深基坑工程开挖支护措施在实际中的经验及必要性分析.doc

论土钉墙支护措施在实际施工中的应用

【正文】
在城市轨道交通工程施工中，由于新建构筑物通常埋深较深，通常采用暗挖及明挖两种方法。暗挖通常用于地上构筑物较多，以及处于对现况地表构筑物保护的方面考虑，造价较高。明挖造价相对较低，一般适用于地表及地下无构筑物的情况下。明挖施工所采用的方法较多，包括土钉墙支护、钢板桩、预制钢筋混凝土桩、钻孔灌注桩、挖孔桩、深层搅拌桩、旋喷桩止水帷幕、地下连续墙、钢筋混凝土支撑、型钢支撑、土层锚杆机逆筑法、沉井等，本文主要就XXXX线XX车辆段污水处理站深基坑开挖阐述如何确定基坑支护措施的方法及简要描述土钉墙支护施工中要注意的几个方面。
深基坑开挖具有一定的危险性，施工时要注意保证施工安全，减少对周边地表及地下构筑物造成的破坏，同时要注意对环境的保护，尤其尽量避免造成地下水系的平衡失稳。
1、工程概况
1.1概述
XX市XX线XX车辆段污水处理站位于车辆段西南角，建筑基础外边缘线南北长19m，东西向长14.4m。基坑开挖深度最深处为9.4m，现况地表标高为25.0m，设计开挖最深处标高为15.6m。
1.2水文地质
地质条件（从地表以下0～10m）由下至上依次为人 工填土层(Qml)（包括①层粉土填土、①1层杂填土）、新近沉积层（Q42+3al+pl）（包括②层粉土、②1层粉质粘土、②2层粘土、②3层粉细砂）、第四纪全新世冲洪积层（Q41 a l+pl）（包括③层粉土、③1层粉质粘土）。
地下水包括上层滞水层、层间潜水层，由于车辆段周边为藕塘、鱼塘等地表构筑物，上层滞水水系较丰富，层间浅水层主要分布在②3层粉细砂层及③层粉土两个土层中。
2、基坑等级识别
2.1基坑设计原则
2.1.1根据基坑深度要求，结合场区地层和周边环境条件，选择确定安全
可靠的设计方案，充分保证基础施工和周边建（构）物的安全；
2.1.2根据场区地质条件、市容环保等方面的要求，并充分考虑当地成熟的经验，充分保证设计方案的合理可行；
2.1.3充分发挥设计施工一体化优势，采用便于降低造价、利于缩短工期、易于交叉衔接的工艺方法和组织措施。
2.2基坑等级识别
根据“危险性较大的分部分项工程安全管理办法《建质[2009]87号》”，本工程基坑深度超过5m，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，需要进行专家论证。
同时根据《建筑基坑支护技术规程》(DB11/489-2007)中规定，本工程基坑开挖深度最深为9.4m，且周边20m内无现况地面建筑，仅存在部分新建将要连接至污水处理站的还未使用的污水管线，如果边坡产生破坏，对其它地面建筑不构成威胁，故将本基坑安全等级定为三级。
3、基坑施工设计方案确定
根据施工图纸及现场实际情况，最初的施工方法主要有以下几种：基坑周边采用大口井降水或轻型井点降水后明挖开槽施工、土钉墙护坡支护措施、桩间旋喷桩止水帷幕。
经过上述三种施工方法从施工方法、施工进度、环境保护、经济效益等方面进行比较，最终经专家论证，确定采用土钉墙护坡支护措施进行污水处理站基坑开挖，主要论述如下：
3.1基坑周边采用大口井降水或轻型井点降水后明挖开槽施工
此种方法主要依靠基坑开挖前期采用大口井或轻型井点降水，达到并保持基坑位置的地下水位降至基坑下0.5m～1m，然后根据地下土质情况按照自然卸载土压力的方法进行基坑开挖施工。
3.1.1优点
此方法保证了整个施工过程均处于干槽作业，按照地下土质情况进行自然放坡，也可保证施工容易处在可控范围内，尤其当周边无现况地表及地下构筑物的情况下，此种方法非常使用、简单、快速。
3.1.2缺点
1）施工进度较慢。尤其施工前期的基坑降水一般为10天～20天左右，占用了大量的时间。延缓了实际施工进度，在当前城市基础建设飞速发展的今天，是一种得不偿失的方法。
2）不利于环境保护。

