某酒店深基坑支护关键技术探讨

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摘要：本文综述了高层建筑深基坑的支护发展概况，并结合工程实例，对某高层建筑深基坑支护关键技术进行了深入细致的探讨，对深基坑支护施工有参考价值。

关键词：高层建筑：基坑支护：关键技术

中图分类号：TU94+2

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2010)06-0179-03

1　前言

随着城市建设的发展，特别是高层建筑的与日俱增，高层建筑深基坑开挖与支护技术愈来愈引起人们的重视，当一些建筑场地发生坍塌事故后，基坑支护作为建筑施工中重要的环节，就不能不引起人们的重视。高层建筑通常位于建筑物稠密地带或者地皮较贵的市区，一些地下配套设施(如地下室、停车场、中央空调室等)往往是必须的。有了这些设施也就有了基坑，随着人们对地下设施的要求越来越多，就势必造成基坑的加深，这也为工程技术人员提出了许多新的课题。本文结合工程实例，对高层建筑深基支护方案、支护结构的施工和基坑施工中监测等若干问题进行了深入细致的分析和研究。

2　工程概况

某大厦地处该市商圈中心区，位于一交叉路口西北侧，为一商住大厦。该工程地下2层，地上24层，框简结构，总建筑面积30121m2。本工程地下室尺寸南北长53.3m，东西宽43.3m，基坑平面为57m×45m，基础采用人工挖孔灌注桩。

3　工程地层情况及周围环境

场地内地质从上到下分别为：①杂填土，厚1.0-3.5m：②新近冲积舍泥粗砂。厚1.4～2.5m：③海积淤泥质粉质粘土，厚1.2-1.6m，仅见于场地西面边缘处：④冲击粘土，厚1.2～5.6m：⑤粉土，厚1.2～11.0m；⑥含泥粗砂，厚0.6 2.4m；⑦辉绿岩残积枯土，厚1.2～11.Om；⑧花岗岩残积砂质粘土，厚1.6～14.6m：⑨辉绿岩风化层，a　强风化层0.6～4.4m，b　中风化层厚0.7～6.8m，c　微风化层厚2.4～6.7m；⑩燕山期花岗岩。为本场地主要基岩，也分强、中、微三个亚层。地下水埋深为1.5～6.4 m，含泥粗砂层的地下水为局部承压潜水型，其余土层的地下水属上层滞水型，基岩中则储存裂隙水，受大气降水补给。

4　基坑支护方案

本工程地处闹市区，西北角有315 KVA变压器房，周围均有建筑物(如图1)。基础施工期间必须确保周围建(构)筑物、道路、地下市政管线的安全和正常使用。设计单位根据本工程的地质情况和周边环境条件，决定在基坑的东、西、北三面，采用排桩加桩顶锚杆的支护结构。桩采用φ700钻孔灌注桩，桩距1.5m，桩长14.5m，其中嵌固深度5.5m，空孔2.6m，桩身砼强度等级为C25，钢筋笼主筋5φ25+5m18、φ8@150螺旋箍，泥浆护壁，水下浇筑砼，桩数116根。排桩顶部由900x600的钢筋砼冠梁联结，在冠梁的转角处，设斜向700x600的钢筋砼支撑梁。桩顶以上2m处土方按1：1放坡，坡面插钢筋挂钢丝网，并用50mm厚1：3水泥砂浆抹面。设计要求地下室的1区承台有抗浮锚杆约42根，锚杆锚定在冠梁上，共46根，每根长26m，其中自由段5m，锚固段21m，锚头设在冠梁上，锚杆倾角为30°，锚杆成孔直径不小于130mm，杆体材料采用4束7×φ5钢绞线，抗拉强度>1570N／mm2锁定值为120kN。桩间用M7.5水泥砂浆砌筑240厚砖拱墙挡土，在砖拱墙面垂直方向设m50@1000的PVC管泄水孔。在基坑的南面采取自然放坡，坡度为1：0.67，坡面插φ20@1500，L=2m的钢筋，挂10# @250×250铁丝网，并用50厚1：3水泥砂浆抹面。

