浅谈高层建筑深基坑复合支护技术的应用

蔡群丁俊马建国

南通华新建工集团有限公司邮编:226600

[摘要]：达鑫龙庭工程基坑开挖深度约8米，基坑采用深层搅拌桩止水、钢管桩超前支护、预应力锚索控制基坑位移的复合型喷锚支护结构方案，采用该方案后，基坑各种变形均在控制范围内，保证了施工安全。

[关键词]：深基坑复合支护技术

一、概述

达鑫龙庭工程位于广东省东莞市南城区的市行政中心区域，占地面积9407m2。工程总建筑面积60693m2，地下二层，地上分为5栋，其中1、2、3栋为二十四层住宅楼、4栋为9层住宅楼、5栋为17层办公楼。基坑开挖深度约8m，东侧为居民区，基坑边线距居民楼最近点距离为7m左右，最远点距离约15m，此侧居民区住宅楼基础大部分为天然地基，楼高4～5层，属待拆迁旧房，此侧基坑安全等级按一级基坑考虑控制变形，以提高邻近居民住宅楼的安全系数。南侧为小区道路，西侧为城市道路，基坑安全等级按二级考虑控制变形，北侧为一在建工地。本施工现场十分狭小，不可以采用自然放坡法施工，需对基坑进行支护来保证施工期间的安全。

二、方案的选择

根据场地情况、地质条件及周边环境，经过多方研讨决定在本工程深基坑支护施工技术上采用：深层搅拌桩止水、钢管桩超前支护、预应力锚索控制基坑位移的加强型喷锚支护结构的复合型支护方案，即在东侧距居民区较近处采用桩锚支护；在场地较为宽松的地段坑壁顶部适当放坡的支护方案。

三、复合支护技术的应用

1.土钉、锚索设计

1.1土层参数

1)人工填土：约3.95m厚杂填土。C＝10Kpa，Φ＝10，γ＝18KN/m3。

2)耕土：约0.82m 厚黄土状粉质粘土。C＝10Kpa，Φ＝10，γ＝18KN/m3。

3)淤泥质粉砂：层厚0.70m～3 .7m。C=3～5 Kpa，Φ＝14，γ＝17KN/m3。

4)粉质粘土：层厚1.10m～5 .6m。C＝20 Kpa，Φ＝18，γ＝18.5KN/m3。

5)粗砂：层厚0.9m～6.6m。C＝3Kpa，Φ＝30，γ＝19KN/m3。

6)砂质粘性土：层厚7.9～23.50m。C＝25Kpa，Φ＝23，γ＝19KN/m3。

1.2 设计参数

1)基坑开挖深度约8.0m，东、南、西侧边坡为垂直支护；北侧边坡采用放坡开挖，坡度为1:0.4，并将此侧地面标高降低3m。

2)超前钢管采用钢管采用φ×2.7，成孔直径φ110；土钉采用φ25，孔径110，倾角为15°；锚索采用2*7Φ5钢绞线，成孔直径为130，倾角为25°自由段5m，锚固段大于20m。

3)基坑侧壁安全等级：东侧为一级，重要性系数为1.10；南侧、北侧、西侧为二级，重要性系数为1.0。

4)基坑边线外1m范围内不得堆载，1m以外地面超载不得超过15kPa。

1.3计算结果:分别对东、西、南、北侧描述

1.3.1东侧（离建筑物较近的部分）

1)土钉采用Φ25钢筋，长度12～16m、竖向间距上部是1.3m，下部1.0m；水平间距锚索部分为2.4m，土钉部分为2.4m。土钉长度均不含外露部分，下料时在此尺寸的基础上加200（锚头长度）。

