建筑工程地下室基坑边坡支护与开挖施工探讨
关键词:深层搅拌桩,锚喷网,支护技术
1、工程概况
(一)、幸福公馆工程地处登高西路南侧，该工程由龙岩市辉利国房地产有限公司建设，中国建筑上海设计研究院承担设计，由福建岩土工程勘察研究院负责详细勘察，由福建勘察基础工程公司负责施工，由福建安华建设工程监理咨询有限公司监理。各幢建筑物基本情况见下表：
(二)、建筑规模：
1、1#楼总建筑面积为27133.94平方米，其中地上建筑面积：13998.85平方米，地下建筑面积：13135.09平方米，地下二层、地上十六层，建筑总高度：高层建筑：49.60米，建筑占地面积：1291.23平方米。
2#楼总建筑面积为15881.14平方米，其中地上建筑面积：15881.14平方米，，地下一层、地上十六层，建筑总高度：高层建筑：49.45米，建筑占地面积：1393.46平方米。
2、 工程地质条件及周边环境
(1)地基土分布
根据勘察报告，基坑开挖范围内地层分布 (自上而下)为①杂填土;②粉质粘土;③卵石;④1粉质粘土; ④粉质粘土;⑤1粗砂;⑤泥质炭土;⑥粉质粘土;⑦含卵石粉质粘土;⑦1粉质粘土; ⑧含角砾粉质粘土;⑨破碎灰岩;⑩微风化灰岩等。
(2)地下水
基坑开挖范围内主要含水层为③卵石及⑤1粗砂中的孔隙潜水有灰岩中的岩溶裂隙水。孔隙潜水主要赋存于③卵石层及⑤1粗砂中，其透水性及富水性较好，受大气降水补给及河水的侧向补给，排泄给河水或往下迳流补给岩溶水。(参照地质报告)
(3)周围环境状况
建筑场地东侧为规划道路，现作为临时通道，该侧建筑围墙距离基坑开挖边线最小距离为8M;场地南侧为登高西路安置小区，紧临小区道路，道路中心位置存在地下排水沟，埋深为1.8M，花圃位置存在地下水排水沟，埋设为2.2米，安置房层高6.5层，其基础埋深2.5M ;场地西侧为恒亿花园二期E、F栋住宅楼，住宅楼层高16层，设一层地下室，其基础埋深为6.5M，与基坑开挖围墙仅3.5M宽;场地北侧为登高西路，该路面车流人流较繁忙，该侧沿人行道下有埋深1.6M的管线沟。
3、基坑边坡施工方案
3.1 深层搅拌桩施工
本工程采用深层搅拌桩连成封闭的整体达到截水帷幕的作用，深层搅拌桩是采用深层搅拌机械，在地基深处利用水泥作为固化剂(浆液)，与软土强制搅拌混合，硬化后形成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。水泥土的容重与软士接近，而比重稍大，无侧限抗压强度随着水泥掺入比的增加而增加，水泥土的强度在龄期超过3个月后才缓慢增加，所以一般取3个月龄期的强度为标准强度。本工程搅拌桩桩径700mm，桩心间距500mm，搅拌桩桩体之间相互搭接，为保证桩体搅拌均匀，采用4喷4搅喷浆法的施工工艺，共配置6台深层搅拌机。
3.1.1 施工工艺流程
桩机就位→喷浆搅拌下沉→喷浆搅拌上升→重复下沉上升→关闭搅拌机并移位。
3.1.2 技术要求和质量保证
深层搅拌桩机应基本垂直于地面，要注意桩架竖直度，施工中发现钻机倾斜应立即校正。严格按要求参数钻进成桩，钻进至设计深度后要空转lmin，并确定灰浆喷出后才能提升钻头，并严格控制搅拌、提升速度和灰浆量。深层搅拌桩施工完成后7d内，不允许在其附近随意堆放重物，防止桩体变形。
3.2 锚喷网加锚杆支护施工
