超大深基坑支护与降水施工技术研究

超大深基坑支护与降水施工技术研究

刘百平

身份证号：432625196912215119

摘要：随着城市地下空间的不断开发利用，超大深基坑工程日益增多。本文围绕超大深基坑的设计与施工关键技术展开研究，结合具体工程案例，深入探讨了超大深基坑支护结构设计、降排水技术、施工技术要点、基坑监测等方面。本文旨在为超大深基坑的设计与施工提供技术参考，推动地下工程建设的安全、高效发展。

关键词：超大深基坑；咬合桩；止水帷幕；基坑监测 、三重管

引言：

随着城市化进程的加快，地下空间资源的开发利用越来越受到重视。超大深基坑作为地下工程建设的重要组成部分，具有施工难度大、技术要求高、安全风险大等特点。因此，研究超大深基坑的设计与施工关键技术对于保障地下工程建设的安全、高效推进具有重要意义。

一、工程概况

拟建项目场地位于南昌市九龙湖区，场地拟建三层地下室、地上45层。基坑开挖周长约338m，基坑开挖深度为4.6m~14.8m。据现场踏勘及现状地形图，整个场地西高东低，最大高差约10m。场地内部有雨水、污水、给水等管线经过，需迁移保护。东侧和北侧毗邻主干道，另外南侧距离地铁高架桥约50米，场地周边环境复杂。

二、支护结构设计原理及选型

支护结构的设计原理主要包括承载能力设计、变形控制设计和稳定性分析。承载能力设计主要考虑支护结构承受的水平土压力和侧向水压力，确保结构具有足够的承载能力。变形控制设计则通过控制支护结构的变形，避免对周边环境产生不利影响。稳定性分析则是对支护结构在施工和使用过程中的整体稳定性进行评估，确保工程安全。根据本项目地勘报告与地形情况，本基坑采用灌注桩+锚索、坡率法+土钉、咬合桩+锚索的支护方案，其中：

（1）西侧地形较高且有放坡条件，拟采用坡率法+土钉的支护形式。

（2）南侧采用上部放坡+下部桩锚（咬合桩）的支护形式。

（3）东侧和北侧均有管线且毗邻主干道，不具备放坡条件，拟采用灌注桩+锚索支护形式。

三、地下水控制措施

根据南昌市降水情况以及本项目勘察地下水情况，拟采用止水帷幕和积水明排方式进行降排水。

1.帷幕注浆是一种有效的地下水控制技术，通过在基坑周边注浆形成止水帷幕，达到降低地下水位和防止基坑涌水的目的。注浆材料的选择应根据地质条件和工程要求来确定，注浆过程应严格控制注浆压力、注浆量和注浆速度等参数，确保注浆效果。本项目拟采用三重管旋喷桩及咬合桩方式形成止水帷幕。

2．明排法

坑内明排法是通过在基坑内设置排水沟和集水井，将地下水引至集水井内，再通过排水设备将水排出基坑的方法。根据本项目勘察报告及地下水情况

再基坑上部和下部四周开挖排水沟，形成闭环。每隔50米设置一个超前集水坑

，通过抽水泵经沉淀、过滤排至市政管网系统。

四、支护结构技术控制要点

1、支护桩（灌注桩）技术要点

本项目根据地层和土质情况采用泥浆护壁旋挖钻机成孔，

（1）泥浆制备技术要点

泥浆在泥浆护壁桩施工中起着至关重要的作用。它不仅能够保护孔壁稳定，还能携带钻渣。因此，制备的泥浆应具有适当的粘度、密度和稳定性。在施工过程中，还需对泥浆进行循环和净化，以保持其良好的性能。

（2）钻孔与清孔

在钻孔过程中，应保持钻机的稳定，控制钻进速度和力度，防止孔壁坍塌。同时，要及时将钻渣通过泥浆带出孔外，保持孔内清洁。

在钻孔达到设计深度后，应进行清孔作业，将孔底的沉渣和泥浆清除干净。然后，将制作好的钢筋笼下放至孔内，确保钢筋笼的位置确、垂直度良好。

（3）变形限制与安全性

支护桩在施工过程中和使用阶段都可能受到名种因素的影响而产生变形。为确保支护桩的稳定性和安全性，应采取有效的变形限制措施。例如，在桩身设置预应力钢筋或钢绞线等，以提高桩的抗变形能力。同时，在施工过程中应加强监测，及时发现和处理变形问题，确保支护桩的安全性。

