深基坑支护技术在复杂环境条件下的应用

摘要：融科资讯中心D座写字楼属深大基坑支护工程。因其周边环境条件极其复杂，采用了桩锚、土钉+双排桩锚的支护方案。介绍了地下水控制技术，不同地段的支护设计方案以及施工中遇到的问题和采取的措施。结果表明，各侧边坡位移均满足设计要求，地下水位也得到有效地控制。

关键词：深基坑；复杂环境；双排桩；桩锚

0前言

基坑支护是临时工程,它为地下施工创造一个安全的施工环境。基坑支护型式的选择主要受地质条件、基坑深度、地下水、基坑周边条件等的制约。随着城市化进程的推进,城市用地日益紧张,地下空间被越来越充分有效地利用起来。随着建筑密度的加大,基坑支护边界条件也变得越来越复杂。如何在复杂周边条件下进行基坑支护设计与施工已经成为岩土工程方面的一个重要课题。

1工程概况

融科资讯中心D座写字楼位于北京市海淀区中关村东区。工程用地面积

6000m2，建筑面积41187m2，建筑物地上15层（高度68m），地下3层，基础埋深约15.0～16.0m，结构形式为剪刀墙结构，基础形式为筏板基础，属深大基坑工程。该工程周边环境条件极其复杂，如图1所示。基坑北侧开挖线距联想路约8.0m。 西侧距科学院南路约13.4m。南侧距红线围墙最近仅2.4m，距951#住宅楼（地上6层，基础埋深2.0m）约8.0m。西侧距C座（地上17层，地下2层，基础埋深11.40～14.0m）地下结构约6.7m，之间有弱电管线（埋深约1.5米，3+3并排钢管位于消防通道中线偏西位置，从南到北贯通），还将铺设雨水和热力管线。

2地质条件

2.1工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，本场地主要土层有人工堆积层和第四系冲洪积层，从上到下依次为:①人工填土松散 稍湿～湿 夹①1杂填土和①2素填土层，厚1.80～5.60m开挖后自立性差；②粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土：黄褐色～褐黄色，湿～很湿，软塑～可塑，土质不均匀。夹②1粉质粘土和②2砂质粉土、粘质粉土层，厚2.80m～3.6m；③ 粉质粘土 褐黄色浅灰色，湿～很湿，软塑～可塑，中高压缩性～高压缩性土。局部土质接近重粉质粘土，厚1.50m～7.30m；④粉质粘土、粘质粉土黄褐色～褐黄色，湿～很湿，可塑，局部软塑，夹④1粉质粘土④2粘质粉砂、砂质粉土及④3粉细砂土层，砂质粉土及细砂以薄层及透镜体形式分布在地层中，厚1.50m～6.40m ；⑤粉质粘土、重粉质粘土、粘质粉土黄褐色～灰色，湿～很湿，可塑～硬塑 土质不均匀，夹 ⑤1粉质粘土～重粉质粘土、⑤2粘质粉土和⑤3粉细砂，厚3.00m～5.8m ；⑥粘土、重粉质粘土、砂质粉土 褐黄色～棕黄色，湿～很湿，可塑～硬塑 该层以粘土、重粉质粘土为主，砂质粉土呈透镜体状分布在底层中，厚2.00m～6.20m；⑦细中砂：褐黄色，湿～饱和，中密～密实，局部夹粉质粘土，厚1.50m～3.00m；⑧卵石：杂色，饱和，密实，呈圆形及亚圆形，一般粒径为2～5cm，最大粒径为8～10cm，厚2.00m～6.80m；⑨粉质粘土、重粉质粘土、细砂：褐黄色，湿～很湿，可塑～硬塑，夹⑨1重粉质粘土、⑨2细砂及⑨3粉质粘土，厚1.50m～4.00m；⑩卵石：杂色，饱和，密实呈亚圆形，一般粒径3～5cm，最大粒径不小于8cm，本次勘察未揭穿该层。

2.2水文地质条件

根据工程勘察报告，本场区测得2层地下水:①潜水：稳定水位埋深为8.70m，标高为42.91m。主要赋存于④2粘质粉土～砂质粉土及④3粉细砂中。②层间水：稳定水位埋深为21.60m～21.80m，标高为30.01m～3031m。主要赋存于⑦细中砂层及⑧卵石层中。

3地下水的控制

岩土勘察报告认为在基坑开挖深度范围内几乎无地下水。场区的潜水因附近场地施工已基本被疏干，仅局部存在，水量微小；第二层层间水对基坑开挖和地下结构施工无影响。基坑支护3区（如图1所示）22.0m长护坡桩人工挖至孔底时如受到层间水影响将采取有效的护壁和抽排措施，可下入潜水泵抽水。在基坑开挖过程中，局部桩间土如有地下水渗出，应在渗水部位设置导水花管，将水体导出；导水花管埋入深度不小于300mm。同时留置排水沟，在坑边砌筑挡水墙，防止降雨大量流入基坑。