5　支护结构的施工

5.1　施工顺序

围护桩施工冠梁以上土方开挖及坡面处理锚杆钻孔灌浆围护桩砍桩头及检验冠梁施工锚杆预应力张拉锁定基坑土方开挖桩间砖拱砌筑及南面放坡部位坡面施工基底砼垫层封底。

5.2　钻孔灌注桩施工要点

(1)桩成孔前作好准备工作，包括基桩轴线的控制点和水准点设置、成孔设备就位、设置深度标尺。以供施工观测记录等等。

(2)钻进速度应根据土层类别，孔径大小钻孔掌勺和供水量等确定。钻进速度一般以不超过钻机负荷为准：在强风化岩和硬土层中的钻进速度以钻机不发生跳动为准。在淤泥和淤泥质土中的钻进速度不宜大于1m／min。钻进速度还要与制浆、排渣能力相适应，一般应低于供泥浆和排渣速度，以免造成埋钻。

(3)泥浆比重应控制在1.1～1.15。粘度10～25s，含砂率95％，施工期间护筒内的泥浆应高出地下水位1.0 m，在受水位涨落影响时，泥浆应高出水位1.5 m以上。

(4)钻到设计深度时，用换浆法清孔，至换出泥浆比重小于1.25为止，清孔完成后立即下钢筋和浇注水下砼，在砼灌注前进行第二次清孔，清至沉渣厚度

(5)开始灌注砼时，为使隔水栓能顺利排出，导管底部至孔底的距离宜为300-500 mm，砼量必须能保证初浇时能使导管一次埋人砼中0.8m以上。水下砼灌注必须连续作业，中途不得停顿，导管埋深>2m，严禁导管提出砼面，应有专业人测量导管埋深及管内外砼面的高差，填写水下砼灌注记录。砼浇注高度应超过桩顶0.5m。

(6)灌注桩施工允许偏差应控制在：垂直度偏差小于0.5％；桩径偏差小于0.1d且≤50 mm：轴线和垂直轴线方向桩偏差小于50mm。

(7)灌注桩的成桩质量检查主要包括成孔及清孔、钢筋笼制作及安放、砼灌注等三个工序过程的质量检查。本围护结构工程单桩承载力检测主要进行动测和砼试块抗压强度试验来判断。本工程抽10％桩共12根进行低应变动力检测，结果Ⅰ类桩9根，Ⅱ类桩1根，Ⅲ类桩2根，Ⅲ类桩主要是在3-4m处缩径，但基坑开挖后经现场检查这二根桩桩身结构良好，缩径未超过钢筋保护层厚度，经设计同意粉1：2水泥砂浆以保证桩钢筋保护层厚度，防止钢筋生锈。砼试块每根桩留设一组共116组，fcu=36.42 MPa，fcu.min=25.7 MPa.sfcu=4.54按GBJ 107-87评定为合格。

5.3　预应力锚杆施工要点

(1)技术、机械、施工工艺的准备工作

①认真核对设计条件，详细研究设计内容，设计要求，地层条件及环境条件，以及施工运作后可能出现的问题和相应的对策。

②对成孔、洗孔后泥浆，灌浆材料的稀释水等污水准备处理措施。

③认真检查各机械设备的施工性能，组织各种材料进场，检查其品种、规格、技术性能是否达到设计要求，可满足施工。

④按常规要求应在施工前先选取3根锚杆进行钻孔、注浆、张拉、锁定的基本试验性作业，

以确定该地区地层抗浮锚杆的极限抗拨力，了解锚杆抵抗破坏和承受荷载后的力学状态，为以后锚杆结构参数的调整和施工提供可靠依据，并考核施TT艺及设备的适应性，选择最优的施工工艺。

(2)施工工艺：放样定位成孔锚杆制作安放锚杆洗孔一次注浆二次注浆冠梁施工、养护张拉锁定。

(3)钻锚杆孔前，应根据设计要求定出孔位，做出标记。钻机就位安装应平稳，钻孔轴线与设计轴线的偏差不应大于3％，孔距偏差应小于100mm。

(4)钻孔时应根据地质及水文情况，决定钻进速度，并对易塌孔的孔段采用泥浆护壁或加套管等措施。对土层裂隙大，存在孔洞的孔段采取先固结灌浆处理再二次钻成孔，确保成孔质量。

(5)当注浆体强度达到15MPa，冠梁砼强度达到80％以上时方可进行锚杆预应力张拉。预应力张拉前，应对张拉设备进行锁定。预应力筋正式张拉前，应取20％的设计张拉荷载对其预张拉卜2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。

