高层建筑深基坑支护施工技术应用

陈健

【摘 要】本文结合工程实例，详细提出该基坑支护形式的施工措施，为同类工程提供参考实例。

【关键词】深基坑；支护；施工技术

0.工程概况

本工程设有地下一层，地下室底板面结构标高为-5.50m，，底板厚300mm，下设100mm厚C10素混凝土垫层，基坑开挖至底板垫层底的深度约为5.50m，基坑周边多桩承台厚1.70～1.80m，基坑开挖至多桩承台底的深度约为6.70m。

1.工程地质条件

（1）根据岩土工程勘察报告，场地上部，土层自上而下地质状况见表 1 所示。

表1 工程场地土层自上而下地质状况表

（2）水文地质条件：本场地浅层地下水属孔隙潜水，主要赋存于素填土层中，含水量较少渗透性差。

2.基坑支护方案

基坑支护平面布置见图 1 所示。根据地质资料和周边环境，基坑支护采用双排预应力管桩喷锚组合支护型式，在其余位置采用两排水泥搅拌桩加喷锚加木桩组合支护型式。基坑支护施工顺序：施工管桩、开槽、施工水泥搅拌桩、修坡、定位、打锚管、布钢筋、安放加强筋、喷混凝土、注浆、养护。

图1 地下室基坑支护平面布置图

2.1管桩施工

采用预应力混凝土管桩 PHC500-125AB 型。桩长12.0m，强度等级为 C80，施工过程严格按设计图纸、施工方案施工。沉桩施工完后应按规范进行试验。

2.2水泥搅拌桩

水泥搅拌桩主要是保证在坑内降水过程中，坑外水位保持不变，所以要求其搭接要严密，不渗漏。水泥搅拌桩桩径为 Φ500，间距 400mm，桩搭接 100mm，水泥掺入量为18%，水泥采用 PO.32.5 普通硅酸盐水泥。水泥搅拌桩施工工艺为两搅两喷。

2.3土钉锚管喷锚支护

2.3.1工程采用的支护结构

（1）1-1 剖面（见图2）：基坑开挖深度4.500m，采用木桩、管桩及水泥搅拌桩复合式土钉墙围护结构。基坑上部按 1∶1放坡2.4m，在相对标高-2.000、-3.000处设置两排锚管，水平间距为1.2m，长度分别为 9m、6m，土钉倾角为150。坡面采用80厚C20喷射混凝土护面，内配 Φ6.5@200×200双向钢筋网片。并在标高为-2.000、-3.000处设置两排尾径大于80mm，间距400mm，长度为4m 的木桩，并设置设一排泄水孔。基坑中部留3.0m平台，平台上设置两排长度12m间距1.5m的预应力管桩及一排长度8m间距0.4m的水泥搅拌桩（基坑开挖前施工），并在平台上设置冠梁。基坑下部按1∶0.3放坡2.1m，在相对标高 -3.800、-4.800处设置两排锚管，水平间距为1.2m，长度分别为9m、9m，土钉倾角为150。 坡面采用80厚C20喷射混凝土护面，内配Φ6.5@200×200双向钢筋网片，并设置一排泄水孔。

图2 基坑支护 1-1 剖面图

（2）1-1'剖面（见图3）：基坑开挖深度4.500m，采用木桩、管桩及水泥搅拌桩复合式土钉墙围护结构。基坑上部按1∶1放坡1.0m。基坑中部留3.0m平台，平台上设置两排长度14m，间距1.5m的预应力管桩及一排长度10m，间距0.4m的水泥搅拌桩（基坑开挖前施工），并在平台上设置冠梁。基坑下部按1∶0.18 放坡3.6m，在相对标高-3.100、-4.100、-4.900处设置三排锚管，水平间距为1.2m，长度分别为9m、9m、9m，土钉倾角为150。坡面采用80厚C20喷射混凝土护面，内配 Φ6.5@200×200双向钢筋网片，并设置一排泄水孔。

