复杂环境条件下深基坑施工过程常见问题分析及对策

复杂环境条件下深基坑施工过程常见问题分析及对策

康凯

上海建工七建集团有限公司天津分公司 天津市 300000

摘要：对于复杂环境条件下的基坑，采用单一支护形式已经不能解决实际问题，必须采用多种支护形式联合使用，以保证施工及周边安全。本文以某深基坑工程为例，介绍多种支护形式在复杂环境条件下深基坑设计中的应用。结合不同支护形式的特点，对施工过程中成桩常见问题进行分析，并根据实践工程经验，提出解决方法。

关键词：深基坑设计；支护结构；常见施工问题

随着城市化建设和地下空间开发的不断加速，基坑工程的地上及地下环境愈加复杂，其规模和深度也不断加大，例如开挖范围内遇到多层地下水，工程地质、水文地质条件愈加复杂化，既有建筑物、地下管线、周边道路等环境对基坑的影响也逐渐增大，基坑施工过程中的风险和难度也逐渐增大。对于复杂环境条件下的基坑，采用单一支护形式已经不能解决实际问题，必须采用多种支护形式联合使用，以保证施工及周边安全。在基坑施工中，应加强对容易出现质量通病的环节进行管理，并采取相应的控制措施。

1.工程概况

拟建设项目为一类高层公共建筑，建筑面积6.5万m2，地下建筑面积2.3万m2，地上建筑面积4.2万m2。基坑开挖深度5.8m~16.60m，开挖面积约1.4万m2，东西长约150m，南北长约123m，基坑安全等级为一级，局部地方为二级，基坑使用年限为1年。本基坑项目场地西侧、东侧、南侧都临近既有建筑物、在建建筑物或道路，北侧为绿地，属于复杂环境条件下的基坑开挖。

2.基坑施工中的难点及施工方案

2.1施工中难点分析

基坑开挖范围内涉及到两层地下水，包括潜水和层间潜水，给基坑设计及施工带来较大的影响。基坑施工中应重点注意地下水控制方法的选择。基坑开挖面积较大（约1.4万m2）、平面尺寸复杂、深度较深（16.6m）、周边环境复杂，对选取基坑支护形式及施工过程带来很大难度。

2.2深基坑支护方案

根据建筑物基础形式及埋深、基坑及周围环境的特点，有针对性的选择合适的支护形式，例如在临近既有建筑物地下室的有限土体部位采用双排桩+小间距短锚杆，以控制桩顶变形；在两建筑地下室通道狭长部位，空间较小，不利于锚杆施工，采用钢管内支撑形式；在基坑深度较小、且无法放坡的地段，单排悬臂桩造价较高，采用微型钢管桩+预应力复合土钉墙，既可以减小造价，又能保证基坑安全；对于基坑深度较大、且坡顶可以适当削坡的位置，可以使用土钉墙+桩锚联合支护体系，可有效的控制基坑变形，又能取得很好的经济效益。

2.3成桩方案的选择

本工程支护桩钻孔范围内主要填土、粉质黏土、黏质粉土，局部存在较薄的细砂层（约1.5m），采用长螺旋成桩工艺；由于南侧紧邻既有建筑的土层中存在既有锚杆，该部位采用旋挖钻成桩。锚杆施工采用螺旋钻机和套管跟进钻机，在无地下水的粉质黏土、黏质粉土层中可采用螺旋钻机成孔，有地下水的地层中采用套管跟进钻机成孔。为保证地下水控制效果，桩间设置大直径高压旋喷桩止水帷幕。使用反循环钻机施工疏干井，使用锚杆钻机施工钢管桩。

2.4地下水施工过程控制措施

土方开挖范围内涉及2层地下水，水位标高分别为42.10～43.35m、32.08～33.45，基底位于含水层之下，需采取地下水控制措施。本工程采用“桩间长螺旋高压搅喷桩止水+坑内疏干井+坑外观测井”进行地下水控制。桩间采用长螺旋高压搅喷桩形成止水帷幕控制地下水，搅喷桩桩长18.00m，桩径1200mm，插入基底隔水层4.7m。在基坑坡面渗漏点施作导水管；在坑边开挖宽0.3m，深0.5m的排水盲沟，在盲沟中填3-7mm的砾石；沿坑边每30m设置一个集水井；将集水井内的水抽至地面排水管，排入沉淀池；用于现场施工用水，将多余的水排入市政雨水管道。