(6)预应力筋张拉至设计荷载的105％～110％再按规定值锁定。

5.4冠梁的施工

冠梁及角部斜撑梁按常规方法施工，施工中要特别注意预应力锚杆在冠梁中预埋的孔口承压垫座位置的准确和牢固，即使其平整、牢靠，孔口对位，承压面与锚孔轴线垂直。

5.5基坑土方开挖及排水

(1)基坑土方用反铲挖掘机开挖。第一层挖至冠梁底标高以提供锚杆冠梁的施工工作面；第二层在预应力锚杆锁定后进行，从冠梁底挖至基坑底标高以上30mm：最后300mm用人工挖除，随后立即进行砼垫层封底。

(2)土方开挖前在基坑顶部四周设砖砌排水沟，防止地表水流入坑内。基坑开挖完土方后，在基坑底四周及中间隔6m交叉设置临时排水沟，并每隔一定距离设集水坑，然后由水泵非出坑外。

5.6　桩间砖拱墙施工

基坑土方开挖后，应及时砌筑桩间拱墙，以防桩间土方坍塌。砖筑时砂浆应饱满，并按规定留泄水孔。

6　基坑的开挖和注意事项

6.1　基坑开挖的要求

(1)要熟悉了解开挖基坑的基础型式及尺寸要求，检查开挖基础的土壤情况是否与设计相符。

(2)杆塔基础坑深。以施工基面为准，拉线坑以拉线坑中心的地面标高为准。

(3)基坑开挖前要保护好分坑各辅助桩，如果这些桩可能被移动，应设法移到不受扰动位置。

(4)基坑开挖深度允许误差为100mm-50mm。

6.2　基坑施工的注意事项

6.2.1　坚持分层分段开挖与支护的原则

分层分段开挖并支护有利于边坡能量的释放。前期开挖掘层段的能量有一部分通过锚体传到上层较深部位，有一部分受已施工面板影响留在坡面浅层部位。当下一层段开挖后，就被后期开挖段吸收并释放。因此，分层分段开挖并支护的施工方法也是一个能量释放的过程，最后总的开挖能量留在坡面的较少，这对整个破面的稳定是有利的。边坡层段开挖的大小应作为设计的重要内容，在分析土体力学性能、地下水和边坡附加荷载分布的基础上预测突破点可能产生的部位，这是划分层段的重要依据。据此绘出每一坡面的层段开挖图，作为施工依据，并在施工中根据具体情况进行调整。

6.2.2　信息反馈是基坑施工的重要组成部分

所谓施工过程中的信息反馈基本上指两方面：一是指坡面开挖过程中对暴露出来的地质构造、地下水分布的变化及未知地下建筑物的信息反馈；二是指施工过程中对边坡位移及应力监测的信息反馈。其中，施工中发生侧移有以下原因：

(1)土力学的模糊性：土的层面结构多变，影响因素多，物理力学性能分散性大。其结构计算原理及各种参数取值有较大的模糊性。不可能一次计算到位。

(2)外力作用下的变形。

(3)施工阶段的不稳定性。

6.3　基坑支护工程中常见问题

深基坑工程支护技术虽已在全国不同地区、不同的地质条件下取得了不少成功的经验，甚至在一些达到国际水平，但仍存在一些问题需进一步研究或提高，以适应现代化经济建设的需要。深基坑工程支护施工过程中常常存在的问题主要有以下几种：

6.3.1　土层开挖和边坡支护不配套

常见支护施工滞后于土方施工很长一段时间，而不得不采取二次回填或搭设架子来完成支护施工，一般来说，土方开挖技术含量相对较低，工序简单，组织管理容易。而挡土支护的技术含量高，工序较多且复杂，施工组织和管理都较土方开挖复杂。所以在施工过程中，大型工程均是由专业施工队来分别完成土方和挡土支护工作，而且绝大部分都是两个平行的合同。这样在施工过程中协调管理的难度大，土方施工单位抢进度，抢工期，开挖顺序较乱。特别是雨期施工，甚至不顾挡土支护施工所需工作面，留给支护施工的操作面几乎是无法操作，时间上也无法完成支护工作，以致使支护施工滞后于上方施工，因支护施工无操作平成钻孔、注浆、布网和喷射砼等工作，而不得不用土方回填或搭设架子来设置操作平台来完成施工。这样不但难于保证进度，也难于保证工程质量，甚至发生安全事故，留下质量隐患。

