以某工程为例谈深基础支护工程施工技术与质量控制

陈广福

【摘 要】本文对如何加强深基坑支护工程施工阶段的监理工作，对某工程的监控重点难点予以小结，以期抛砖引玉。

【关键词】支护；锚杆；施工

0.工程概况

该工程地下2层，基坑开挖深度12m，周长约920m，面积56000万m2。开挖土方量约62万。基坑侧壁安全等级取二级，设计方案经过专家论证采用大直径沉管灌注桩加锚杆支护体系，沉管灌注桩外设双排水泥搅拌桩止水帷幕。由于该基础工程的深基坑支护和开挖规模宏大，场地地质条件复杂，施工难度大，技术含量高，工程影响较大，对沿海地区的深基坑的施工有很高的参考价值。

1.工程地质

场地为港湾滩涂地带回填整平形成的，在沿海地区具有典型性。影响基坑开挖的土层有：素填土、填砂层、冲填土、淤泥质土、残积土等。除残积土外，以上四层土的工程性质不良或较差。自上而下岩土层分布及特征如下：

（1）人工填土：三种类型，素填土、填砂（粗砂）、冲填土；素填土，均有分布，厚度0.7～4.6m，由粉质粘土和残积土回填，回填时间1年，未经压实处理，属欠固结土，密实度及均匀性较差；填砂（粗砂），埋深0.8～6.6m，厚度0.7～10.5m，主要由石英组成含泥约16.7%～27.4%，级配较差，局部以中砂为主，回填时间5年；冲填土，大部分均有，埋深0.7～9.2m，厚度0.3～4.3m，冲填时间5年，欠固结土，属高压缩性软弱土。

（2）淤泥质土：部分分布，埋深7.3～10.5m，厚度0.3～4.3m，属高压缩性软弱土。

（3）残积土：整场地分布，层位较稳定，埋深9.3～l4.7m，厚度1.8～25.7m，为特殊性土，具有泡水易软化、崩解的不良特性。

该场地地下稳定水位埋深埋深较浅，在0.5～3.4m之间，地下水主要赋存和运移于填砂层。对基坑开挖及坑壁支护工程稳定最直接影响最大的土层为填砂层，涌水量大（336.4mVd），渗透系数大可按k=1.06×10-3cm/s考虑，属富水性强、渗透性大的含水层。3优化支护工程的设计方案地下室深基坑开挖工程最紧要的问题是地下水的处理。而该基坑的支护工程正是以止水为重点，为此，经专揭论证，施工手段采用具有经济性和风险程度低、施工工期短、施工作业方便等特点的沉管灌注桩外设双排水泥搅拌桩止水帷幕的设计方案，在设计上同时提出下面五个要求：

（1）沉管灌注桩700共594根，设计桩长11～12m，嵌固段桩长4.5～5.8m。

（2）水泥搅拌桩桩径ф500双排@350、搭接宽度150mm，共5500根，桩长8.5～10m，要求进入残积土层≥500mm，止水帷幕宽度850mm，采用喷浆法施工，水泥掺量15%：（3）锚杆采用3×7ф5钢绞线竖向布置全断面二道、局部断面三道，共906根，间距分别为@1500、@3000，锚固土层为残积砂质粘性土、残积粘性土，设计轴向力155～370kN，总长度L=16～30m，自由段Lf=16～8m，锚固段La=10～22m。

（4）喷锚网护坡面积约5654m2。

（5）降水井31口，水位观测孔11口4深基础的支护工程施工的监控。

1.1锚杆基本试验及锚杆施工工艺确定

设计要求锚杆基本试验为6根，考虑现场地质复杂，共计代表性地质剖面有10个，设计轴向力l55～370kN，设计长度L=16～30m，大部分超过25m，最终确定并施工9根，在确定时有意识的多数选取设计轴向力较大的剖面做试验，后因为个别锚杆试验结果未达到设计要求，增加试验锚杆3根，总计施工试验锚杆12根。基本锚杆试验时间持续性长，且地质差异可能带来的结果不可预期性，在试验结果基础上需考虑本地区类似工程锚杆的施工经验，因此需及早施工并视试验结果调整后续试验的施工工艺以及施工参数，最终经设计单位综合多次试验结果明确锚杆的施工工艺以及施工参数，差异较大的剖面应当采取不同的施工工艺以及施工参数。