4支护设计

4.1基坑北坡1区和西坡2区护坡设计

基坑北侧和西侧与红线围墙及市政道路相邻边坡分别为支护1区和支护2区，结构距联想路约8.0m、科学院南路约13.4m。由于场地狭小，并且为了方便后续外线铺设需要，采用桩锚支护结构，2区桩锚结构上部设置240砖的挡土墙，开挖深度分别为14.4m和15.6m，采用800@1600灌注桩围护结构，桩身采用C25混凝土，桩长为18m，桩间距1.6m，嵌固深度4.0m， 10Φ25通长配筋，护坡桩采用长螺旋后插笼成桩工艺。桩顶连梁截面尺寸900mm×500mm，采用配筋10Φ18，C25混凝土。设置2道一桩一锚的预应力锚杆，开孔标高分别为-5.40m和-11.40m，锚杆倾角13°～17°，直径150mm，分别采用3～7ф5和4～7ф5的钢绞线，1区2道锚杆的设计轴力分别为350kN和450kN，锁定荷载分别为250kN和350kN。2区2道锚杆的设计轴力分别为400kN和550kN，锁定荷载分别为300kN和400kN。其他参数如图2和图3所示。

4.2基坑南坡3区护坡设计

基坑南侧与红线围墙、自行车棚及951#住宅楼相邻边坡为支护3区，本工程地下结构外皮南侧距红线围墙最近仅2.4m，距951#住宅楼约8.0m。为保证安全，采用桩锚支护结构，开挖深度为15.6m，采用800@1600灌注桩围护结构，桩身采用C25混凝土，桩长为20m，桩间距1.6m，嵌固深度4.4m， 15Φ25通长配筋，桩顶标高为-0.4m。因为距951#住宅楼太近，为减少扰民因素采用人工挖孔桩工艺。灌梁设计同1、2区。设置3道一桩一锚的预应力锚杆，开孔标高分别为-4.40m、-8.40m和-12.40m，锚杆倾角13°～17°，直径150mm，锚杆的设计轴力分别为450kN、600kN和450kN，锁定荷载分别为350kN、400kN和350kN。其他参数如图4所示。

4.3基坑东坡4a区和4b区护坡设计

基坑东侧与C座相邻边坡为支护4区，根据C座基础埋深不同分为4a区（对应C座基础埋深11.4m)和4b区（对应C座基础埋深14.0m)；由于之间有电信、有线弱电管道，还将铺设雨水和热力管道，不具备卸载条件，为确保安全采用双排桩支护结构，上部边坡土体采用土钉墙进行加固，下部根据条件施工1道一桩一锚的预应力锚杆，边坡垂直高度15.60～16.00m。土钉分别为5排和7排，因施工会遇到C座基坑土钉墙土钉长度为2.0～4.0m，土钉成孔直径φ100 mm，垂直间距1.50m，水平间距1.60m，锚筋为Φ18钢筋。采用800@1600灌注桩围护结构，桩身采用C25混凝土，桩长为22m，桩间距1.6m，嵌固深度分别为5.4m和6.0m， 配筋分别为13Φ25和15Φ25均匀布置，桩顶标高为-0.4m。因护坡桩施工会遇到C座原基坑土钉墙，无法采用钻机打桩，也采用人工挖孔桩工艺。双排桩之间通过连梁连接，连梁规格为900×500mm，连梁与双排桩的冠梁形成H型。锚杆的开孔标高分别为-10.40m和-12.90m，锚杆倾角25°，直径150mm，采用4-7ф5的钢绞线，设计轴力400kN，锁定荷载为300kN。其他参数如图5和图6所示

4.4基坑东南侧5区护坡设计

基坑东南侧新建D座与C座通道外侧边坡为支护5区，因与红线围墙及951#住宅楼相邻，下结构外皮西侧距C座地下结构约6.7m，之间有弱电管线，还将铺设雨水和热力管线。因此为保证安全采用桩锚支护结构，采用800@1600灌注桩围护结构，桩身采用C25混凝土，桩长为16.50m，桩间距1.6m，嵌固深度4.3m ，13Φ25通长配筋，桩顶标高为-0.4m。因距951#住宅楼太近，为减少扰民因素采用人工挖孔桩工艺。桩顶连梁截面尺寸900mm×500mm，采用配筋10Φ18，C25混凝土。地面下5.40m处设置1道一桩一锚的预应力锚杆，倾角13°～17°，直径150mm，采用4-7ф5的钢绞线，设计轴力为550kN，锁定荷载为400kN。其他参数如图7所示。

4.5 坡面设计

土钉墙面层喷射100mm厚的C20细石混凝土，混凝土经验配合比为水泥：砂子：石屑=1：2：2，混凝土坍落度为40～60mm。土钉墙面层编φ6.5＠250mm×250mm钢筋网，钢筋网外每道土钉设1Φ14横向压筋，土钉锚头弯钩与横压筋搭接焊连接；另设Φ14纵向压筋。因遇C座基坑土钉墙土钉长度为2.0～4.0m，土钉成孔直径φ100 mm，垂直间距1.50m，水平间距1.60m，锚筋为Φ18钢筋。

