深基坑支护施工技术与安全管理
关键词：深基坑支护，搅拌桩，锚杆支护
引言：
随着城市人口、工业、建设的迅猛发展，居住和商用的楼层越建越高，地下的交通越建越深，现代工程中，深基坑工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程的近旁，其技术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失。
本工程为双向6车道布置，隧道总长1180m，隧道设计起止里程为K2+305～K3+485,其中包括南段长218m的U形敞口段（K2+305～K2+523）和北段长224m的U形敞口段（K3+261～K3+485）隧道箱型闭口段长度738m（K2+523～K3+261）。
1.隧道支护
1.1支护结构施工
根据本工程基坑开挖深度、工程地质条件和周边地形，设计从安全、经济、合理、可行的角度出发，主要采用了放坡结合土钉、放坡结合锚杆、拉森IV型钢板桩、钻孔灌注排桩、钻孔灌注排桩+钢筋混凝土横撑五种支护方式。本工程基坑共分为A～K区(含隧道泵房段F区)共计11个区域，各支护图如下。
A区、E区、F区、G区、H区、I区和K区使用放坡+土钉的支护形式，坡面喷C20细石砼护面，基坑外围采用双排或单排Φ60@45的水泥搅拌桩止水。本施工区段施工重点是搅拌桩的质量控制，基坑地下水就通过此搅拌桩进行控制，搅拌桩的施工质量好坏是本区段基坑的质量的关键因素。
B区、C区、D区和J区使用钻孔灌注排桩+一道钢筋砼撑的支护形式，基坑依靠钻孔灌注排桩的刚度挡土。由于基坑宽度较大，横撑长度达32.6m,因此对撑中间设置一根钢拉柱。钻孔桩的施工质量固然重要，但横撑由于结构体的长细比很大，因此施工质量影响到基坑的安全，是本区段的施工重点；由于地下工程的不确定性，如何保证钻孔桩的成桩质量仍然是本区段的难点。
1.2钻孔灌注支护桩
本标段基坑支护钻孔灌注桩施工范围为K2+530～K2+623以及K3+205～K3+274，支护桩采用Φ1.0m@1.2m钻孔灌注桩支护，共有428.92m。钻孔灌注桩主要采用回旋钻机成孔，泥浆循环方式为正循环泥浆置换出渣。用膨润土制备优质泥浆保证护壁，防止塌孔。隧道支护排桩采用隔桩施工，施工前需先破除砼路面，并在灌注砼24h后进行邻桩成孔施工。支护桩采用普通硅酸盐水泥，所有桩的钢筋笼全部在现场的钢筋制作场内加工制作，采用小平板车运输，起重机进行吊安，为节省破除桩头砼的时间，在保证桩头质量的情况下，可以在水下砼浇注完成后，立即用人工挖除桩顶以上的浮浆及砼，但最少预留20cm厚的砼待以后凿除。
1.2.1护筒的制作：护筒采用预制钢筋混凝土护筒或钢护筒，护筒内径比桩直径大5～10cm，预制钢筋混凝土或钢护筒委托专业厂家生产。护筒加工标准为垂直度不超过0.5%，椭圆度在3cm以内。
1.2.2护筒的埋设：凿除砼路面及渠箱，并回填压实粘性土后，测量人员将侧放桩孔位置，再用吊机将准备好的护筒吊入开挖好的基坑内，并回填务实护筒周边土。钢护筒可考虑用挖掘机将护筒压入土中。护筒埋设特别注意位置的准确及垂直度。
1.2.3桩基成孔施工
（1）泥浆处理设备及循环处理工艺，泥浆是钻孔桩施工的重要材料，只有合适的泥浆才能保证泥浆护壁成孔和悬浮钻渣。在施工过程中，经常检查泥浆的各项指标。
泥浆池采用砖砌池壁或钢箱泥浆池，每台桩机设置1个小泥浆池，用于钻孔过程中的泥浆沉淀循环，另外在施工场地的适当位置设置大泥浆池，小泥浆池内的多余泥浆可统一存放在大泥浆池内，大泥浆池内的采用三级沉淀挖出晾晒后安排车辆及时清运掉。