2、预应力锚索技术要点

锚索宜采用低松驰高强钢绞线制作，其材料标准强度等级需符合设计要求。钻孔前应根据设计要求确定孔位并定出标志，终孔后应认真清洗，直到流出清水为止。杆体应严格按设计长度下料，其允许误差为50mm，其外露张拉长度由施工单位根据张拉设备确定。锚索自由段应外裹塑料布或套塑料管等，并在两端扎牢，必要时在杆体上涂上黄油。安装就位前，要认真清除钢绞线表面的油渍和污泥。锚索注浆应采用二次注浆工艺，注浆采用水灰比0.5的P.O.42.5R普通硅酸盐水泥净浆，其标准强度不得低于25.0MPa。第一次常压注浆，待第一次注浆初凝后进行第二次高压注浆。锚固体强度达到设计强度80%后方可进行张拉锁定。待冠梁、腰梁等砼强度达到设计强度的80%，方可张拉锚索。锚索应分层分段施工，张拉锁定后才能进行下一层土方开挖。

3、旋喷扩大头锚索施工技术控制要点

（1）钻孔作业是旋喷扩大头锚索施工的第一步。根据设计参数，选择合适的钻头和钻孔方法。在钻孔过程中，要注意控制钻进速度和钻进深度，保持孔壁稳定。同时，要做好孔内泥浆的循环和净化工作，防止孔壁坍塌和钻孔偏移。

（2）扩大头是旋喷扩大头锚索的重要组成部分，其形成质量直接影响到锚索的承载能力和稳定性。在扩大头形成过程中，要控制好旋喷参数，如旋喷压力、旋喷速度和旋喷时间等。同时，要注意观察扩大头的形成情况，及时调整旋喷参数，确保扩大头形状饱满、均匀。

（3）注浆过程中，要控制好注浆压力和注浆量，保持注浆速度和注浆均与性。同时，要注意观察注浆情况，及时调整注浆参数，确保注浆质量。

4、土钉墙技术要点

土钉优先采用击入式钢管土钉，土钉入射角为15°。喷射砼及土钉施工与土方开挖应密切配合，按照设计要求分层分段（每段25~30m）开挖，开挖底面应位于各层土钉下300~500mm，然后及时修坡和支护。上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工。机械开挖土方后，应辅以人工修整坡面，使其平整度达到规范及喷射砼施工的要求。土钉孔位和孔深允许偏差均为50mm。土钉注浆应采用纯水泥浆，水灰比0.45。当土钉成孔遇到不明障碍物时，应立即停止，确认无害时，再继续施工，以免损坏城市管网等市政设施。面层喷浆在喷射结束终凝2h后，应喷水养护，保持砼面湿润≥7天。坡面应布置泄水孔，泄水管伸入土层内长度不小于0.4m，外管口略向下倾斜，端部用滤网包裹（或管中填满粗砂、圆砾作为滤水材料），防止颗粒流失，梅花形布置。

5、冠梁、腰梁、挡板等混凝土构件技术要点

冠梁、腰梁、挡板主筋应采用机械连接或焊接。钢筋混凝土支撑系统支座和节点处按构造要求设置加强钢筋和加密箍筋。构件混凝土浇筑完成后要及时进行养护，防止混凝土开裂。

五、止水技术控制要点

1、咬合桩止水帷幕

A桩设为素混凝土桩，B桩设为钢筋混凝土桩即荤桩。

（1）为保证咬合桩定位精度，在施工前应在桩顶做好混凝土导墙。咬合桩桩径、嵌固深度及咬合宽度应符合设计要求，桩顶设钢筋混凝土冠梁。素混凝土桩和钢筋混凝土桩需交错搭接。A桩成孔过程中需与B桩咬合。要求B桩混凝土有自稳的强度，同时不能凝固过快，造成A桩成孔困难，影响施工进度，因此咬合桩的混凝土凝固时间控制是本工程的重点。

①提前做好超缓凝混凝土配合比，进行试桩确定各施工参数。

②商品混凝土搅拌站驻场人员严格监测混凝土配合比及外加剂的掺入量。

③做好混凝土施工记录，保证各工序施工均处于可控状态。

④控制B桩成孔进度，成孔过快或过慢均有可能对A桩混凝土质量造成损害。

⑤B桩混凝土缓凝时间应根据单桩成桩时间来确定，单桩成桩时间又与地质条件、桩长、桩径和钻机能力等直接的联系。因此，B桩混凝土缓凝时间根据以下方法来确定

根据下式计算B桩混凝土的缓凝时间，可根据下式进行计算：

T=3t+K

式中：T——B桩混凝土的缓凝时间（初凝时间）

      K——储备时间，一般取12小时

t——单桩成桩所需时间

（2）克服钢筋笼上浮的方法

由于套管内内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小，因此在上拔套管的时候，钢筋笼将有可能被套管带着一起上浮。其预防措施主要有：

