井口缓冲仓工程深基坑支护设计与施工

[摘要]井口缓冲仓工程，由于设计基础埋置较深，在进行土方开挖、地基处理、基础及主体施工过程中，容易造成基坑土体坍塌，对周围建（构）筑物也易造成下沉、开裂、倾斜等不利影响，为避免上述现象的出现，必须对井口缓冲仓工程深基坑施工采取一定的支护措施。通过综合考虑工程所在场区土层性质及分布、地下水埋深、地下管线分布以及工程周围地面建（构）筑物分布情况，并考虑经济效益等因素，提出基坑距离建筑物较近一侧采用钢筋混凝土灌注桩围护墙，辅之锚索拉结；另外三侧采用分层放坡的施工方案。实施效果显示，该方案安全、经济、实用，为同类型工程支护设计的方案提供了成功的参考经验。

[关键词]深基坑，支护，灌注桩围护，锚索接结，分层放坡

1工程概况

1.1设计概况

王家岭煤矿井口缓冲仓工程，位于华晋焦煤集团王家岭煤矿院内，建筑面积1500m2，平面轴线尺寸为17.5m×15m，主体为钢筋混凝土框架剪力墙结构，仓体地下三层、地上两层，地上部分檐口高度15.25m，地下部分埋入地下深度为22.37m（以自然地坪为界），仓内有两个钢筋混凝土漏斗，不同标高处还有两个设备基础。缓冲仓采用筏板基础，地基做2.0m厚3：7灰土密实处理层。

1.2场区概况

图1.1 基坑周围建（构）筑物分布平面图

缓冲仓北面是在建的驱动机房，距离39 m；南面是在建的栈桥，距离23 m；西面是已竣工的厂房，距离9 m。而井口缓冲仓工程基坑开挖较深，对本工程周围的建（构）筑物势必造成影响。为充分保证施工人员的安全和相邻建筑物（已建、在建、待建）的稳定，必须采取有效的边坡支护方案，保证土方开挖及地下仓体施工的安全。

1.3场区地质条件

根据工程勘察设计报告，井口缓冲仓在基坑开挖深度及其影响深度范围的土层分布自上而下描述为：

第1层为素填土层：松散，为平场开挖时的堆积，局部为灰岩、花岗岩碎块，土质不均匀，厚度0-1.5m；

第2-3层为黑垆层：深褐色，稍湿，坚硬，团块结构，具有少量针孔和大孔穴，层厚度0.8-1.8m；

第4-6层为黄土状粉土层：浅黄-褐黄色，土质不均匀，针孔发育，具大孔隙，场地分布较普遍，层厚较大，局部夹有碎石角粒，层厚度14.6m-17.9m。

第7层为古土壤层：棕红-褐红色，稍湿，坚硬，团块结构，具少量针孔，可见大量白色钙丝，含钙质结构，场地内普遍分布，未揭穿。

根据岩土工程地质条件，持力层为第6层，场地在勘测深度范围内未见地下水。

2基坑支护方案设计

2.1设计思路一

采用工字钢立柱对基坑四周立面进行围护，钢立柱沿基坑深度纵横向布置水平钢管对撑，基坑中间布置灌注桩，作为水平钢管对撑的竖向支撑，形成网格状支撑系统。

优点：采用此方案，作基坑围护的钢立柱、钢管等构件在满足基坑支护的同时，还可以回收利用。

不足之处：由于基坑较深，钢立柱柔度大，对接困难，造成沿基坑深度方向的水平钢管支撑布置较密，不便于土方开挖及缓冲仓结构施工。

2.2设计思路二

西侧（距已建厂房较近）基坑采用钢筋混凝土灌注桩墙作围护，桩间采用注浆进行密实，土方开挖时视灌注桩受土压力情况决定是否采用锚索拉结；基坑其余三侧面采用连排粉喷桩围护。

优点：采用此方案，灌注桩墙与粉喷桩连成整体，基坑围护的强度较高，整体性好，减少了基坑中间的竖向支撑，方便了施工。

不足之处：由于基坑四周均需采用灌注桩或粉喷桩支护，虽保证了支护结构的强度，但造成施工成本的提高，特别是相对于缓冲仓工程本身的造价来看，支护方案不经济。

2.3支护设计方案选择

2.3.1支护方案优选

在设计思路一和思路二的基础上，重点对方案二进行了优化。由于井口缓冲仓工程比栈桥工程和驱动车间工程先开工，重新对栈桥和驱动车间到井口缓冲仓的距离进行计算，最后确定方案如下：基坑南、北、东三侧采用分层放坡，西侧采用灌注桩支护，沿基坑深度方向设置多段水平锚索进行拉结。

