深基坑支护设计以及施工过程研究

深基坑支护设计以及施工过程研究

摘要：本文以湖南某商业、餐饮用房组成的建筑项目为例，对工程基础施工阶段采用“土钉墙+ 喷射混凝土”方案的设计与实施进行了分析、写实。

关键词：深基坑；支护设计；土钉墙；喷射混凝土

Abstract: This paper take the construction projects consisting of business, dining space for example, analyzes the design and implementation of the the “soil nail wall + shot Crete program of construction foundation phase engineering.Key words: deep pit; support design; soil nail wall; shotcrete

深基坑是充分利用土地资源的方式之一。随着城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现, 深基坑工程越来越多, 同时, 密集的建筑物、大深度的基坑周围复杂的地下设施, 使得放坡开挖基坑这一传统技术不再能满足现代城镇建设的需要, 因此, 深基坑开挖与支护引起了各方面的广泛重视。

1．工程概况

湖南某建筑项目由1～5 层的商业、餐饮用房组成，上部结构共分为 5 个结构单元，结构单元间分别在 2 层和 3 层设有两处室外钢结构连廊。本工程上部结构底层层高为 5.6 m，标准层层高 5.4 m，最高大屋面高度 27.650 m，均为多层结构单元。各上部结构单元下设 2 层的整体地下室，地下一层和地下二层的层高分别为 5.5 m 和 4.0 m，主要用作商业用房、地下车库和设备机房，地下 2 层为平战结合的防空地下室。

2．深基坑支护方案

制定支护方案过程，基于以下考虑：一方面，该项目为对外销售的商业建筑，项目急于开展销售工作而对工期的要求非常紧迫，若采用常规的地下连续墙、排桩式结构等支护方案，施工周期较长，直接影响工程主体进度；另一方面，采用常规支护方案造价较高，与商业项目的“合理低成本”目标不符；再者，制定的方案须技术成熟、可靠，针对项目本身必须具备足够的可行性；最后，制定的方案必须能够最大限度适应项目复杂的周边环境。根据工程地质勘察资料和基础部分设计要求，并综合考虑上述因素，我们初步拟订了“土钉墙+ 喷射混凝土”的支护方案。

2．深基坑支护设计

2.1 设计基本原则

本项目土钉墙结构采用以分项系数表示的极限状态进行设计，设计计算时主

要考虑了基坑侧壁安全等级分别采用的不同重要性系数，及进行承载能力极限状态的计算和分析，包括：土钉抗拉承载力土钉墙整体稳定性验算、单根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力计算等。在土钉墙支护设计过程，主要对以下三个部分进行了验算：①土钉墙内部稳定性；②土钉墙外部整体稳定性；③土钉设计。其中，通过土钉墙内部稳定性验算确定来设计和调整土钉的分布；根据每根土钉所受荷载来设计和调整土钉间距、长度（使其达到设计要求）；土钉墙的外部整体稳定性分析时，将由土钉加固的整个土体视为重力式挡土墙，验算其抗倾覆、抗滑移，土钉墙连同外部土体沿深部的圆弧滑动破坏以及土钉墙基底承载力。

2.2 实施方案设计

针对初步拟订的支护方案，委托湖南工程勘察研究院进行了周密、详细的设计计算，并通过设计过程对相关参数进行了核算确定（见图1）。

图1 土钉墙设计验算简图

验算基本条件设定时，考虑了基本参数、坡线参数、土层参数、超载参数、土钉参数和内部稳定验算条件等，并最终采用“总应力法”进行了验算，形成对“局部抗拉验算”、“内部稳定验算”、“外部稳定验算”和“喷射混凝土面层计算”等的成果数据，并最终形成验算成果。

根据各项设计要素的验算和复合，本项目最终确定的支护设计方案为：由深度4m~6m 的Φ16mm 螺纹钢筋在坑壁通过加压灌注砂浆形成土钉；同时，由Φ6mm＠250mm的钢筋网片结合横拉（焊接） 在土钉钢筋外露部分上的Φ14mm 加强筋，对坑壁表面形成“网罩”；最后，采用喷射80mm 厚C20 含砾石混凝土形成钢筋混凝土面层（见图2）。同时，针对支护方案实施过程中的焊接、连接、注浆、喷射混凝土等细部，我们制定了严密的实施工艺，以确保支护工程质量。