①B桩砼的骨料粒应尽量小一些，不宜大于20mm。

②在钢筋笼底部焊上一块比钢筋笼直径略小薄钢板以增加其抗浮能力。

③钢筋笼导正器必须制作。

④砼灌注必须按操作规程进行。

2、三重管旋喷桩

三重管旋喷桩在相邻支护桩成桩7天后允许喷浆成桩。三重管旋喷桩止水帷幕有效直径0.8m，填土中抗压强度不小于1.0MPa，其余土层抗压强度不小于2MPa。在旋喷作业过程中，严格控制旋喷管的旋转速度、喷射压力等参数，确保旋喷效果达到最佳。水泥应采用早强普通硅酸盐水泥。注浆过程中，应严格控制钻杆提钻速度，以防止孔内浆体不密实。注浆管提升速度按7～15cm/min控制，若中途因故停止喷浆，则需将喷射头回插1.0m后，再重新提升喷射注浆，分段提升的搭接长度不应小于100mm，对于砂层较厚的部分，采用复喷的方法加强止水效果。喷头到达设计孔底标高时，应先在原地喷射注浆1min后，方可提升喷头，自下而上旋转喷射。喷射注浆固结体凝固7d后可进行开挖。要求钻机安放保持水平，钻杆保持垂直，其垂直度允许偏差不得大于1.0%。旋喷桩施工前，须进行现场试验，施工的具体参数可根据现场试验结果进行调整。

六、基坑监测技术要点

1、监测点的设置对于基坑监测的准确性和有效性至关重要。要点如下:

（1）根据地质条件、基坑规模等因素，合理设置监测点的位置和数量。

（2）确保监测点的稳定性，避免受到施工等外部因素的干扰。

（3）定期对监测点进行检查和维护，确保其正常运行。

2、监测频率

监测频率的确定是监测工作的重要内容，与施工方法、施工进度、工程所处的地质条件、周边环境条件，以及监测对象和监测目的的自身特点等密切相关。基坑监测应从基坑开挖开始至基坑回填结束为止。当遇台风、雨季、监测项目变化速率大或监测数据接近预警值时，应适当加密观测。同时，监测频率与投入的监测工作量和监测费用有关，在制定监测频率时既要考虑不能错过监测对象的重要变化时刻，也应当合理布置工作量，控制监测费用，选择科学、合理的监测频率有利于监测工作的有效开展。

七、其它方面控制要点

1.桩身检测要点

咬合桩荤桩采用超声波透射法进行检测，数量不少于荤桩总数的10%，且不得少于3根。当检测结果判定的桩身完整性类别有Ⅲ类、Ⅳ类时，应采用钻芯法补充检测，抽检数量不少于总桩数的1%，且不少于3根。（注：超声管应与咬合桩钢筋笼焊接，埋设超声管的桩数不宜少于检测数量的1.5倍，第三方检测单位应提前与施工单位协调埋设事宜。）咬合桩素桩质量检验采用钻芯法检测，钻芯比例为不少于总桩数的0.5%，且不少于3根。

2.锚杆（索）检测要求：

抗拔力试验：试验数量为锚杆（索）总数的5%，且不得少于3根；随机抽样；最大验收试验荷载为轴向拉力标准值的1.2倍。注浆体强度检验：每30根锚索不少于1组，每组试块数量水泥净浆为6块，浆体设计强度为25MPa。

3.喷射砼应进行喷层厚度检查，用凿孔法或其他方式检查，检查数量为每100㎡取一组，每组不少于3个点。合格标准为：全部检查孔处厚度的平均值应大于设计厚度。

4.基坑开挖和支护期间应密切注意支护结构及周边环境的各项变化，如地质（地下管线）情况与设计依据条件有较大出入、或基坑变形速率较大等应立即停止挖土，及时通知相关各方分析具体情况并采取相应措施。

5.施工单位在施工过程中应针对基坑可能出现的各种险情制定相应的应急措施，并准备足够的应急物质，包括挖机、砂袋、工字钢、木棍等。

6.本项目支护桩距管线较近，施工支护桩时，护筒长度需超过影响管线范围深度，施工单位需制定专项支护方案，且增加对管线的保护措施。

7.周边地面的裂缝及时采用水泥浆抹缝，若变形持续且不收敛，则采用反压、卸载等措施。

8.基坑施工前应对基坑周边建（构）筑物进行调查，了解其原始情况。基坑开挖过程中应每天对基坑和基坑周边巡视，每天早中晚各一次，台风暴雨季节应加密巡视次数。

9.严格按照监测方案对基坑及基坑周边建构（筑）物进行监测，出现异常时及时通报相关单位（铁路侧地下水位、车站变形出现异常时，需立即采取回灌措施)。

八、结论与展望

文章对超大深基坑的设计与施工关键技术进行了总结，指出了当前研究中存在的不足和未来的研究方向。随着地下工程建设的不断发展，超大深基坑的设计与施工技术将不断更新和完善，为城市地下空间的开发利用提供有力支持。

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