2.3.2具体支护方案

（1）基坑西侧（距离已建厂房）

布置36根钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径1m、桩长36m，桩间距300mm。灌注桩每隔两根采用锚杆进行拉结，锚杆长25m，成孔角度为15°，锚杆竖向排距3m。

图2.1灌注桩布置平面示意图

（2）基坑北侧、南侧和东侧。

分层放坡进行土方开挖。第一次放坡开挖至自然地坪下3.253 m，为灌注桩围护墙施工提供条件，挖土坡度为1：0.75；第二次同坡度开挖至自然地坪下12.470 m，做一层3 m宽的平台；第三次同坡度开挖至垫层底。

（3）为节约工期，锚索施工与基坑土方开挖平行流水施工。

图2.2基坑南、北、东侧土方开挖剖面图

3基坑支护施工

3.1总体施工方案

先进行西侧的灌注桩施工，待围护结构设计强度达到要求后，进行土方开挖，锚索施工随土方开挖穿行。

3.2施工准备

（1）清除施工区域内障碍物。

清除基坑北侧和西侧临时堆土，切断施工区域内的临时用水管道，清理场区内建筑垃圾，对施工区域场地进行平整。

（2）测量放线

完成支护桩位及井口缓冲仓工程测量控制网的设置，包括水准基点、控制基线、轴线、监测轴线及沉降观测点等，并经检查复核无误。

（3）场区排水

施工区域内做好临时性排水工作，场地排水沟坡度不小于0.2%，使场地不积水，必要时设置截水沟、排洪沟。

（4）其他

做好临时道路的硬化，机械、材料及施工临时设施的准备，施工临时用水、用电管线的布置等。

3.3围护桩施工要点

（1）围护桩施工前，施工区域土方下挖了3.253 m，减少了对邻近厂房基础的扰动，也保证了桩基施工场地的平整。

（2）测量定位，保证桩位的准确，控制钻孔的速度，保证成孔的垂直和对中。

（3）灌注混凝土时，经常检查吊筋固定情况，防止吊筋上抬。

（4）检查桩顶标高，确保混凝土高度符合要求。

（5）支护桩顶盖梁施工时，调止桩顶钢筋，保证钢筋的锚固长度。盖梁混凝土浇筑后，注意养护。

3.4锚杆施工要点

3.4.1锚杆位置及设计参数

（1）锚杆在土方开挖后开始施工，第一层锚杆分布于灌注桩下6 m部位，第二层锚杆距第一层锚杆间距3.5m，第三层锚杆距第二层锚杆间距4m。锚杆水平间距1.3 m。

（2）锚索孔孔径为120mm，每孔锚索根数设计4根φ13.34的锚索。锚固张拉力为300KN。锚固段灌浆体抗压强度不小于30Mpa。

图3.1锚索布置示意图

3.4.2锚杆施工要点

（1）控制孔的位置和斜度。孔位偏差不大于10cm；孔斜度偏差不大于2%，在钻孔过程中要及检查孔位和斜度，确保成孔质量。

（2）控制钻孔直径和孔深。钻孔直径不得小于设计值，不得大于设计值的3%；钻孔深度应大于锚杆长度0.5m。

（3）将钢绞线及进浆管水平放置在平台上，对不同的进浆管进行分类编号，予以区别。锚索下料长度应大于设计长度的0.7m。

（4）在锚索内安装止浆体，每束锚索要安装隔离架，每隔2m放置1个，保证钢绞线不得交叉，在锚索端头套上导向帽。

（5）锚索安装前，应对每个钻孔进行通风检查，对塌孔、掉块应清理干净或处理，不得欠深，对孔内集水用高压风吹干净。

（6）锚索采用人工方法安装，推送时用力要均匀一致。锚索安装完成后及时进行灌浆，张拉作业要及时进行，以避免钢绞线锈蚀。

（7）采用二次注浆，第一次注浆压力应控制在0.5Mpa左右，第二次高压注浆压力应控制在3-5Mpa左右，且须稳压2-3min之后方可卸压。待一次注浆锚固体强度达到初凝状态5Mpa后，即进行二次劈裂注浆。

（8）锚固段注浆体强度达到设计强度85%后预应力锚索进行张拉。张拉力应按规范要求逐级增大，其最大值为锚束设计荷载的1.05~1.1倍，稳压10~20min后锁定，锁定后的48h内，若锚束应力下降到设计值以下时应进行补偿张拉。