图3 基坑支护 1-1' 剖面图

（3）2-2剖面（见图4）：基坑开挖深度4.500m，采用木桩、及水泥搅拌桩复合式土钉墙围护结构。基坑上部按1∶1放坡2.4m，在相对标高-2.000 处设置一排锚管，水平间距为1.2m，长度为18m，土钉倾角为150。坡面采用80厚C20喷射混凝土护面，内配Φ6.5@200×200双向钢筋网片。并在标高为-2.000 处设置一排尾径大于80mm，间距 400mm，长度为4m的木桩，并设置设一排泄水孔。基坑中部留3.0m平台，平台上设置两排长度10m 间距0.4m的水泥搅拌桩（基坑开挖前施工），并在靠基坑内侧一排水泥搅拌桩上锚入一根长6m，间距0.8m 的锚管。基坑下部按1∶0.5放坡2.1m，在相对标高-3.500、-4.500 处设置两排锚管，水平间距为1.2m，长度分别为12m、9m，土钉倾角分别为为150、200。 坡面采用80厚，C20喷射混凝土护面，内配Φ6.5@200×200双向钢筋网片。在标高-4.500处设置一排尾径大于80mm，间距 400mm，长度为4m的木桩，并设置一排泄水孔。

图4 基坑支护 2-2 剖面图

2.3.2支护施工工艺

（1）土方开挖顺序：土方开挖→修坡→定位、打锚管→布网筋、按放加强筋→喷混凝土→注浆→养护。

（2）工作面开挖应遵循下列原则：①严格按设计要求坡度进行土方开挖。开挖过程中，随时用标杆检查边坡坡度是否正确无误。②分层分段开挖：分层分段施工是土钉墙施工的特点，每层开挖高度不超过锚杆标高以下0.3m。挖土过程中测量工配合测定标高，当挖土快接近槽底时，用水准仪测量标高灰点，以示标记。应按土钉施工要求，分层分段按时提供土钉作业面，每层土钉工作面开挖宽宜为6～15m，按图纸适当放坡，作业面可分小段间隔开挖。优先开挖道口工作面，并立即施工道口处土钉。当道口处土钉完成后，回填工作面，作为运土车辆和挖土施工机械的正式通道。

（3）开挖要求。①土方开挖应与设置土钉相协调，应按设计规定的分层开挖深度（即土钉竖向距离）和设置土钉的施工顺序分段进行。②为确保工程质量，上层作业面的土钉与混凝土面层未完成，不得进行下一层深度的基坑开挖，最后一层土钉完工并初凝后，方可进行中心岛的开挖。土方开挖到基底标高时，应报请监理、联系土建、施工单位进行垫层施工，以尽量减少基底土体的暴露时间。支护工作面开挖过程中不得超挖，留预一定厚度土方进行人工修坡。③修坡边：用挖机开挖，严禁边壁超挖或松动边壁土体。基坑边壁利用铲锹人工切削修坡，保证边壁平整并符合设计边壁尺寸。④边壁土体暴露时间不得超过规定时限（24h）。⑤为防止坑底扰动，基坑挖好后，应尽量减少暴露时间，及时进行下一道工序混凝土封底的施工。如不能立即进行下一工序时，应预留15～30cm厚覆盖土层，待基础施工时再挖去。⑥下一层土方开挖，必须等待上一层锚管注浆24h后，使上部喷锚达到一定强度，才能向下开挖。⑦退土过程中，应注意对工程桩的保护。因本工程的工程桩大部分桩面标高在底板以下，土方退土对这部分桩的影响较小。但应注意小部分露出底板工程桩的保护，在土方开挖过程中应避免勾机铲碰到桩，勾机挖土要离桩有一定的距离（至少离开30mm），避免因勾机的自重对桩的挤压。这些桩一经开挖出来，就应及时砍桩。

（4）定位、打锚管：按设计要求确定锚管间距及具体位置。本工程锚管规格为 ф48×3焊接管。锚管打入可采用如下方式：专用冲击器振入式、滑锤击入式或钩机压入式，超过6m的锚管焊接时，应采用 3ф16的钢筋绑焊，按设计搭接长度焊接。

（5）布网筋、安放加强筋：按设计要求布设Ф6@250×250 网筋。加强筋为每根锚管孔口位置横向1Ф16，竖向1Ф16。绑扎钢筋网，焊接骨架钢筋，安设连接件，钢筋搭接长度必须符合规范要求。

（6）喷浆：以能保持混凝土表面平整，无干或滑移流淌现象为准，调整风压与喷距，减少回弹量。当边坡土质松散时，应先进行初喷，厚度不得小于40mm，及时封闭坡面。在锚杆网筋施工完成后，进行复喷至设计厚度。当边坡土质密实，可在锚杆网筋施工完成后一次性喷射至设计厚度。喷射所需的混合料比，应符合设计要求（水泥∶砂∶石子 =1∶2∶2），混合料应搅拌均匀，人工搅拌次数不少于3次，宜随拌随用。喷射混凝土终凝2h后，及时浇水养护。养护时间不少于7d。

