变稠,当渗漏点闭合时,为增强封闭效果同时填补可能存在的裂隙,继续原地注浆30min,然后停止送入水玻璃溶液,而边往上拔管、而边注入水泥浆液，用以填补钻孔形成的孔洞。

7.5、钢支撑安装及拆除施工

7.5.1支撑体系整体稳定性构造

本工程基坑采用钢管作为内支撑的基坑支护结构，桩顶设冠梁，桩间采用旋喷桩砼保持桩间土稳定。在围护边桩桩顶设置∮609*10钢管支撑（壁厚t=10mm），钢管支撑横向间距为8.0m，钢支撑于围护桩桩顶冠梁上，凿出围护桩桩顶压顶冠梁上预埋件，与∮609*10钢管之间用接头箱焊接而成。

7.5.2内支撑体系的加工制作

钢管支撑分节制作，每节标准长度应为5m和3m，管节间采用法兰盘螺栓连接，钢管直径φ609mm，壁厚10mm。钢管支撑端部设预加轴力装置。

7.5.3支撑架设方法

(1)钢支撑架设流程：基坑开挖――钢支撑组拼――安设临时支撑――吊装钢支撑――施加预加力――钢接头箱锁定――施工监测

⑵支撑安装

将标准管节先在地面进行预拼接并检查支撑的平整度，其两端中心连线的偏差度控制在20mm以内，经检查合格的支撑按部位进行编号以免错用，然后采用吊车吊装到位。钢支撑吊装到位后，用两个组合液压千斤顶同步施加预加轴力，最后用钢接头箱塞紧。

7.5.4内支撑体系安装的施工要点

（1）基坑竖向平面内需分层开挖，并遵循先支撑、后开挖的原则，支撑的安装应与土方施工紧密结合，在土方挖到设计标高的区段内，及时安装并发挥支撑作用。

（2）钢管横撑按每节5m和3m的标准长度进行分节，管内间用法兰、高强螺栓栓接，同时每根横撑两端分别分配活动端和固定端。

（3）钢管支撑端部设∮10钢筋吊环，通过钢丝绳或钢筋连系在围护桩上，同时用于微调的钢楔块也应电焊连接，防止脱落。

（4）组合千斤顶预加力必须对称同步，并分级加载，为确保对称加载。

（5）为防止钢管支撑压变形，要求活动端、固定端端承板采用厚4cm的特种钢板

7.5.5支撑连接可靠性要求

（1）钢管支撑在拼装时，轴线偏差≤10mm，并保证支撑接头的承载力符合设计要求。∮609钢管支撑定位准确，在支架上定位误差小于5mm，施工误差小于10mm。

（2）∮609钢管支撑不允许出现挠度和轴线偏移，钢管支撑架时，用经纬仪检测架设。

7.5.6支撑保护措施

（1）基坑开挖过程中要防止挖土机械碰撞钢支撑体系。

（2）施工过程中加强检测，若因侧压力造成钢管横撑轴等措施，防止横撑挠曲变形过大，保证钢支撑受力稳定，确保基坑安全。

7.5.7钢支撑拆除

(1)在U型槽及框架涵浇筑侧墙部分砼至顶板待其强度到达设计强度后拆除钢支撑，必要时在顶板下1.5m处加一道临时钢支撑；

(2)浇筑顶板部分砼，待其强度达到设计强度后拆除临时钢支撑；

(3)所有支撑拆除应对称拆除，各杆件的拆除应标明先后顺序。且拆撑前，侧墙外侧土方需回填至距离钢支撑1.5米的位置并碾压密实。

(4)拆撑时，安排专人指挥拆除，吊车吊装钢管支撑时应保持钢管两边的平衡，检查吊绳与钢管撑之间的连接是否牢固方可吊装，吊车有专人指挥。

(5)钢管支撑拆除后，随拆随拉走，不可堆放在坑边。

8、管线保护

本工程所在地市政管线较多，管线交叉布置。应此工程开始前需对下穿通道施工区域内的地下管线进行认真详细的调查，确切掌握各管线的准确要素（埋深、来源、走向、管径和管材等）。在正式施工前采用人工开挖探沟，避免大型机械开挖时造成的管线破坏。

在管线产权单位的监督下做好保护措施，同时做好标识和警示。在基坑的桩基施工时，避开管线，先挖槽暴露出管线的准确位置，然后联系相关管线部门迁改管线，对未迁改管线部分进行围护保护，尽量不让其外露。对需要现场保护的管线，避免施工机具对管线的碰撞。

9、基坑开挖测量与监控

深基坑工程施工过程中应进行监测，并应有应急措施。在施工过程中一旦出现险情，需要及时抢救。

四、结束语

本深基坑工程开挖深度大、工期紧、要求高、施工难度大。在保证人力、物力、机械等方面充分的情况下，更要注意安全性的问题，特别是在支护体系设计和土方开挖两部分，要按照施工方案，根据施工需要，保质保量确保总工期的实现。