（9）锚索垫板采用I16工字钢，每边宽出锚索500mm。

4土方施工

4.1总体方案

待灌注桩围护墙满足设计强度后，进行土方开挖。第一次开挖深度控制在1.0 m左右，其余土方开挖深度为1.5 m，并考虑锚索的施工部位及中间3.0 m的分层平台。

土方采用机械大开挖，自卸车配合外运土方，土方全部外运，靠近灌注桩部位为防止损坏围护桩，留足土方人工清理。

4.2土方施工要点

（1）开始采用两台挖掘机同时作业，挖至3 m平台后（即开挖深度为自然地坪下12.47 m），由于操作面有限，为保证施工安全决定减少一台挖掘机。运输土方的2台装载机，待载重装载机出基坑后，另一台方可允许进入基坑。

（2）为方便土方外运，在基坑东北部设置一个长45m、宽7m、坡度为16°的施工坡道。

（3）土方开挖过程中，随时用标杆检查边坡坡度及标高，防止边坡坡度误差和地基超挖。

（4）土方施工过程中，及时检查测量基点、基线及高程控制桩情况，标识明显，做好保护，防止被挖土机械碰坏或被土方掩埋。

（5）挖土至设计标高，地基钎探后，尽快会同勘察、设计、甲方、监理等部门验槽，办理验槽手续。

5井口缓冲仓地下结构施工时基坑防护

5.1基坑设置安全围栏

土方开挖至一定深度后，基坑四周及坡道两侧搭设1.2 m高安全围栏，立杆间距为2 m，设两道横杆，横杆间距为0.5m，用密目网封闭并沿围栏设警示灯。

5.2基坑四周设置挡水堰

工程施工正值雨季，为防止施工期间雨水进入基坑，沿基坑四周围栏外侧设置挡水堰，宽1m、高0.5m，场区设排水沟、集水井（配套水泵），并配备足够砂袋，以防雨水过大冲塌挡水土坝能及时堵挡。

5.3基坑防水

（1）基坑排水：基坑东南角及东北角分别砌筑一半永久性集水坑，配备50m扬程水泵。

（2）基坑顶覆盖：为防止雨水冲刷造成基坑土方坍塌，基坑上口做成单坡顶盖，满铺彩条布，彩条布接茬为顺茬，搭接不小于1米，保证不积水。

5.4施工安全要求

（1）基坑周围2米以内不得堆土堆料，5米以内严谨任何车辆行驶。

（2）现场施工要统一指挥，所有车辆必须严格按规定的路线行驶，防止撞车。

（3）夜间要有足够照明，保证警示灯运转正常，并有专人巡查。

（4）经常检查水泵是否运转正常，集水坑、排水沟是否堵塞，确保排水系统能正常运转。

（5）6级以上大风及下雨天气，严禁基坑内作业。

（6）正常基坑内施工时，有专人巡视，严禁外来人员进入施工现场，下班或交班，要对基坑内各个作业场所进行检查，消除安全隐患。

6基坑支护及工程结构施工时基坑监测

6.1基坑支护监测

（1）测点布置

西侧灌注桩顶盖梁上设置3个观测点，作为支护桩位移和沉降观测点，从基坑土方开挖开始每天观测2次，并进行数据分析，观测延续至基坑土方回填结束。

（2）允许偏差

基坑安全施工等级为一级，允许最大位移量为50mm，位移变化速率≤5mm/天，如出现超过上述偏差要求的现象，要及时采取有效措施，阻止位移的进一步发展。

6.2基坑放坡侧土方监测

土方开挖过程及基坑内结构施工期间，派专人监视地面上及3m放坡平台坑侧及坑内土层的变化。

6.3相邻建（构）物监测

在厂房的四个墙角设置观察点，定期进行裂缝和沉降观测，做好观测数据的记录的分析。

7结论

根据缓冲仓工程周围场地空间条件，合理确定基坑开挖、支护方案，保证了安全施工，也节约了施工成本。本工程基坑支护设计采用了灌注桩围护、锚杆拉结、按土质条件分层放坡等形式，保证了土方开挖及缓冲仓工程地面下结构的安全施工。通过对基坑支护和邻近建筑物进行裂缝、沉降情况的观测资料分析，基坑土方开挖及仓体结构施工期间，均无裂缝和异象沉降现象出现，对缓冲仓工程来说，支护方案经济、安全、合理、有效。存在问题是，因分层放坡挖土，影响范围较大，对邻近后续施工的栈桥及暗道工程基础造成扰动，待栈桥及暗道基础施工时再进行扰动土层处理。