地下車庫軟土基坑支護開挖方案設計與應用分析

高山 宋東旭

中國水利水電第十一工程局有限公司 河南 鄭州 450000

引言

以粉土、粉質黏土為主的軟土地基呈現(xiàn)出承載力差、抗剪力差、易滑坡等特點，在地下車庫基坑施工中，這種地質條件對施工安全管理、開挖方案、支護方案產生了深遠的影響，施工單位在作業(yè)之前應該通過地質勘察、專家論證等方式制定出科學的開挖和支護技術方案，提出可靠的施工方法。

1 工程簡介

本工程為鄭州市賈魯河綜合治理生態(tài)綠化工程地下車庫，地上建筑面積為124.26m2，地下為7082.30m2。地下車庫位于賈魯河兩岸綠帶范圍內，屬于黃河沖積平原，地形平坦。根據(jù)勘探結果發(fā)現(xiàn)，地下水位孔隙潛水，埋藏深度僅僅為4.6～5.1m，于此可見，該項目的地下水水位較淺，對土壤、混凝土結構以及鋼筋可產生一定的腐蝕性作用。場地地基土層較為復雜，主要包括了粉土、粉土夾雜粉質黏土、細砂、素填土等。這些土壤類型的承載力差、可塑性差，屬于軟土地質的范疇，對車庫施工產生了嚴重的干擾，需對其實施有效地處理。

2 軟土地質對基坑施工的影響

從項目基坑開挖的深度來看，雖然不屬于深基坑的范圍，但是依然存在較大的安全風險，等級定位為二級重大危險源。鑒于此，需要對基坑開展嚴格的支護施工，并且邀請工程技術專家對具體的支護技術方案加以指導。至于項目具體應該采用哪一種支護技術，主要由開挖深度以及工程地質條件來決定。該項目中的土壤以粉土、粉質黏土為主。粉土可塑性極差，在外力的作用下容易發(fā)生滑移，在這種地質條件下開挖深度超過6m的基坑時，必然存在一定的滑坡或者坍塌風險。并且整個基坑邊坡都存在滑坡的風險，這是由粉土的特點所決定了，因而在支護時要對邊坡的面層實施整體加固。另外，粉土的承載力極差，開挖基坑之后導致其側向缺乏土壓力，如果基坑上部平面的邊緣部位受到載荷作用力，也容易造成垮塌，這種地質條件對安全管理提出了很高的要求[1]。

3 軟土基坑開挖和支護設計方案

3.1 基坑開挖施工方案

開挖基本要求。在全面開挖之前要事先制定好降水措施、確定需支護的基坑范圍以及具體的支護技術方案，創(chuàng)造良好的安全施工條件[2]。結合本項目的實際情況，基坑底部的總面積達到10010m2，開挖深度達到了6.1m，根據(jù)開挖區(qū)域的地質勘察結果，場內不會產生地下水，因而無須采用降水措施。但基坑需采用土墻頂支護技術來處理，邊坡按照1∶075來控制，支護區(qū)域的面積達到了3500m2。

測量放樣?；娱_挖對邊線、高程、坡腳線、坡度等提出了嚴格的控制要求，這些指標關系到施工范圍、基坑本身的結構穩(wěn)定性，因而在作業(yè)之前需通過測量放線來確定這些關鍵參數(shù)的具體范圍，采用白灰在作業(yè)范圍內完成放線[3]。根據(jù)圖紙設計要求，在平整完場地的基礎上開展放線作業(yè)，即使進入開挖階段，技術人員依然要對邊坡坡腳位置、坡度以及高程等實施復核，

基坑開挖。由于該項目中基坑的深度達到了6.1m，受到安全和機械設備的限制，一次性難以開挖到位，因而采用分層開挖的技術方案，每一層的開挖深度控制在2.0m之內。雖然每一層開挖深度只有2.0m，但是依然存在滑坡、坍塌之類的安全風險，因此，每一層基坑開挖完成后要通過噴射細石混凝土或者設置土釘墻的方法以及穩(wěn)固?；娱_挖過程中要對其邊坡實施精確地控制，采用專業(yè)化的儀器涉筆來測量邊坡的坡度和高程，堅決避免超挖。在邊坡上噴射混凝土之后，待其凝固強度達到設計強度的75%之后，才能繼續(xù)推進下層基坑的開挖施工。另外，基坑開挖施工到后期之后，要采用合理的方式完成基面清理，以倒推的方式為主，這是為了避免對已經成型的基面造成破壞[4]。