根据以上情况，本工程采取了泥浆护壁成孔、钢钢套管成孔、二次劈裂注浆、多次劈裂注浆等锚杆施工工艺。

1.2加强锚杆施工的监控

（1）超长锚杆的施工。锚杆长度通常在20m以内，而本工程长度达到30m，而且需穿过厚砂层，给锚杆成孔以及护孔增加了很大难度。采取在穿砂层时下钢套管成孔护孔的工艺。超长锚杆的设计轴力较大，要求保证进入粘土层（锚固土层）的锚固长度，现场通过补勘查明地质情况、钻机钻进以及泥浆循环情况来判断。

（2）加强清孔工艺。清孔应采取多次清孔工艺，应注意观测泥浆浓度，特别不要忽略下锚杆前的清孔工作，确保在注浆前没有塌孔、缩孔现象，尤其淤泥地质的剖面。如果在下锚杆过程中发现穿孔困难，基本可以判断已经出现塌孔等现象，应当重现清孔。对塌孔严重的部位应当及时联系设计单位调整钻孔部位，而对已经形成的空孔应当做空孔注浆处理，以免影响邻近孔位的锚杆成孔和注浆。

（3）适当缩短二次注浆注浆管的开孔长度。二次注浆注浆管的开孔长度设计值为锚固段全长10～22m，多次基本试验后现场调整为5～7珀，以减小不可见因素影响的概率，尽量在锚杆底部段形成可靠的锚固体。

（4）对于锚杆注浆量不足的处理。锚杆施工注浆采用二次高压注浆工艺，应确保总注浆量达到设计要求，并保证每地质剖面的锚杆最小注浆量，即一、二次注浆累计水泥用量不小于75kg/m。注浆过程应注意观察以下几个冒浆部位：孔口、坡脚平台、相邻锚杆、坡顶平台、邻近路面等。第一次注浆量应得到保证，对于未冒浆的情况不得擅自终止注浆，发现冒浆后应当持续注浆l～5min，以填充土体孔隙并控制水泥用量。对于总体注浆不能达到设计要求的，应加强邻近锚杆的注浆控制。在第二道锚杆施工时，考虑第一道锚杆已经施工并受力，应加强第～次注浆的质量保证。注浆量不足时采取分段劈裂注浆、多次清孔补注浆、加强异常孔相邻锚杆注浆量控制、及时施工边坡喷锚网以延缓冒浆等办法处理。一次注浆孔口溢浆，即可停止注浆，但浆体硬化后不能充填锚固体时，应进行补浆，孔口补浆应及时进行，补浆时间宜在第一次注浆的当日进行，应能对薄弱地方起到加强并封闭孔口的效果。

（5）注浆不成功的处理。应及时清孔并在24h内及时注浆，可采取多次清孔注浆的技术措施。对于地质特别不利的软弱土层可采取设置多次（道）注浆管的工艺保证注浆成功和注浆量。多次注浆的间隔时间不宜过久，以免不能劈裂而注浆失败，主要表现为爆管和注浆量仅2-5包水泥。

（6）关于注浆压力不足问题。实践证明在软弱土层注浆压力基本上难于达到设计的要求，锚杆施工中经常出现压力不足1.0MPa（尤其第一次注浆）或阻碍消除后压力突降的现象，主要靠保证注浆用量控制锚杆的施工质量，而且必须第二次注浆压力宜控制在1.0MPa以上，以确保达到劈裂注浆的效果。

（7）锚杆抗拔力不足。在锚杆验收检测时发现个别锚杆抗拔力不能满足设计要求，采取按设计加做一道腰梁增加锚杆补偿，并对该区域的锚杆以及基坑变形加强监测。

（8）调整施工角度，避免产生锚杆锚固体重叠。锚杆施工中遇到超出红线范围以及碰到相邻建筑物的基础管桩、道路管线等。根据影响锚杆施工的实际位置，精确放样并调整锚杆倾角来解决。基坑转角处工作面重叠的锚杆应注意调整施工角度，避免产生锚杆锚固体重叠。