本工程地质一般为素填土、淤泥质亚粘土、粉细砂、亚粘土等，可以自然造浆，但开孔前需使用优质粘土或膨润土用造浆机进行人工造浆，现在放置几个约100m3大型泥浆储备设施储存泥浆，造浆时可加纤维素以利软土层及砂层护壁。泥浆循环采用22KW泥浆泵，泥浆在循环时经过沉淀池、净化池最后才能回到钻孔使用，使孔内泥浆始终稳定地护壁和悬渣。泥浆性能指标见下表：
泥浆配比 净泥浆性能
水：膨润土；水：粘土 比重（r） 粘度
（pa.s） 静切力（pa） 胶体率 含砂率 PH值
100：350；100：150 1.15～1.4 18～28 1.2～3.5 ≥96% 4%～8% 8～10
泥浆在循环过程中设置流动沟道，沟渠经过沉淀池、净化池，中间设隔栅进行钻渣隔离。成孔过程采用各种措施来加大泵压以保证清渣悬浮，可以采用双泵量进行清孔循环处理。
笔者最近接触了一例由于壁板裂缝而产生渗漏水问题的某地下水池工程，虽然其产生裂缝的原因还不完全清楚，但从施工单位的混凝土配合比中不难发现，其水泥用量明显偏高，不能说与壁板产生裂缝没有关系。
（2）正回旋钻成孔施工：①桩机就位施钻时，使钻头中心与设计中心重合，固定桩机。②根据钻进过程中实际土层情况控制进尺快慢和泥浆性能指标在粘土和软土中，宜采用中等转速稀泥浆钻进，在粉砂土、粗砂、粉砂岩、泥岩风化岩中采用低转慢速大泵量，稠泥浆钻进。排渣采用循环泥浆排渣工艺，过程如下：粘土→拌浆机→泥浆沿钻杆中心泵入孔底→含砂泥浆在孔内上升从护筒流槽处流出→沉淀池→净化处理→净化泥浆进空。③如发现有失水现象，护筒内水位缓慢下降，采用补水投粘土。钻进时要经常钻杆的垂直度情况，检查钻头的磨损情况，预防发生斜孔等事故。④钻进成孔过程中，随时注意，保持孔位正确，并经常捞取钻渣，观察土层的变化，在岩、土层变化处均捞取渣样，判明土层，若发现泥浆的稠度减少较多，立即加入粘土确保泥浆的正常稠度，防止发生塌孔。⑤钻孔的允许误差：(a)单桩位轴线方向偏差均不超过5cm；（b）桩径容许许差+10cm,-5cm；（c）垂直度允许偏差不大于0.5%；（d）沉渣厚度不大于15cm。
1.2.4钢筋骨架的制作和安装
（1）钢筋骨架的制作先抽出加劲筋的规格、数量进行流水生产，整个笼的制作要在平台上严格按设计要求和施工规范进行，施工时制统一制成全长的钢笼或按要求分节制作。钢筋笼做好后安排好场地堆放。耳筋的制作要按图进行，注意存放、吊装时不要损坏。抗浮牛腿预埋钢筋及钢筋驳器的位置偏差不宜大于50mm。
（2）钢筋骨架吊装时用两点起吊，吊放钢筋笼入桩孔时要居中慢放，严禁碰撞孔壁，要注意垂直度的检查。同时，钢笼焊牢在钢护筒上，防止浮笼。吊装时应注意复合机械吊臂与吊重的匹配，钢笼不能顺利下落时应反复试探下落，不能硬冲硬撞。吊放钢筋笼时需要保抗浮牛腿钢筋接驳器方向正确。对有监测要求的围护桩应确保监测设备在钢筋吊放前已安装到位。
2.锚杆支护
2.1锚杆施工：根据设计资料，测量人员将锚杆孔位钻孔方向确定后，就开始在孔位清理坡面，立模现浇锚墩，锚墩紧贴坡体，它把锚具的集中荷载传递到坡面，并起调坡面受力方向的作用，锚墩用钢筋砼加早强剂现浇而成，锚墩中部应按设计钻孔倾角预埋塑料管形成孔道，锚墩砼养生需要一段时间，因此应先施工。
2.2钻孔：采用锚杆钻机，根据现场地形或修筑之字形便道或搭设双立柱式脚手架用于钻机行走及安放，钻孔深度超出锚索设计长度0.5米，以防岩土屑沉落孔底而使孔深不够，根据钻进情况和吹出的岩粉作好详细的施工记录，主要内容包括：岩性、岩体完整性，地下水、裂隙、岩粉颜色、颗粒大小、数量、孔深、事故情况等。钻进中应经常进行高压风吹孔，堆积层（孔深6米以内）可采用填充粘性土进行护壁，土夹石地层，可上下来回扫孔，防止掉快堵孔。钻孔结束，拔出钻杆钻头，用一根聚乙烯管复核孔深，并用高压风清孔，然后拔出聚乙烯管，用水泥纸塞好孔口。
2.3特殊情况的处理：