（7）注浆：锚管注浆前，要用清水清洗管体，知道管内流出清水流出为止。注浆管应插入锚管孔内至离端部0.2～0.5m处，采用底压注浆工艺，灌注水泥净浆。为加速凝固，外掺水泥用量0.05%的三乙醇胺早强剂，水灰比为0.5，注浆压力为0.5～0.8MPa，喷射直径为130mm，注浆材料强度M20。排气管停止排气且注浆压力达到设计要求，并稳压3min时，或孔口溢出浆液时，方可停止注浆。

（8）养护：喷射混凝土终凝2h后，及时浇水养护，保持混凝土面湿润。养护期不少于7d，一天养护次数不少于2次。

（9）地下室边坡开挖至坑底时，要分段开挖。总包施工单位必须 24h内相续进行封底，进行地下室施工。地下室侧墙施工完毕后，应及时在地下室外侧四周，均匀分层夯实回填。

2.3.3排水措施

①场地排水。为防止地表水流入坑内，根据总平面图利用自然地形确定排水方向，可在基坑顶设置一道排水土沟和若干个集水坑，按规定坡度挖好排水沟，以便确保施工工地和一切临时设施的安全。基坑内，沿四周挖砌排水沟、设集水井，由泵抽至沉淀池后，再排入市政排水系统。排水沟布置在基础轮廓线以外，排水沟边缘应离开坡脚 0.5m，沟底比基坑底低0.25m，坡度0.1%；集水井设置在基坑脚上，安置集水井，井径0.8m，井壁用红砖砂浆砌筑后抹光。集水井底比基坑底低0.5m；排水设备采用大扬程的潜水泵，雨期抽出的积水应排至基坑以外地面排水系统，防止乱排产生回渗。保证施工现场水流畅通，不集水，四邻地区不倒灌。场地排水应由专人负责，随时随地及时疏通，确保施工现场排水畅通。支护结构要加强巡查监管，做好坡顶的排水工作，杜绝雨水渗入边坡。工作面集水时，可挖临时排水沟和集水坑，及时排除积水。②做好生活区的下水管道和雨水井。用水应有固定排放途径，保证雨后不陷、不滑、不泥泞、不存水、避免浸泡边坡。③土方施工中，基坑内临时道路上铺渣土或砂石，保证雨后通行不陷。④已暴露的桩间土工作面，防止雨水直接冲刷。遇雨时覆盖塑料布。⑤清槽钎探后，应立即浇注好混凝土垫层，防止雨水泡槽。⑥现场要有5台左右的备用的潜水泵，遇雨时及时抽水。

2.3.4基坑支护现场施工监测

①土体水平位移（测斜），用测斜管埋入被支护土体中。监测土体水平位移，共布置测斜点22个，埋深至稳定土层。② 基坑坡顶沉降与水平位移监测，坡顶埋设测点，布点间距15～20m/点，用经纬仪或全站仪测试。③邻近建筑沉降，倾斜观测。距基坑边30m范围内建筑，每座建筑设置6～8个测点。④基坑周边（道路，地下管线）地面水平监测，沿道路每20m左右布一个点。⑤地下水位监测，共布置6 个水位观测点。

2.3.5基坑开挖注意事项

①施工单位应与监测单位密切配合，做好检测元件的保护工作。②在开挖前，各监测项目应测得开挖前的基数，不少两次。③在开挖过程中，一般1～3d测一次。当测试数据变化较大或开挖后期应加密监测。出现异常现象应连续监测，应在测试当天向监理单位及设计单位提供监测资料。④监测时间从开挖开始至主体结构施工至±0.00，封底及底板施工完成后，可加大监测的时间间隔。⑤在基坑工程施工和使用期内，每天均应由专人对支护结构、施工工况、周边环境、监测设施等，进行巡视检查，并做好记录。⑥监测和巡视检查过程中发现有异常情况，应及时通知施工单位及设计人员。施工单位应有紧急防范措施，以防发生工程事故。⑦基坑支护监测报警累计值：顶部水平位移 40mm，顶部竖向位移30mm，深层水平位移40mm。道路地面水平位移30mm，管线位移20mm，周边建筑沉降20mm。