6.3.2　边坡修理达不到设计、规范要求

常存在超挖和欠挖现象，一般深基础在开挖时均使用机械开挖、人工简单修坡后即开始挡上支护的砼初喷工序。而在实际开挖时，由于施工管理人员不到位，技术交底不充分，分层分段开挖高度不一，挖土机械操作手的操作水平等因素的影响，使机械开挖后的边坡表面平整度，顺直度极不规则，而人工修理时不可能深度挖掘，只能就机挖表面作平整度修整，在没有严格检查验收就开始初喷，故出现挡土支付后出现超挖和欠挖现象。

6.3.3　成孔注浆不到位、土钉或锚杆受力达不到设计要求

深基坑支护所用土钉或锚杆钻孔直径一般为100-150的钻杆成孔，孔深少则五、六米，深则十几米。甚至二十多米，钻孔所穿过的土层质量也各不相同，钻孔如果不认真研究土体情况，往往造成出渣不尽，残渣沉积而影响注浆，有的甚至成孔困难、孔洞坍塌，无法插筋和注浆，再者注浆时配料随意性大、注浆管插不到位、注浆压力不够等而造成注浆长度不足、充盈度不够，而使土钉或锚杆的抗拔力达不到设计要求，影响工程质量，甚至要做再次处理。

6.3.4　喷射砼厚度不够、强度达不到设计要求

目前建筑工程基坑支护喷射砼常用的是干拌法喷射砼设备，其主要特点是设备简单、体积小，输送距离长，速凝剂可在进入喷射机前加入。操作方便，可连续喷射施工，虽然千喷法设备操作简单方便，但由于操作手的水平不同，操作方法和检查控制等手段不全，混凝土回弹严重。再加上原材料质量控制不严、配料不准、养护不到位等因素，往往造成喷后砼的厚度不够、砼强度达不到设计要求。

6.3.5　施工过程与设计的差异太大

深层搅拌桩的水泥掺量常常不足，影响水泥土的支护强度。我们发现在同样做法的支护，发生水泥土裂缝，有时不是在受力最大的地段，检查下来。往往是强度不足，地面施工堆载在局部位置往往要大大高于设计允许荷载。施工质量与偷工减料的现象也并不少见。基坑挖土是支护受力与变形显著增加的过程，设计中常常对挖土程序有所要求来减少支护变形，并进行图纸交底，而实际施工中土方老板往往不管这些框框，抢进度，图局部效益。

6.3.6　工程监理不到位

按规定高层建筑、重大市政工程等的深基坑是必须实行工程监理的，大多数事故工程都没有按规定实施工程监理，或者虽有监理而工作不到位，只管场内工程，不管场外影响，实行包括设计在内的全过程监理的就更少。客观地说深基坑工程监理要求监理人员具有较高业务水平，在我国现阶段主要就只是监控支护结构工程质量、工期、进度，而对于设计监理与对住宅及周边环境的监控尚有一定差距，巫待完善与提高。

7　施工监测

7.1　基坑土方开挖前按设计单位提供的“基坑支护监测平面布置图”设置好观测点。主要监测内容包括：桩顶位移，坡顶土方位移，周边道路沉降等，共设沉降观测点32个，位移观测点20个。

7.2　围护结构有效安全保证时间为一年，主要预警指标：①支护结构的累计位移45mm；②支护结构位移≥2.5mm/d且位移速率不收敛。

7.3　各项监测的时间间隔视施工进程而定，在土方开挖期间1～3天观测一次，其余情况下可延至5～7 d一次，雨天适当增加观测次数。当变形超过预警指标时应加密观测次数，当有危险事故征兆时应进行连续监测。

7.4　本围护结构自土方开挖至地下室基坑土方回填完成，历时124d，共观测14次，周边道路最大累计沉降量为12mm，桩顶最大累计位移为11mm。均未超过设计预警值，围护结构安全可靠。

8　施工体会

8.1　深基坑施工前要对周边环境及地下管网进行详细调查，取得周边建筑基础形式，地下综合管线图等详细资料以便选择基坑支护方式。

8.2　深基坑必须由有资质的设计单位进行专项设计，确保设计质量，

8.3　深基坑的施工要严把工序质量关，特别是灌注桩及锚杆的施工要制定专项施工方案并根据实际情况和遇到的问题制定相应措施。

8.4　要科学组织施工，尽量缩短地下工程的施工工期，地下室施工完成后及时回填土方以消除对周边环境的不利影响。

8.5　深基坑必须按规定进行监测，进行信息化施工，掌握和控制支护结构的变形情况，以便及时采取相应措施，确保支护结构以及周边建(构)筑物、道路、地下管网等的安全和正常使用。