2.3.1坍孔：钻孔遇强风化岩层或岩体碎带时，常发生坍孔，坍孔的标志是孔中吹出黄色岩粉夹杂原状，非钻头击碎的、非新鲜的、无光泽的石块，这时应立即停钻，拔出钻具，压浆固壁。注浆前用清水和高压风将孔内泥浆洗出，注浆压力取0.4MPa～0.8MPa，浆液为水泥玻璃双液注浆，24小时后重钻。
2.3.2锚杆的制作与安放：
锚杆可以在现场制作也可以在外地预制后运来。首先根据计算长度下料，锚杆的下料长度应为锚杆设计长度，锚杆高度、锚具厚度的总和。用砂轮切割机截断，然后平顺放在作业台架上，最后在锚杆端头套上导向帽，制作完毕后按孔号编号挂标签存放。
孔内再用高压风清孔一次，然后放入锚杆，锚杆外套上定位片使锚杆居中，应防止锚杆扭压、弯曲、注浆管应随锚索一同入孔，注浆管头部距孔底5～10厘米，锚杆定位止浆环到达孔口时，停止推送，再检查一遍，排气管是否畅通。
2.3.3质量要点控制：
①锚杆孔位放线，各方允许误差±1厘米。②脚手架上安装钻机专用钢管，摆放钻机，用方向架放出锚索方位角，测角仪调整倾角，误差不超过：倾角±0.5度，方位角±1°。③锚杆孔径误差±2mm。④高压风洗孔应干净彻底，孔中不得残留岩粉和水，锚杆制作要确保始终排列均匀、平直，不扭不叉锈、油污要除净，对有死弯、机械损伤及锈坑者应剔除。锚杆安放要保证锚杆孔壁有不少于1厘米的注浆厚度。⑤砂浆须严格控制加水量和水灰比，灰砂比允许误差为±0.03。⑥锚墩制作允许偏差各方向均为±3厘米，先安放好孔口定位钢管，以保证锚墩与锚孔垂直。⑦自由段注浆必须待浆液溢出孔口稳定1～2min后，方可停止注浆，24小时后还需补浆，以确保注浆饱满。
3、施工安全及环保措施
3、1施工前进行安全技术交底，施工中明确分工，统一指挥。各种机械机具机况良好，勤维修、勤保养。机械、电器设备专人操作，边坡加固工程钻孔通常在脚手架上作业，为确保脚架绝对安全稳定，采用双排方式，间距1.2～1.3米，重力集中处增设剪刀撑，并设置短锚桩，将脚手架锚固在岩壁上，扣件专人复核拧紧。高空作业设安全防护设施。风动钻机管路连接应牢靠，避免脱开出伤人。注浆管路畅通，不得堵塞，避免浆液喷甩出伤人。
钻孔孔口须设置粉尘收集器，使岩粉不致随风飘散，污染大气。严格按照国家环境保护有关规定施工。
3、2基坑检测监测应注意的问题
3.2.1基坑监测项目：包括基坑边坡土体顶部水平位移和支护结构侧移、监测范围内建（构）筑物的沉降和倾斜、地下管线变形、锚杆或土钉锚固力、支撑及立柱变形，其中基坑边坡水平位移、侧斜、沉降监测为必做项目，其它监测项目视基坑侧壁安全等级选做。
3.2.2测点布置：各监测项目的基准点必须布置在基坑工程影响范围以外的稳固的基础上，距离基坑边不得小于3~5倍基坑开挖深度。
3.2.3监测数据分析和反馈：监测单位对各项目数据应进行分析，包括总量和增量变化，对可能的变化趋势进行预测并作出警示。监测成果资料应及时反馈，对于异常情况首先口头通知后立即以书面报告形式通知并签字确认。
结语
基坑工程的设计和施工技术日益进步，不断涌现了多种符合我国国情的实用的基坑支护方法，而且使得基坑工程的设计理论、计算方法得到不断改进，施工工艺取得长足的进步。可以预料基坑开挖与支护技术的各个方面，均将继续得到全面而深入的应用和推广，今后深基坑设计施工技术将可能会有如下发展：
1.根据基坑施工发展需要及我国综合经济水平的提高将继续充实深基坑开挖、支护的施工队伍素质及装备引进国外新技术增加技术手段。
2.大力促进与推广动态设计和信息化施工技术，始之在开挖支护工程设计中成为设计指导思想的基调，用在变更改革岩土工程的总体设计构思。
3.根据城市不断的发展，深基坑开挖与支护问题会有更大更新的挑战，需要我们设计与施工更深入研究与紧密的配合。