图2 支护体正立面图

3．基坑支护方案实施

3.1土钉成孔安装

根据支护设计图纸在坑壁（边坡）延纵向和横向分排确定出土钉位置，并进

行标识；其次，（以控制质量和节约成本为原则）采用“进口铲”人工“干孔”成孔的方式，并结合设立支架控制角度的方法确保成孔范围孔壁顺直、无塌陷和松动；再次，采用高压风进行清孔，确保孔深范围内无杂物；最后，在进行土钉钢筋安装时，先按照2m 的间距在土钉钢筋上焊接安装“中心定位架”，确保土钉钢筋置于锚孔中心位置，后将土钉钢筋安放于锚孔中完成土钉安装。

3.2土钉注浆

浆液采用425# 普硅水泥, 按0.5：1 水灰比配制水泥浆净液, 从注浆管自孔底部开始注浆, 待孔口流出同等浓度的水泥浆时, 即停止注浆。为了保证注浆饱满, 同一批注浆孔注浆时, 应在各孔口重复补浆数次。

3.3吊放钢筋网的绑扎

网片由Φ6mmⅹ250mm 的钢筋结合横拉（焊接），在土钉钢筋外露部分上的Φ14mm 加强筋组成。水平加强筋采用2Φ16 mm 通长搭接, 搭接处采用焊接, 焊接长度单面焊不小于10 d。根据工作面的高度截取竖向钢筋(考虑搭接长度)，钢筋搭接处做成弯钩，采用铅丝绑扎,混凝土保护层不少于3cm。用“U”型铁钉将钢筋网片固定在土坡表面。

3.4喷射混凝土

喷射混凝土厚80mm, 强度C20, 混凝土采用05碎石、中粗砂与水泥现场拌制, 水泥与砂石重量比为1：4～1：5, 砂率为45% ～ 55%, 混合料应拌制均匀,随拌随用, 水灰比要控制好, 保证喷混凝土表面平整、着料稳固, 不滑移流淌, 不干散掉落。在喷浆前, 浇水湿润需喷浆的土坡表面, 用喷将拌制好的细石混凝土喷射至土坡表面, 喷嘴离开土坡表面0.6 m～1.2 m, 每层喷浆不超过75 mm, 待前一层强度达到50%, 再进行后层施工。

3.5基坑变形监测

为随时了解基坑边坡在开挖及使用过程中的变形情况,在边坡坡顶布设了16个变形观测点, 间距为18 m，基坑开挖过程中, 3 d观测1次, 基坑开挖完毕7 d时测1次。经过实际观测, 周围的房屋、道路等没有发生明显的位移和沉降, 土坡稳定一直处于良好状态, 没有发生裂缝、局部坍塌等危害现象。

通过连续观测表明：基坑顶部的侧向位移与当时的开挖深度之比均在0.3%~0.5%范围之内；同时，随着“土钉墙+ 喷射混凝土”支护方案的实施，延缓了基坑坑壁土体的变形速度，并使坑壁顶部位移慢慢趋于稳定。

4．结束语

通过对方案实施情况进行总结，认为：若不注重对各个工序、各个细节的严密控制，将不会取得预期良好的效果，也有可能功亏一篑；同时，在支护方案开

始前直至基坑施工完毕的整个周期内，按照规范和工程实际合理设置观测（监测）点，并按频次实时进行变形观测，也是整个方案成功实施过程的必要工作。

“土钉墙+ 喷射混凝土”的深基坑支护方案，能够通过发挥土体自身承载力而充分提高基坑边坡稳定性，在环境适宜、地质状况相当等情况类似或相似的工程项目中采用，具有造价低、工期短、便于施工等优势，不失为一种同类项目可供选择的支护方案。

参考文献：

[1]建筑基坑支护技术规程[S].JGJ120-99

[2]闫松，李建伟，白云峰.土钉支护在某深基坑施工中的应用[J].工程建设与管理，2009(12).

[3]屠毓敏, 阮长青等. 温州大剧院深基坑支护技术[J].岩土工程学报,2006,(1).