深基坑支护施工技术在复杂地质条件中的应用分析

袁克记

（山东省建设建工(集团) 有限责任公司，山东 济南 250014）

近年来，随着城市化进程加快，大型城市商业综合体和地铁工程建设数量越来越多，公众对施工质量要求也越来越高。在工程施工中，深基坑支护工程是重要的施工环节，其施工质量直接关系到工程质量和安全。现阶段，由于对深基坑支护技术要求较高，工程投资和施工难度都比较大，因此，优化深基坑支护结构设计十分必要且重要。在工程建设过程中，要想有效确保深基坑支护工程施工质量，降低施工成本投入，需要根据工程的实际情况来优化深基坑支护结构设计方案，为实际工程的施工提供有效精准指导。

1 深基坑支护结构设计存在的问题

1.1 支护结构设计计算不符合

实际受力现阶段，在深基坑支护结构设计中，依然采用极限平衡理论进行支护结构受力计算，计算结果与实际施工差异较大。实践研究表明，部分支护结构采取极限平衡理论对安全系数进行计算时，从理论上来说可行，但在实际施工中却出现意外状况；部分支护结构尽管计算得出的安全系数较小，甚至无法满足相关规定，但在实际施工中却比较安全。对深基坑支护结构来说，极限平衡理论属于一种静态设计方式。但是，土体开挖却处于动态平衡状态，这种状态下的土体强度会随着时间推移而慢慢降低，同时，还会出现变形现象。然而，在深基坑支护结构设计计算中，这部分内容往往受到忽视。

1.2 没有考虑到深基坑开挖产生的空间效应

水平位移是由基坑附近向基坑内进行的，并且两边小、中间大。因此，在深基坑支护施工中，边坡失稳现象通常产生于基坑长边的中部位置，这也就意味着深基坑开挖施工属于空间问题。然而，过去在设计深基坑支护结构时，一般作为平面应变问题进行处理，这种处理方式一般只适用于长条形基坑；如果基坑形状为长方形或者方形，这种处理方式则不够恰当。如果要将深基坑支护结构假设为平面应变，需要根据实际情况合理调整支护结构构造，才能确保满足基坑开挖空间效应要求。

1.3 土体的取样缺乏代表性

在设计工作正式开始之前，先要对地基土层进行取样分析，并做好相关试验工作。试验所得到的土体力学指标将作为深基坑支护结构设计基础。在对土体进行取样时，必须严格遵循相关规定要求。然而，土体取样比较随机，由于施工现场地质条件往往具有多变性、复杂性，样品很难将地基土层的性质全面、真实地反映出来，这在一定程度上影响深基坑支护结构设计的科学性与可靠性。

2 复杂条件深基坑支护综合施工技术

2.1 场地工程地质与水文地质条件

项目场地地下水位较高，场地常年水位埋深3.75~4.20 m，丰水期水位上升0.5~1.0 m。根据现场勘探，地质条件揭露地层自上而下为第四系人工素填土、人工素填砂、第四系海陆交互相淤泥质黏土、淤泥质砾砂、第四系冲洪积砾砂、第四系残积砾质黏土，如采用支护桩施工均需进入残积砾质黏土层，预应力锚索需穿越第四系砂层。

2.2 基坑支护设计方案

1） 根据地下水分布浅的特点，对基坑外地下水本工程采用咬合桩、旋挖桩与三管旋喷桩作为止水帷幕封堵，对基坑内部地下水则采用疏干井与排水井明排相结合。2） 本工程项目红线东、北侧紧邻道路红线，南侧红线与加油站红线重合，西侧红线与学校围墙红线重合，因此，基坑采用支护桩进行边坡支护：南侧采用准1200 mm 咬合桩（AB 桩：A为素混凝土桩；B 为钢筋混凝土桩） +双排内支撑；西侧、北侧、东侧采用准1200 mm 旋挖灌注桩+准1000 mm 三管旋喷桩+双排内支撑，灌注桩间距为1.8 m；东南角采用准1200 mm 旋挖灌注桩+准1000 mm 三管旋喷桩+三排锚索张拉，整个支撑采用混合型；深基坑边坡支护工程安全等级为一级。