2)本侧采用超前钢管桩，间距为0.8米。

3)本侧设二道预应力锚索来控制基坑变形：自由段5m，锚固段20m，设计抗拔力为280KN，锁定力为200KN。

1.3.2西侧、南侧

1)土钉采用Φ25钢筋，长度15～16m。竖向间距：上部为1.3～1.5m，下部为1.3m；水平间距：锚索部分为2.6m，土钉部分为2.6m。

2)本侧超前钢管桩间距为1.0米。

3)采用二道预应力锚索来控制基坑变形，自由段5m，锚固段20m；设计抗拔力为280KN，锁定力为200KN。

1.3.3北侧

采用放坡结合土钉支护，坡度按1:0.4进行，土钉采用Φ18钢筋。1.3.4喷射面配筋

分布筋均为φ8@200×200mm，土钉在坡面水平方向用2φ16加强钢筋连接，加强筋穿过锚头里边，并与锚头焊接，焊接长度为160。

1.3.5注浆、细石砼坡面

1)注浆采用32.5R水泥，水灰比为0.5，压力为0.4～0.6Mpa。

2)细石砼坡面C20砼配比为水泥:砂:石子＝1:1.7:1.9，厚100，32.5R 水泥。

1.4典型剖面示意图

80

锁定力200

280锁定力200支护剖面示意图2.施工方法

总体施工顺序：搅拌桩施工→超前钢管桩施工→土方开挖→边坡土钉（锚索）施工。

边坡支护土钉和锚杆施工顺序为：

1)普通土钉：修理边坡→成孔→土钉安装→清孔、注浆→挂网→锚头固定→喷射细石砼。

2)预应力锚索施工顺序：修理边坡→成孔→锚索安装→清孔、一次注浆→二次注浆→挂网→喷射细石砼→腰梁施工→预应力张拉。

2.1搅拌桩施工

因本工程砂层较厚，采用单排搅拌桩很难达到止水效果，故采用了双排搅拌桩。深层搅拌桩：采用大功率的搅拌桩机四搅四喷施工工艺，搅拌

双排搅拌桩相互搭接示意图

水泥搅拌桩采用32.5R普通硅酸盐水泥配浆，水灰

比0.55～0.6，每米桩身水泥用量为65kg/m。施工搅拌

轴转速宜为中档，提升速度为0.8～1.2 m/min，不得太

快，以免影响搅拌效果。施工前按图纸间距做好标志桩

及控制线，施工过程中控制好桩身垂直度、有效桩长、

桩顶及桩底标高。

2.2超前钢管施工

钢管桩：钢管桩主要是在土方开挖过程中，当土钉及锚杆还未施工（受力）时起超前支护作用。钢管采用φ×2.7，成孔直径φ110，要求穿越砂层进入砂质粘性土不小于1500，且嵌固段不小于2000。用32.5R普通硅酸盐水泥配浆，水灰比0.55～0.6，清孔后由下往上注浆，注浆压力宜为0.5～0.8MPa。施工前必须放出搅拌桩中心线，以防止钢管桩偏出搅拌桩，降低钢管桩作用。

2.3开挖土方及修整边坡

基坑开挖：搅拌桩龄期达到10天后，方可进行基坑开挖及喷锚支护施工，要求分层分段开挖，每层开挖深度应与锚杆竖向间距相匹配，超挖深度不得大于0.2m；土方开挖必须紧密配合土钉支护施工,严格做到开挖一层，支护一层，上一层未支护完或达不到注浆体强度的70%(即土钉龄期不得少于4天)，不得开挖下一层，每段开挖长度宜为15～20m。机械开挖后，及时配合人工修整壁面，要求达到平整、坡度一致，边坡的轴线位置要准确，严禁护壁后掏挖，且边壁周围不得积水。

土钉喷锚部分施工时，上部喷射混凝土及土钉龄期大于4天，方可开挖下一层；预应力锚索锚固体强度及腰梁强度达到70%，方可张拉锁定。2.4土钉、锚索施工

2.4.1成孔要求及偏差

根据设计间距及标高，定出孔位，作出标记。土钉水平方向孔距偏差不得大于50mm，竖直方向孔距偏差不得大于100mm，钻孔底部的偏斜尺寸不得大于杆长的3%，孔深不得小于设计长度，也不得大于设计的1％，土

钉倾角要符合设计要求。

2.4.2土钉制作与安放

1)土钉钢筋应平直，除油、除锈。

2)钢筋接头采用机械连接。

3)土钉沿轴线方向，每2m采用Φ10钢筋做对中支架（锚索对中支架采用Φ48*3.5钢管截成100长小段,在管壁上等间距焊三条Φ10，形状同土钉

上对中器形状,并将对中器用铁丝将钢绞线绑扎在管面上）以保证杆体(锚索)在孔。土钉大样如下图示:

土钉大样

4)安放杆体(锚索)时，应防止杆体的变形。注浆管随杆体一同放入。注浆管距孔底宜为50～100mm。

5)杆体插入孔的深度不得小于杆体的95％。杆体放入后，不得随意敲击。

6)普通土钉外端头焊接2Ф25钢筋，每根钢筋长60mm，以增强抗拔力和固定钢筋网。

土钉锚头大样

2.4.3清孔、注浆

1)当孔成型安装土钉后，立即用压力水进行清孔，至孔口返出清水后进行注浆。

2)注浆管采用PVC塑料管，注浆管应送至孔底，以确保浆液送至底部，由下往上注浆。

3)当清孔至回水清澈时，立即改注预先配制好的水泥浆（水灰比为0.45）。应从孔底开始注浆直至孔口溢浆，并认定孔内已充满水泥浆时，将注浆管外拔至距孔口500外，停留10～15分钟再进行补浆。