保護層清理和基礎面驗收。基坑的絕大部分范圍以機械方式開挖，但是在接近基坑底部時要預留出大約20cm的土層，改為人工方式開挖，這樣做的目的是防止機械振動對其底部原狀土產生擾動?；厍謇硪还卜譃閮蓚€步驟，第一次先處理掉上部10cm的土層，并且在施工過程中按照間隔10m釘上小木樁，再由人工挖除基底余土，這樣做是為了精確開挖深度，避免超挖。在木樁上拉線作為標高控制線。

3.2 基坑支護的施工技術方案

確定主要的支護技術?；又ёo的技術路線具有多樣化的特點，在確定支護方案時要綜合考慮安全性、可靠性、施工成本、施工效率等多個方面的因素。該項目在施工時根據(jù)坡度、開挖深度等因素，確定采用1∶0.75放坡以及噴錨禿頂支護。另外，基坑頂部基礎面層在受到載荷作用時容易向基坑內部垮塌，為了杜絕這種風險，要求坡頂2m范圍內不得堆放任何載荷，并且嚴禁任何車輛通過[5]。

噴錨土墻釘加固原理。土墻頂實際上是由金屬材料（大多為鋼筋）制作而成的加筋設施，將其打入到基坑的邊坡中，并在基坑邊坡上鋪設一層鋼筋網，然后在其表面噴射一層細石混凝土材料?；炷梁弯摻?、土墻頂凝固在一起，通過植入土體的鋼筋形成拉力，防止土體滑坡和垮塌，混凝土面層也起到了加固坡體的作用。項目中使用的土墻釘為Ⅱ級螺紋鋼，其公稱直徑達到了18mm，規(guī)格為HRB400（熱軋帶肋鋼筋），根據(jù)加固面的特點，將土墻釘?shù)男辛虚g距均確定為1.5m。土墻釘在施工時將孔徑設計為110mm，與水平面的夾角為10°，具體坡度也會受到邊坡坡度的影響。

土釘支護面層。土墻釘植入土體的過程中要在土體中形成孔徑，這樣會導致鉆孔部位周圍產生土體變形，土釘?shù)闹ёo作用會因此而受到一定程度的削弱，為了消除這種不利因素，工程實踐中主要采用設置支護面層的技術方案，面層以混凝土為主，凝固之后可形成較為堅固的保護層，可防止土體變形，增加土體對土釘?shù)奈粘至?。該項目中面層采用C20砼來噴射，并且在邊坡上要設置一層Φ6.5@250×250的鋼筋網。

注漿。土墻釘設置在孔隙中，本項目中土墻釘?shù)墓Q直徑為18mm，而孔徑的內徑為110mm，因此，在土釘施工中還要在孔徑中注漿，使用凝固后強度較大的水泥砂漿，凝固之后的水泥砂漿將孔徑填滿，使土墻釘和土壤層緊密地結合在一起，形成良好的加固作用。注漿時注意控制操作壓力，一般將注漿壓力控制在0.3到0.5MPa之間，注漿可從孔口向內，也可從孔底向外注入，具體要根據(jù)孔徑來確定。