2.3 方案优化设计及施工措施

（1） 支护桩优化设计本工程原设计为支护桩133 根，其中南侧咬合桩42 根（21 根钢筋混凝土桩+21 根素混凝土桩），其余向均为准1.2 m@1.8 m 支护桩，东侧、西侧与北侧为一道内支撑+二排锚索；东北角为三排锚索，无内支撑。基坑支护方案组织专家论证过程中，根据地勘揭露的地层情况，结合设计方案与现场实际情况考虑，经各方讨论，将东侧、西侧与北侧第二排与第三排锚索取消，改为内支撑，内支撑结构形式与第一排相同，从而避免因锚索施工而导致地面塌陷。

（2） 支护桩施工

①咬合桩施工。南侧咬合桩共42 根，布桩原则为准1.2m@2.0m，咬合桩施工时，先施工2 根A 桩，施工B 桩时，需要切割B 桩两侧A 桩，且需要连续施工，不得间断，而混凝土终凝时间较短，一般不得大于10h，因此，咬合桩使用的混凝土需要使用超缓凝混凝土，终凝时间要控制在60h 以上，才能满足实际施工要求。

②旋挖灌注桩。施工支护桩采用旋挖施工工艺，利用旋挖桩机钻进成孔。旋挖钻进成孔施工法即在一个可闭合开启的钻斗底部及侧边镶焊切削刀锯，在伸缩钻杆旋转驱动下旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘出的土渣卷入钻斗内，钻头装满后提升钻杆出孔外卸土，如此循环形成桩孔。旋挖钻机成孔施工具有低噪声、低振动、扭矩大、成孔速度快及钻进过程无泥浆循环等优点。旋挖桩施工过程需要进行事前、事中质量与安全控制，事前方案的编制与完善，原材料报验与抽检。③止水帷幕---三管旋喷桩施工。本工程南侧利用咬合桩止水，其余侧均采用灌注桩间设三管旋喷桩形成止水帷幕，三管旋喷桩利用桩机成孔，然后以高压通过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体，使之与两侧围护桩体咬合，从而达到止水的作用。

（3） 坑内排水施工方案

本工程基坑壁与地下室外墙间距只有0.6~1.2 m，在基坑底周围砌一条宽30 cm 明沟，四角设集水井各1 个，抽取地下水及雨水，通过排水沟排至周边排水系统中，以免造成水污染。沿基坑周边设排水沟时，沟宽度为上口500 mm，沟底宽00 mm，深300 mm。基坑上侧布置直径为100 mm 的排水总管，其水力坡度为0.3%。在排水口位置设沉淀池，抽出的多余地下水可经沉淀池沉淀后排出。

2.4 基坑监测

本工程第三方监测单位按设计要求，布置支护桩顶水平位移兼沉沉降点8 个，地表沉降点22 个，立柱沉降点4 个，地下管线沉降点8 个，深层水平位移点4 个，桩身应力48个，锚索应力9 个，支撑应力点13 个，水位观测点4 个，共120 个，施工期间监测频率为1 次/2d，每周出监测报告一次。

2.5 施工难点控制

本工程施工难度主要体现在以下几方面：（1） 施工场地狭窄，多种大型机械需要流水施工，给工程施工和组织增加了难度，使整个工期严重滞后；（2） 咬合桩施工难点控制：一是需要使用超缓凝混凝土，终凝时间要控制在60h 以上；二是先施工2 根A 桩，施工B 桩时，需要切割B 桩两侧A 桩，且需要连续施工，不得间断；三是垂直度的控制；（3） 锚索成孔穿越整个砂层，需要克服流沙被淘空引起地陷的危险，掺加速凝剂到泥浆中，快速固结孔周土体，使钻进施工达到预期效果。

3 结束语

综上所述，本工程基坑施工历时18 个月，由于项目条件复杂，根据地层及现场实际情况，基坑支护采用旋挖桩（咬合桩AB） +二道支撑、旋挖桩（三管旋喷桩止水） +二道支撑+、旋挖桩（三管旋喷桩止水） +三道锚索相结合的支护形式，在整个基坑支护及土方开挖过程中均进行了监测，随时掌握支护的稳定状态和基坑周边土体变化。监测数据证明整个基坑边坡支护经受住了考验，本工程深基坑支护方案合理。