本工程基坑边坡支护采用锚喷网加锚杆支护施工。在深层搅拌桩及旋喷桩施工完毕养护14d，并完成压顶梁的施工后，方能进行边坡土方开挖及支护的施工。锚喷支护基坑边坡具有及时、快速，随挖随支，与基坑开挖同时进行，不占独立工期，占用最小施工场地的特点。
①支护施工顺序：a根据设计要求进行开挖土方;b锚孔定位;C根据设计要求的长度、间距、角度制作与安装锚管;d钢筋网和钢筋骨架的编制和调整，节点焊接;e喷射混凝土;f在喷射混凝土面层养护24小时后进行压力注浆。
②加固锚杆施工顺序：a锚孔定位;b钻机引空;C根据设计要求的长度、间距、角度制作与安装垂直锚管;d根据设计要求的长度、间距、角度制作与安装水平锚管;e锚管注浆。
3.2.1 工艺流程
开挖土方，修整坡脚→喷射首层速凝混凝土→锚杆成孔(锚杆加工及打入锚管)→清孔并采用压力灌浆灌孔→编钢筋网，焊接加强钢筋→终喷速凝细石混凝土→喷锚网养护→开挖土方。
3.2.2技术保证措施
①边坡开挖后3h内完成作业面的初喷，48h内必须完成支护作业，上、下排锚杆施工48h内不宜开挖该段的下一层。
②疏通基坑附近的排水管道，防止堵塞引起渗漏，及时排干基坑周边积水;对基坑周边原有裂隙，应做必要的填补，严防地表水下渗;作业面较大时，应设置泄水孔。
③开挖前应了解和掌握锚杆长度范围内地下管线的具体位置，以指导、调整锚杆的孔位、角度和长度，避开上述障碍物。
4、基坑土方开挖及降水施工方案
土方开挖与锚喷网加锚杆的施工同步进行，在基坑开挖前先进行基坑内降水，将基坑内地下水位降至坑底500 mm以下。根据地质资料，本工程采用井点降水措施，在基坑周边设置降水井，降水井采用钻机钻孔，泥浆护壁，成孔直径1.0m，并符用钢筋笼制成，钢筋笼外面包裹两层镀锌铁丝网。井点的施工顺序为：井点放样→做井口、护筒→钻机就位、钻孔→回填井底碎石垫层→吊放钢筋笼→回填管壁与孔壁间的过滤层。
5、本工程施工的注意点
① 严格把好深层搅拌桩及高压旋喷桩浆液质量关，保证浆液的配合比符合设计要求。
② 土方开挖过程中及开挖完成后严格进行基坑监护(包括位移、沉降及地下水位观测)。
③ 降水井深度及数量根据现场实际情况而定，需把地下水位降至基坑以下500 mm。
④ 锚喷支护最为重要的环节是注浆，而注浆压力的大小是确保注浆质量的衡量标准。
⑤ 截水帷幕完成后需做截水效果测试，即在截水桩内外钻孔，内孔抽水，同时观测外孔水位变化，一经发现基坑外水位下降，立即分析原因，马上采取措施处理，对出现问题的截水桩进行压力注浆，必要时在周边加一道截水桩进行围蔽。
⑥ 土方开挖中限制每步作业的开挖深度，合理安排挖土工序，限制边坡开挖面的裸露时间非常最要。机械开挖至设计标离300 mm 后进行人工开挖和修正，确保地基土不被扰动。
⑦ 止水帷幕是许多单根截水桩相互搭接咬合形成连续体起到挡水作用的。在施工时要合理安排施工顺序，使与之搭接的截水桩的施工时间安排在水泥土初凝之后、固化之前进行。施工时间过早，下一根截水桩喷射的高压水流会冲散原有的水泥土体，施工时间过晚则下一根截水桩施工时无法与前一根搭接咬合形成整体。另外，在注浆工艺结束后，对截水桩桩体复搅一次，确保水泥浆与土体搅合均匀。
6、基坑边坡稳定计算
该工程基坑周长253m，喷锚支护面积2863m2。在设计中采用了5排φ500的格构式水泥搅拌桩作为重力式挡墙，该挡墙的主要作用是挡土和止住填土中的潜水。另外在重力式挡墙靠基坑一侧布置二排间距为1m，直径为φ1O0的垂直钻孔，在孔中放入直径为φ28的锚固钢筋，再以1MPa的压力注入水灰比0.45～0.55的水泥浆。这里垂直锚固钢筋起到十分重要的作用：作为该挡墙的抗滑销栓，增加该挡墙的抗倾覆和滑移稳定性;提高该挡墙的抗剪和抗弯强度。