桩间土采用挂钢板喷射混凝土护壁处理，钢板网规格为40mm×60mm（孔眼规格），用Φ14@1000"T"字插筋和Φ6.5"U"型卡固定；钢板网外设Φ14@1000横压筋和1Φ14纵压筋，横压筋通过在护坡桩中的小孔固定在一起；面层喷射60mm厚的C20细石混凝土，混凝土经验配合比为水泥：砂子：石屑=1：2：2，混凝土坍落度为40～60mm。

5施工中遇到的问题

5.1基坑东侧地面水下渗对支护边坡的影响及处理方案

（1）概况：基坑东侧挖至设计槽底,但在2个月后边坡位移突然增大,最大位移达50mm，变形速率最大达4mm/d。发现该部位地面绿化带频繁浇灌致使地面水下渗，同时下设的一道锚杆承载力没有达到设计要求，造成边坡水平位移增大。

（2）处理措施：

①停止对绿化带的频繁浇灌；防止地面水再下渗继续破坏地下土体，造成边坡坍塌等严重后果。

②人工设置引水管,将地下水引到基坑内；引水管长度5～6m，孔径130mm，引水孔间距2～3m；引水孔采用人工成孔，引水孔向上倾斜5°～10°，孔内置入 50塑料滤水管，管外包纱网并填入滤料。

③为保证锚杆达到设计轴力，在施工中采取调整锚杆角度、压水泥浆成孔、调整水灰比和二次注浆等技术措施以提高锚杆轴力。

④由于双排护坡桩有较大的侧向刚度,可以有效地限制支护结构的侧向变形，并且可以随下端支承情况的变化自动调整其上下端的弯矩,同时可以自动调整结构各部分内力,以适应复杂多变的载荷作用位置。由于本侧基坑采用加锚杆的双排桩支护结构，这种支护形式可以更有效的控制侧向变形，因此可以利用双排桩此特性控制侧向位移。

（3）处理效果

该方案具有施工方便，工期短，造价低等优点，实施后险情得到处理，施工顺利进行。处理后边坡的水平位移变形速率也稳定在最大±0.3mm/d，水平位移的最大值小于允许的最大值。

5.2人工挖孔桩施工中遇水及淤泥

①遇淤泥质土层

施工过程中遇到厚度不等的淤泥质土,给施工带来很多不便。采取的措施是用木方、木板模板等支挡,缩短这一段的开挖深度，并及时浇筑混凝土护壁，支挡的木方模板沿周边打入底部不少于0.2 m深，上部嵌入上段已浇好的混凝土护壁后面，斜向放置，双排布置互相反向交叉，达到了很好的支挡效果，保证了施工的顺利进行。

②遇地下水

地下水给人工挖孔桩施工带来许多困难。在开挖时破坏其含水层中水的平衡状态，周围的静态水充进桩孔内，从而影响人工挖孔桩的正常施工。由于本工程所处地层的地下水量不大，因此采取的措施是选用潜水泵抽水，边抽水边开挖，成孔后及时浇筑相应的混凝土护壁，然后继续下一段的施工。

5.3锚杆承载力达不到设计要求

锚杆采用普通锚杆钻机施工，螺旋钻成孔。在实际施工过程中，发现部分锚杆在施工过程中二次注浆时孔口返浆严重，致使锚杆达不到设计要求，通过认真分析，认为造成锚杆承载力不足的原因主要因素如下表所示。经处理后对锚杆进行验收试验均符合设计要求。

表1 锚杆承载力不足的原因及处理措施

6结语

（1）双排桩由于其整体刚度大不但能使桩顶的位移明显减少，而且使桩的最大内力也大幅度下降，并形成交变内力，自动调整结构本身的内力，适应外部多变荷载条件。同时，由于没有内支撑，提供了更大的工作面，后续施工也更方便，建设速度快，投资省。因此，在对深基坑挡土支护结构的位移有限制的条件下，对于一般粘性土地区来说，双排支护桩是一种很有价值的支护结构类型。

（2）水是基坑边坡失稳的重要隐患，它既能降低土体的抗剪强度，又会产生水压力。在基坑开挖过程中，对土层滞水、砂土中的微承压水、裂隙水、承压水、管道漏水、地面排水、雨水等处理不当，都会给边坡支护和周围建筑、管线带来危害。因此，不仅应科学选择地下水的处理方式更要注意基坑边界和周围地面的降排水措施，避免漏水、渗水进入坑内造成边坡失稳或因为边坡含水量过大引起滑坡。

（3）如何选取一种在经济技术上都合理的支护类型，必须充分考虑现场环境、工程地质条件以及工程要求。本工程综合考虑上述因素，根据周边条件不同，分别采用了桩锚、土钉+双排桩锚的支护方案，实践证明是成功的，而且也取得了较好的经济效益。

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