3.常见施工问题分析及对策

3.1长螺旋成桩常见问题分析

3.1.1钢筋笼插入困难或插入不到位

长螺旋成桩施工中最常见的问题就是钢筋笼插入困难或插入不到位，导致支护桩配筋长度不足，对基坑造成潜在的失稳风险。造成钢筋笼插入困难或插入不到位的原因很多，包括长螺旋成桩过程中局部塌孔、钢筋笼过长、钢筋笼吊装变形、钢筋笼主筋太密、混凝土和易性差、混凝土灌注后未及时插入钢筋笼、振捣器功率过小、钢筋笼插入过程中出现机械故障等原因。

控制措施：①成桩过程中，在软弱地层、砂层或砂卵石地层压灌混凝土时，应减慢提钻速度，连续压灌，保证混凝土供应充足。②钢筋笼越长，插入难度就越大，越容易出现插入不到位的情况；应适当加深钻孔，在钢筋笼底部预留1 ~ 2m的素混凝土空间，有利于钢筋笼下沉。③加强钢筋笼的加工质量，保证钢筋笼的整体刚度及稳定性，减小钢筋笼变形。④若钢筋笼主筋及箍筋过密，间距太小，会影响混凝土进入钢筋笼，从而造成钢筋笼下沉困难；应对支护桩配筋进行调整，适当增加主筋及箍筋的净间距。⑤可适当增大钢筋笼尖头的长度，有利于钢筋笼插入、下沉。⑥选择和易性较好、超流态混凝土，对于钢筋笼较长时，还可以选取细石混凝土，有利于钢筋笼插入。⑦选择混凝土时，应避免混凝土粗骨料较大、较多。⑧应经常对振捣器进行检查，防止在钢筋笼下沉过程中出现机械故障，导致钢筋笼无法插入设计标高，现场应配置备用的振捣器。

3.1.2桩位及桩身垂直度偏差

支护桩位置及垂直度偏差对桩间旋喷桩的止水效果影响很大，对止水的成败起着决定性的作用。桩位或垂直度偏差过大，导致旋喷桩与支护桩咬合深度不够，或者未能咬合上，造成止水帷幕局部漏水、漏砂等，严重影响基坑支护结构及周边环境的安全。导致桩位及垂直度偏差的原因主要有测量放线误差或错误、地层中坚硬障碍物、钻机对位不准、施工场地软硬不均等。

控制措施：①施工前对设计文件、施工方案及测量数据进行核实，确保测量放线数据的准确性。②桩位测放后，应标识清晰，做好保护。③对场地表层的障碍物进行清除，保证长螺旋顺利成孔。④施工前，应对场地进行平整、夯实，严禁出现软硬不均的情况。

3.1.3钢筋笼下沉

钢筋笼插入后，在桩顶未采取固定钢筋笼的措施，或者采取的措施不当，导致钢筋笼下沉，造成钢筋笼顶标高不满足设计要求。

控制措施：在钢筋笼顶部设置防止钢筋笼下沉的固定措施，混凝土浇筑后12小时方可拆除。

3.1.4有效桩长不足

由于钢筋笼插入不到位，导致支护桩的有效长度不足。若钢筋笼未插入基底以下2.0m，应该在桩后重新补打桩。若钢筋笼插入基底以下2.0m，但未达到设计标高，导致支护桩嵌固端不足，可以在基底增加一道预应力锚杆已弥补支护桩嵌固端不足的缺陷，处理措施详见图1。

图1 有效桩长不足处理措施图

3.2旋挖钻成桩常见问题分析

3.2.1孔壁坍塌

孔壁坍塌是旋挖钻机成桩最常见的问题，影响孔壁坍塌的因素较多，如护筒埋设不合适，护筒底未进入原状土或护筒周围回填土未压实；孔内泥浆液面高度不足；泥浆比重偏小；地面施工机械的震动影响；钻斗上下移动速度过快，导致泥浆快速冲刷孔壁而坍塌；砂卵石地层泥浆渗漏；钢筋笼下放时碰撞孔壁等。

控制措施：①护筒底进入原状土层深度不小于0.5m，并将护筒周围的回填土分层压实。②施工前进行试桩，确定适用于本工程的泥浆比重和粘度等参数。③施工过程中应减小地面机械振动对成桩的影响。④遇到砂卵石地层时，应适度增大泥浆的比重和粘度，保证孔内泥浆不流失。

3.2.2桩孔垂直度偏差

支护桩垂直度偏差直接影响桩间止水效果，主要原因有：钻孔范围内存在较硬的障碍物，钻机未调至水平，钻杆垂直度不够等。

控制措施：①清除地层中障碍物，并回填夯实。②钻机安装后应检查其是否水平。③开钻前，应先检查钻机的水平、钻杆的竖直。④当桩长大于20m，钻机垂直仪的精度必须设置在0~5°