锚杆锚固于中风化与微风化岩层中，抗拔力按下式计算：
式中：Lm为锚杆的锚固段长度;D为锚固体直径，本工程锚管直径为50㎜;ψ为锚固长度有效因子，取为0.65;τ为灌浆体与抗拔筋的握裹力或灌浆体与岩层和土层间的粘结强度，平均取值为15KPa。经过计算，为满足抗拔荷载要求，锚杆的锚固段长度Lm 为2～4m，取平均长度为3.0m。
Tu=3.14×50×3000×0.65×0.15=45.92kN，按水平和垂直间距分别取1.5m 计，共计24根。
总的抗拔力为T=45.92×24=1102.6kN
根据规范要求，对该挡墙作了抗倾覆和滑移稳定性验算。以下是挡墙的抗倾覆和滑移稳定性验算公式：
1.3haΣEa≤hpΣEp+Wb/2+hgΣEgw
上式中，ΣEa⋯⋯挡墙底以上的基坑外侧土压力水平荷载标准值合力;
ha⋯⋯合力ΣEa至挡墙底的距离;
ΣEm⋯⋯水平锚管提供的标准值合力;
hp⋯⋯合力ΣEm 至挡墙底的距离;
W⋯⋯挡墙自重;
b⋯⋯挡墙厚度;
ΣEg⋯⋯垂直锚固钢筋提供的锚固力合力;
hg⋯⋯合力ΣEgw至挡墙底的距离。
1.4ΣEa≤ΣEm+μW+ΣEgw
上式中，μ⋯⋯ 挡墙底与基岩的静摩擦系数;
代入用库仑理论计算的压力值，计算结果如下：
1.3×1/3×12.0×240≤4×1102.6+236.8×0.8+0.8×800
1248<4410.4+189.4+640
1248<5239.8
挡墙满足抗倾覆稳定条件。
1.4×240≤ 1102.6+0.3×236.8+350
336<1102.6+71.0+350
336<1523.6
挡墙满足抗滑移稳定条件。
以上计算结果表明挡墙支护满足抗倾覆和抗滑移稳定条件，是安全的。采用水泥土桩墙加垂直锚固钢筋的方案对该工程是适宜的。在整个地下室的施工期间，挡墙支护最大位移仅12mm，保证了施工的安全和正常进行。
7、结束语
该工程基坑深度大，周围环境复杂，在基坑支护结构设计与施工过程中，通过对土层与岩层区别对待，对基坑下部岩层及时支护并喷射混凝土封闭岩面等方法，取得了较好的实效。经过精心设计与严格施工，在整个施工过程中基坑支护系统没有出现不稳定迹象。沿基坑均匀布置了18个桩顶位移观测点，观测结果：变位值大多在3～7mm之间， 最大值12 mm。通过支护不仅确保了深基坑的安全，而且为工程结构的顺利进行创造了条件。
基坑工程具有复杂性和特殊性，应针对工程的具体条件和要求，合理选择安全经济的支护及截水技术方案，使其既安全又经济。本工程采用了基坑锚喷网加锚杆支护，深层搅拌桩、井点降水等综合技术方案，监测结果表明，该方案是安全、经济、合理可行的。
参考文献
1、福建岩土工程勘察研究院提供的《龙岩市幸福公馆基坑支护设计方案》
2、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)
3、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
4、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)
5、《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002