4)对预应力锚索二次注浆管，管底部离孔底约500，管底用胶布封口，注浆管从管端500处开始每隔1m开Φ8小孔并用胶布封住，防止一次注浆水泥浆流入管内。

5)预应力锚索二次注浆只对锚固段进行，待一次注浆后4～6小时（水泥砂浆初凝后）进行，控制注浆压力为1.5～2.0Mpa，使浆液冲破第一次灌浆体，向锚固体和土壤间劈裂扩散，使之直径扩大，增加径向力，以提高抗拔能力。

2.5挂网、喷射速凝砼面层

1)与杆连接要牢固，钢筋网采用Φ8＠200双向钢筋，采用绑扎搭接，搭接长度＞300mm，接头要错开，纵向钢筋插入土中长度应＞300mm。

2)网挂好后，安装加强筋，绑扎好钢筋保护层，经验收合格后喷射砼面层。

3)砼面层厚度为100mm，施工前应进行配制试验，确定配合比；在干拌混合料时应拌合均匀，并掺入速凝剂10%，喷射头处的工作风压保持在0.3MPa；喷头应尽量与受喷面保持垂直，减少回弹及砼流淌现象，在面层上间隔2000×2000梅花形留置一个Φ50泄水洞，以排解坡面水及其压力。

2.6预应力锚索的张拉与锁定

1)张拉时应分批从中间向两边对称进行，以减少由于结构变形及相邻锚索施工时引起的应力损失。

2)锚索张拉就分级进行，分别为设计值

50%、75%、100%，每级锚索持荷约3～5

分钟，并测读锚头位移三次，作好张拉记

录，然后卸荷至设计控制力后，稳压10

分钟后锁定。

3)锚索锁定后，应在锚头处做防锈处理。

3.施工时应注意的几个方面

3.1原材料方面

所有原材料进场必须有出厂合格证，并经送检合格后方可使用。对于面层砼必须提前做好砼试配。

3.2施工工艺方面

1)搅拌桩施工过程中要控制钻机提升速度，确保水泥浆与土充分搅拌均匀，控制好水灰比及每米桩身水泥用量。

2)土钉、锚索方面：当有较厚砂层或淤泥内的土钉应采用钢花管，其余土层的土钉选用钻孔钢筋土钉，土钉（锚索）孔口处地面要比孔口标高低300左右，以确保孔内清出的泥浆能顺利流出。在天然地基下的锚索应逐条灌浆完成后再施工下一条，不得多条成孔，一次灌浆。对建筑物下的锚索成孔应下套管，以防止坍孔。二次注浆的时间要掌握好，过早、太迟均起不到效果。

4.施工监测与应急预案

4.1支护的施工监测至少应包括下列内容

1)支护结构顶面位移的观测。

2)支护结构顶面及附近建筑物沉降观测。

3)基坑侧壁内土体位移观测。

4)基坑渗漏水和基坑内外的地下水位变化。

5)基坑开挖期间，监测频率为1～2天监测1次，开挖完毕基础与地下室施工期间，每3～5天监测1次，地下室施工完毕，基坑回填以前可适当延长监测周期。要求监测结果及时反馈与设计人员和有关单位，做到动态设计、信息化施工。

6)位移与沉降观测：沿基坑周边顶部每隔25m～30m布置１个观测点，进行水平位移及沉降观测；东、西两边各布置3个地下水位监测孔；对3倍基坑深度范围的建（构）筑物应布点进行沉降监测。

7)应特别加强雨天和雨后的监测以及对各种可能危及支护安全的水害来源。

4.2应急预案

施工单位组织和建立应急机构，专人负责，编制应急预案。

本工程场地南段大部分区域分布有砂层，所以基坑止水是关键的工艺，在开挖支护过程中，有可能出现局部渗水现象，因此，现场应有注浆设备，当出现渗水而影响基坑及周边安全时，应立即回填土反压，稳定坑壁，然后采用注浆设备进行注浆堵漏，待止水完善解决后方可继续开挖支护施工。在现场应配备足量的沙包袋，在仓库宜有一定数量的型钢材料，以便基坑发生过大位移时用挖土机取土反压或用沙包反压，必要时采用型钢进行支顶控制位移发展，当基坑位移达到报警值时，应立即启动应急预案控制基坑位移的发展，出现险情时，应立即疏散现场及周边人员，避免人员伤亡。

四、实施效果

目前达鑫龙庭项目支护工程已完成，在采取该方案施工后，坑壁顶部边缘实测位移和沉降均控制在允许范围内：

东侧沉降报警值为26mm，实际沉降14.73mm；水平位移报警值为35mm，实际位移25mm；其余部分，沉降报警值为40mm，实际沉降最大值为7.2mm；水平位移报警值为35mm，实际最大值为9mm。周边的房屋、道路及其他建（构）筑物均未发生变形、裂缝和沉降的现象，表明此复合深基坑支护技术在本工程上的应用是成功的。