土墻釘施工要點。①土墻釘施工和基坑開挖應該同步實施，每一步開挖完成后要立即組織支護施工，防止后期開挖作業(yè)對已經形成的基坑產生過大的擾動作用，因此，施工方法是開挖一段、支護一段。另外，在開挖時要嚴格落實分層施工的技術要求，每層不得超過2.0m。②如果在開挖的過程中發(fā)現(xiàn)基坑的土質發(fā)生了不確定的異?，F(xiàn)象，應該及時停止開挖和支護作業(yè)，向監(jiān)理單位、施工企業(yè)的技術部門報告相關情況，堅決不可冒險作業(yè)。③土墻釘制作方法。土墻釘以螺紋鋼制作而成，其長度、直徑要保持一致，每間隔3.0m焊接一個對中支架，焊接方式為搭接焊，單面焊10d，雙面焊為5d。④鉆孔。安裝土墻釘之前要采用機械方式成孔，有些情況下機械方式鉆孔具有一定的難度，此時可利用人工方式完成后續(xù)的成孔施工，孔徑控制在110mm。在鉆孔的過程中要有可能遭遇巖石障礙物，如果不能順利鉆孔，可適當調整鉆孔角度。⑤掛網。掛設鋼筋網的作用是為土墻釘提供著力點，通過在鋼筋網上噴神細石混凝土的方法形成堅硬的加固面，土墻釘可對加固面產生作用力，二者相互作用，防止基坑的邊坡滑塌。鋼筋網片為HPB300 ，Φ6.5@250×250，網格允許偏差控制在±30mm，鋼筋網片在鋪設時要通過搭接方式來連接，為了保證搭接面的穩(wěn)定性，將其搭接長度控制在300mm以上，通過綁扎和焊接的方式實現(xiàn)搭接。⑥加強筋的處理。土墻釘是螺紋鋼筋，土墻釘和鋼筋網之間要焊接在一起，這是為了保證二者之間的牢固性，此時可用加強筋來強化這種連接效果，加強筋可使用HRB400 Φ14；⑦噴射砼。這一操作的前提是鋼筋網片和土墻釘之間完成焊接施工，并且要在焊接完成后立即開展噴砼操作。由于噴射時具有一定的壓力，噴槍口距離坡面不可太近，否則過大的壓力會沖擊破壞土層表面。因此，在作業(yè)時將噴槍的距離控制在1.5到2m的范圍內。由于細石混凝土采用噴射的方式來作業(yè)，因而對砼的流動性提出了較高的要求，在配置材料的過程中要控制好水灰比。⑧土墻釘質量檢驗。土墻釘在施工時要確保其抗拉性能，因而在施工之后要采用抗拉試驗檢測其承載力，由于土釘數(shù)量較多，難以對其一一開展試驗，可通過抽樣的方式來完成土墻釘性能測試，試驗數(shù)量要達到3根以上，并且參與試驗的土墻釘要達到總數(shù)量的1%以上。在墻面上噴射混凝土之后要檢查噴射厚度，如果厚度不足，其加固效果不能滿足設計要求。在混凝土面層上實施鉆孔，然后檢測其厚度，單位面積內的鉆孔數(shù)量保持一致，根據(jù)面層特點合理選擇鉆孔點位[6]。

圖1 基坑邊坡支護示意圖

3.3 安全保障措施

第一，設置硬圍護。由于基坑深度達到了6m以上，如果人員或者車輛從邊坡處跌落，難免會產生嚴重人身傷亡事故，因此，項目施工過程中必須在基坑外圍設置硬圍護。該項目在施工時設置了高度為2.5m的封閉式圍擋，并且間隔3m設置一道立桿和斜桿，作為圍擋支撐。圍擋設置在基坑的最外側，在其內側還需設置一道高度為1.2m的防護欄，采用鋼管搭建而成。

第二，載荷控制?？紤]到粉土地質的承載力非常差，為了防止其咋載荷的作用下發(fā)生滑塌的現(xiàn)象，必須對基坑頂部周邊的載荷實施嚴格的控制，原則上2m范圍內不得出現(xiàn)任何載荷。

4 結束語

在地下軟土基坑的施工中，要先通過地質勘察活動對地下水、土壤類型等實現(xiàn)全面的掌握，粉土、粉質黏土雖然含水量不算大，但是其缺乏承載力，在受力情況下易變形。軟土基坑開挖時遭遇這種不良的地質條件時應該采用邊開挖、邊支護的技術方案來加以處理，重點是確定出最合理的支護技術方案，常見的土墻釘施工技術，借助細石混凝土形成保護面層。