根据《XX市建设工程施工降水管理办法》（京建科教（2007）1158号）文件的规定，XX市自2008年3月1日起限制施工时采用施工降水，除特殊情况下，必须经专家论证后方可实施。
越来越多的经验表明：采用施工降水极易破坏地下水平衡，容易造成该地区地下水失稳，从而造成该地区出现局部地区地表沉降、建筑物开裂等情况，
3）经济效益
降水施工造价相对较大，在破坏环境的同时也加大了资金投入力度，同时，采用自然放坡的方法进行基坑开挖使得弃运土方量非常大，也对周围环境造成了不良影响。
3.2桩间旋喷桩止水帷幕
此种方法主要采用在拟开挖基坑周边采用基坑支护桩间设置旋喷桩与桩体形成止水帷幕，然后中间明挖开槽的方法。
3.2.1优点
此种方法能够很好的将周边地下水与中间基坑隔离开来，经过一段时间地下水平衡渗透后，形成干槽作业，有效的解决了因施工造成的环境破坏。同时，由于采用了止水帷幕，中间基坑开槽可以直槽开挖，也无形中节省了土方开挖及弃运土方的工程量，并对周边地表及地下构筑物的扰动及破坏可能行减到了最低。
3.2.2缺点
1）施工进度较缓慢。桩基施工及桩间旋喷混凝土速度较慢，同时在开挖之前要等待旋喷注浆及混凝土桩需要一定的时间达到预期强度后方可实施。
2）经济效益。采用止水帷幕施工方法造价较高，主要是混凝土桩基及桩间旋喷混凝土造价较高，且施工周期较长，主要适用于周边地表及地下构筑物较多，无法放坡及无法采用施工降水的情况。
3.3土钉墙护坡支护措施
此种方法主要利用注满水泥浆的钢筋锚杆将边坡土体与边坡表面喷射钢筋混凝土护坡连接，共同承担一部分土压力，同时利用一定比例的放坡卸载一部分土压力。施工时分层开挖，分层做土钉墙护坡结构。地下水排出主要依靠明排水。
3.3.1优点
1）由于采用了分层开挖、分层土钉墙的方法，施工速度不如降水施工后明开槽方法快，但要比止水帷幕方法施工进度较快。

2）造价相对低廉，土钉墙护坡结构比降水施工后明开槽及止水帷幕都要低。
3）由于不采用降水施工，在一定程度上避免了因地下水平衡失稳而导致的周边地表及地下构筑物沉降，对环境破坏程度较小。
3.3.2缺点
1）由于未采用降水井降水，施工时难度加大，需要对施工完毕的土钉墙护坡结构的基坑底设置排水沟、积水坑，明排地下水。同时要对基坑底部进行处理（如换填天然级配砂砾或片石等措施）后方可开始建筑物结构施工。
2）对安全管理要求较高，需要随时进行基坑监控检测，发现问题随时进行处理。
4、根据实际情况选择施工方法
根据本工程实际情况由于本车辆段周边为鱼塘及藕塘，地下潜水水系较丰富，在基坑开挖时上层滞水及层间浅水排水主要采用基坑边侧设置排水边沟及集水坑水泵明排水施工。
由于污水处理站周边建筑物如易燃品库、洗车库、内燃机车库及地下管线等构筑物较多等情况，施工时尽量避免基坑尺寸加大。
由于污水处理站施工图纸出图时间较晚，为保证在预定的时间内完成结构封顶，需要加快基坑施工的进度。
综上各种因素考虑，在加快施工进度、保证施工安全及质量、同时又经济的前提下，采用土钉墙护坡结构支护措施是最好的方法。
根据《建筑基坑支护技术规程》(DB11/489-2007)规定，同时经采用大力神土钉墙支护之星软件计算结果确定，本工程基坑支护采用土钉墙支护边坡，钢筋锚杆长度5m～8m，喷射混凝土厚度为10cm，自然边坡放坡坡度为1:0.75。
4、施工准备
4.1技术准备
4.1.1专业技术人员熟悉设计方案，学习相关技术规范，实施现场技术指导。
4.1.2对施工人员进行详细安全技术交底和施工技术交底，确保安全施工。
4.1.3施工所使用的检测、测量设备和器具必须进行检测和校准，以满足精度要求。
4.2生产准备
准备施工所需的挖掘机、抽水泵、压浆泵、钢筋加工机械等工程所需的
机械设备、施工所需的钢筋、水泥、碎石混凝土等材料随时组织到现场。
5、施工技术措施
5.1施工工艺流程
开挖→修坡→定孔位→成孔→插筋→堵孔注浆→二次注浆绑扎、固定钢筋网→钉端焊接→喷射混凝土面层→混凝土面层养护→循环下一层土钉施工
5.2主要施工方法
5.2.1修坡
基坑开挖作业用挖土机。对挖掘后的边坡需用人工进行修整，确保边坡的立面角和壁面的平整度。当遇有上层滞水影响时，要在坡面上每隔1m插放一个泻水孔，疏导滞水对坡面的作用。
5.2.2编扎钢筋网
在修好坡后编扎钢筋网。钢筋接头宜用焊接，由于编网是随开挖分层进行，因此，上下层的竖向钢筋必须用焊接接头，以保证钢筋网的整体性，有利于传力。
5.2.3造孔
本工程主要采用人工洛阳铲与锚杆机成孔，成孔直径110mm。人工成孔较困难时，采用锚杆机成孔。
5.2.4土钉制作与安放
为保证土钉能定位于孔的中心位置，需沿长度每隔1.5m焊上定位支架，定位支架的高度要确保使锚筋能够居中。在制作预应力锚杆时，要控制好自由段长度，自由段可用塑料膜包裹，不致受到注浆材料的约束。
5.2.5注浆
注浆方式一般为底部注浆，即将注浆管插入孔底（距孔底200mm左右），浆液从孔底开始向孔口灌填。用底部注浆，当浆液从底部充满至孔口时，还需进行多次加压，一般不少于2次，保证浆液挤满孔壁。
5.2.6土钉端部焊接
土钉端部应与加强筋、钢筋网相互焊接。各钢筋的位置由里向外是：钢筋网，水平垂直加强筋，土钉端头锁定筋。
5.2.7喷射混凝土
喷射混凝土强度等级采用C20，其配比为：水泥∶砂∶碎石∶水= 1∶2∶2∶0.5，碎石的最大粒径不超过12mm，喷射混凝土机的工作压力为0.3～0.4Mpa。
5.3质量保证措施