2.3.6支护变形预警要求及应急措施

（1）支护变形预警：当出现下列情况之一时，应立即报警。若情况比较严重，应立即停止施工，并对基坑支护和周边已有建筑物应采取应急措施：①基坑支护结构的最大水平位移大于开挖深度的 1/200 或水平移速率已连续 3d 大于3mm/d。②基坑支护结构的支撑体系中有个别构件出现应力骤增，压曲，断裂，松弛等现象。③基坑支护结构或周围土体的位移值突然明显增大或基坑出现流沙，管涌，隆起，陷落或较严重的渗漏等。④周围建筑的结构部分，周边地面出现较严重的突发裂缝或危害结构变形的裂缝。⑤产地周围建筑不均匀沉降或倾斜大于规范规定的允许值，或建筑的倾斜速率已连续三天大于 0.0001Hmm/d（H为建筑高度）。⑥周边管线变形突然明显增长或出现裂缝，泄漏等。⑦监测数据达到第监测报警值得累计值。

（2）支护应急措施：当支护结构变形过大或出现其他破坏征兆时，采用反压护土，坑内堆砂袋抢险，采用增加设置支撑和坑内支撑等措施。为了确保安全施工，针对可能出现的几种险情，制订相的应急措施。①止水帷幕裂漏的应急措施：当出现此种险情，应视其情况采用导流与内外两侧补救相结合的措施。A.裂漏较轻时，应抓紧施工土钉，尽快喷射混凝土面层；B.裂漏较重并有地下流出时，应先导流，喷射混凝土面层后，堵塞导流管；C.裂漏特别严重、大量地下流出时，可在坑外土体注水泥浆或化学浆，然后视其情况酌情选用措施处理。②水泥搅拌桩折断的应急措施：A.折断较轻时，可参照处理止水帷幕裂漏的应急措施，尽快设置土钉和喷射混凝土面层；B.折断严重并且土体向坑内不断位移时，应在坑外紧急卸荷，用人力或机械将外侧土体挖出。施工机械作业时应远离围护体，避免人为的增加荷载加大险情。通过卸荷土体稳定后，应迅速修整边壁、设置土钉和喷射混凝土面层。如地下水较大无法喷射混凝土面层，应先采取导流措施。③围护体滑移的应急措施：根据监测信息推断围护体可能发生滑移时，应立即采取措施。A.坑外卸荷，具体办法同上相关措施；B.在坑内紧急垒堆砂袋或回填压载；C.位移较大并有发展趋势时，可在坑内设置内撑。内撑可为水平撑或斜撑，可用型钢或坚固的木料支撑；D.必要时可采取增加或加长水平土钉的措施，可酌情在松动的围护体内设置竖向土钉（注浆）。④坑底土体隆起的应急措施：A.由于围护体滑移造成的坑内土体隆起，应采取处理围护体滑移的措施，同时用重物（叠袋、回填土）压制隆起的土体；B.由于淤泥绕过围护体流向坑内造成的土体隆起，应在坑内利用重力压制隆起土体的同时，对围护体进行加固。设置竖向土钉（注浆）加固围护体。⑤周边道路或地下管线破坏的应急措施：造成周边道路或地下管线破坏的直接原因就是围护结构位移或坑底土体隆起，因此防止发生此种情况必须采取预防措施。A.加强施工监测，实行信息化施工；B.发生围护位移或坑内土体隆起时，应即采取措施处理。⑥地表裂缝的应急措施：A.及时查明地下裂缝原因，采取相应措施阻止裂缝的发展；B及时用浓水泥浆灌缝。⑦施工中必须注意安全，如遇异常情况，应及时通知业主及设计单位，采取紧急措施。

3.结语

本工程按上述方法措施，采用木桩、管桩及水泥搅拌桩复合式土钉墙围护结构，进行地下室基坑开挖施工，取得良好的效果。工程实施后，基坑周边土体相对稳定，基坑开挖与工程回填均较顺利完成，给后期工程的顺利开展争得了保贵的时间。施工方根据工程不同的土质条件和施工技术、设备水平，选择了合理、经济的支护方案，较好地提高施工效率，保证了工程质量。该工程先进的施工工艺、良好的工程设备及完善的技术措施，确保了工程竣工和工期的要求。

【参考文献】

[1]DB33/T1008-2000.建筑基坑工程技术规程.

[2]JGJ120-99.建筑基坑支护技术规程.

[3]YB9258-97.建筑基坑工程技术规范.

[4]GB50202-2002.建筑地基基础工程施工质量验收规范.

[5]CECS96-97.基坑土钉支护技术规程.