3.3锚杆常见问题分析

3.3.1锚杆预应力损失

锚杆预应力损失是锚杆施工比较常见的问题，预应力损失后，基坑变形会增大，会影响基坑的稳定性。导致锚杆预应力损失的因素较多，土体发生蠕变、震动荷载、钢绞线松弛、冲击荷载等。地面重载车经过时产生的震动对锚杆的影响，土方开挖过程中挖掘机触碰锚杆，作用于钢腰梁上的其他荷载等均会对锚杆预应力带来损失。

控制措施：①选择刚度较大的钢垫板和锚具，选择低松弛性的钢绞线，以减少锚杆预应力损失。②锚杆施工过程中，保证锚杆的孔径、长度、注浆质量、张拉及锁定均满足设计要求。③将锚杆的锚固段设置在力学性质较好的土层中，保证锚固段的最小长度。④作好对锚头的保护，避免外部荷载作用在其上，减少锚杆周边的震动荷载。⑤锚杆设计时应适度增大锚杆的安全系数。⑥锚杆张拉时，应拉至锁定值的1.1倍，进行适当的超张拉，再卸载，然后再重新进行张拉及锁定。⑦施工过程中，根据锚杆轴力监测情况，及时进行二次补偿张拉。

3.3.2锚杆孔渗水

当锚杆施工穿越止水帷幕后，破坏了完整的帷幕结构，导致部分锚杆孔漏水。锚杆张拉锁定后，由于杆体受力，会使自由端注浆体产生裂纹或破坏，造成锚杆孔渗水。

控制措施：①对于地下水较高的部位，施工锚杆时可以预先进行降水，减小锚杆钻孔处的水压力，锚杆成孔后应及时注浆，严格按照设计要的水灰比调配浆液，注浆后还应及时、多次补浆，保证锚杆孔被水泥浆充填密封。②锚杆张拉后，采用水泥浆对锚杆空隙进行二次灌浆封堵，减小锚杆孔漏水。③对于锚杆孔漏水的部位，首先对锚杆孔进行清理，清除多余土，然后插入一根2m长的φ30mm塑料管，再采用C20锚喷对孔口进行封堵，待混凝土达到一定强度后，对塑料管进行压力注浆，对漏水进行封堵，处理措施示意见图2。

图2 锚杆孔漏水处理示意图

3.4旋喷桩止水帷幕常见问题分析

3.4.1桩身垂直度偏差

桩身垂直度对帷幕止水效果起着决定性的作用，也是施工控制的重点环节。主要原因有，地层中存在较硬的障碍物导致钻杆跑偏、钻机未调至水平，钻杆垂直度不够等。

控制措施：①清除地层中障碍物，并回填夯实。②钻机安装后应检查其是否水平。③开钻前，应先检查钻机的水平、钻杆的竖直，钻头对准孔位中心。④施工中，应保证钻机竖直，不倾斜，不移动。

3.4.2漏喷断桩

旋喷桩施工过程中，如施工顺序不当、施工参数不合理、机械故障等原因，影响注浆体的连续性、均匀性和整体性，进而影响止水效果。

控制措施：①采用二重管旋喷注浆法施工时，应先输入压缩空气，后输送水泥浆液，严格按照旋喷桩施工工艺进行。②施工中若遇到见坚硬的土层时，可采取增大喷射压力、提高水泥浆液的水灰比、进行复喷或定喷。③旋喷桩暂停施工时，首先关闭高压空气和高压水，最后关闭水泥浆液。④如遇到流动的地下水时，应采取保证水泥浆不容易被稀释的措施。

4.结束语

在基坑施工过程中必须充分收集、调研周边环境资料，结合拟建建筑物的基础结构形式，读懂设计图纸，严格按照设计方案进行施工。根据基坑的不同部位、不同周围环境，以保护基坑和既有建（构）筑物的使用安全为原则，有针对性的选择合理的变形控制值。同时，在基坑施工中，加强对容易出现质量通病的环节进行管理，并采取相应的保证措施。

参考文献：

[1]张玉成.多种支护型式在超大深基坑工程设计中的组合应用[J].岩土工程学报.2016(36).

[2]DB11/ 489-2016.建筑基坑支护技术规程[S].

[3]JGJ120-2012.建筑基坑支护技术规程[S].

作者简介：康凯（1989年9月）男，满族，大学本科，助理工程师，从事建筑工程技术工作