（9）几个时间应当严格控制。注浆补浆时间详上述。二次高压注浆时间为一次注浆形成的锚固体强度达到5MPa后进行，多次注浆间隔时间可参照之。锚杆张拉时间，注浆体强度达到15MPa后方可进行张拉。正式张拉前取设计轴向力的10%～20%对锚杆进行预张拉。通过以上几方面的监控，可以看出，锚杆支护体系的特点是分层开挖土方分层锚杆施工，具有工期短且可随时监测基坑变形和支护体系受力情况而具有风险度低的特点。本工程局部设计三道锚杆，设计单位根据监测结果全部调整为两道锚杆，加快了土方施工进度并节约了投资39万元。

1.3加强支护桩工程的监控

（1）场地湿陷对施工的影响。施工沉管灌注桩时适逢雨季，场地地耐力不能满足大直径沉管桩机施工的要求，包括安全以及灌注桩垂直度的要求。采取局部回填建筑垃圾改造场地，部分沉管桩改变施工工采取钻孔灌注桩、合理调整施工进度和工作面的安排避开大雨天。800沉管桩施工的挤土较严重，采取间隔2桩以上间距进行跳打施工，避免因为挤土效应造成桩位偏移以及桩身质量问题。

（2）灌注桩浮桩以及部分桩混凝土充盈系数不足1.0的处理。施工中因为场地淤泥以及强降雨的影响，在地质较差的施工段出现浮桩甚至浮笼的现象。监理机构建议采取沉管桩管内填2～4m高的碎石压重并降低拔管速度以减轻上浮现象，对个别依然存在上浮现象的施工部位采取增大桩径的办法，以补偿因为上浮造成的桩径缩小，极个别上浮严重的桩采取邻近部位补桩的措施，实践证明取得了良好效果。围护桩施工完毕后方可进行水泥搅拌桩施工，以免沉管桩施工时的挤土效应对搅拌桩质量的影响。

1.4加强止水帷幕的监控

水泥搅拌桩在施工前应当根据地勘等资料明确各施工段的预打桩长，并根据施工中的钻机电流情况，采取双控，以确保水泥搅拌桩能按设计要求进入不透水的粘土层500ram以上，方可形成可靠的止水帷幕。水泥搅拌桩相邻桩施工应尽快安排施工（相邻桩喷浆施工时间间隔不大于l0h），并严格按设计放样，确保相邻桩包括前后两排搅拌桩的可靠搭接，方可保证封闭的止水效果。

施工采用至少复搅一次的施工工艺，喷浆时的提升或下沉速度不大于0.5m/rain。现场控制主要应根据实际注浆量和水灰比，建议采取多次复搅的工艺，保证水泥浆的用量和搅拌效果以确保水泥土固结。尤其在软弱土层需适当增加复搅次数并降低施工速度。水泥搅拌桩时遇到厚的填砂层，难以成孔及提钻，有埋钻抱钻现象，建议采取局部改用旋喷桩处理。在浅部遇到回填石块区段，建议采取局部挖除重新回填或者适当挪位并增加搅拌桩处理。水泥搅拌桩止水帷幕应尽量分段闭合施工，以利于后续锚杆分段施工。水泥搅拌桩施工～周内进行开挖检查成桩质量，若不符合要求应及时调整施工工艺。止水帷幕局部渗漏水的止水和灌注桩间土的处理处理，建议采取削土和局部安装钢筋网并做喷锚处理，这样施工效果才会良好。

1.5中间土方的处理意见

原设计整个基坑土方挖除并外运，在开挖过程中我们监理机构发现，在基坑中间需回填的区域约5万m3的土体良好，因此建议做为深基坑开挖的预留土方处理，有利于防止基坑底部土体的隆起以及应急方案的实施，经设计单位和专家会议决定按此做设计变更，并对预留土方做放坡和表面喷锚的简单处理，相应对施工方案调整，实践证明可行并降低了基坑施工的危险性、减少了回填方量且节约造价120万元，此外建议将15万m。较好的原场地回填土联系相邻未开工的施工工地就近临时堆放，做为地下室完工后的回填土方，也被设计等单位采纳并实施。

2.结束语

本支护工程从2010年6月至10月施工，现地下室工程已经封顶并已进入防水施工及土方回填阶段，福建省建筑科学研究院监测的结果显示，累积位移最大值27mm，累计沉降最大值19.5mm，全部位移观测点的变形量、变形速率以及各沉降观测点的沉降量、沉降速率均在设计及规范允许值范围内，其他基坑监测指标均允许值范围内，整个基坑变形已经趋于稳定且在近3个月内没有出现异常现象，表明该深基坑的支护工程是十分成功的。