5.3.1土钉成孔采用的机具应适合土层的特点，满足成孔要求。
5.3.2修坡时专人进行测量，确保不吃槽。喷射混凝土时，由专人检查钢筋网长及标志杆的安装。
5.3.3成孔前，应根据设计要求定出孔位并作出标记和编号。孔位的允许偏差不大于150mm，成孔的倾角偏差不大于±3°，孔径允许偏差+20mm、-5mm，孔深允许偏差+200mm、-50mm。当成孔过程中遇有障碍物需调整孔位时，不得损害支护原定的安全程度，由现场技术负责人决定。
5.34成孔过程中取出的土体特征应按土钉编号逐一加以记录并及时与初步设计时所认定的加以对比，发现有较大偏差时应及时修改土钉的设计参数。
5.3.5钢筋、水泥进场要有材质单，并做复验。
5.3.6锚筋与中心支架点焊牢固，中心支架间距1.5m一个。
5.3.7插入钢筋时，由专人检查，若插入深度不足，则继续取土成孔，插入钢筋时要将注浆管绑在距孔底0.5m处。
5.3.8水泥浆体的强度应大于20N/mm2，水灰比不宜超过0.5，并宜加入适量的速凝剂等外加剂以促进早凝和控制泌水。注浆时要严格按配比搅浆，并随成孔随注浆，注浆渗漏较多时，要进行二次、三次补浆直到注满。
5.3.9锚体的长度=设计深度+0.2m。锚筋制作长度误差不得大于20mm。
5.3.10水泥浆体的试块每层做二组，每组试块不应少于3个。
5.3.11喷射混凝土粗骨料最大粒径不宜大于12mm，水灰比不宜大于0.45，并应通过外加剂来调节所需早强时间。
详见如下断面示意图

6、基坑监控检测

6.1基坑监测目的
通过对监测取得的数据及时分析，及时了解基坑边坡变形状况，以便及时采取恰当的补救和控制措施。同时要求现场变形观测的数据必须准确、可靠、及时。要求变形观测人员严格按照预定设计方案精心测量、认真负责，保证观测质量。
6.2基坑监测内容
根据规范要求，本工程为三级基坑，应重点对支护结构顶部位移进行监测。
为在基坑开挖期间，确保基坑施工安全，做到隐患的早发现、早分析、早处理，拟对基坑边坡进行施工监测。基坑现场监测是指在基坑开挖及地下工程施工过程中，对基坑支护结构变位和周围环境条件的变化进行各种观测分析工作，并将观测结果及时反馈，以指导施工。
本工程采用信息法施工，为确保基坑开挖过程中的安全，必须对基坑进行监测，发现问题，及时反馈并分析，采取相应的抢救措施，使基坑不发生意外破坏和变形。观测内容如下：
6.2.1自然环境监测（雨水、气温、洪水地质等）
6.2.2围护结构墙顶位移。
6.2.3周边结构构筑物结构变形、周围地下管线的变位与破损。
6.2.4基坑周围地面超载情况。
6.2.5基坑渗漏水情况。
6.2.6围护结构裂缝及基坑周边地表裂缝
6.3观测点的布置及观点方法
6.3.1在距基坑边缘约10m相对稳定地方沿基坑边线延长方向设置测量基准点，用水泥桩固定，作为边坡顶部水平位移观测基准点；
6.3.2边坡坡顶水平位移、垂直沉降观测点在坡顶布设，测点原则上放在开挖阳角部位，测点间距可以适当调整。测点做好明显标记，予以保护；
6.3.3监测时间的确定：在土方开挖阶段，每天监测不少于2次，在完成基坑开挖、变形趋于稳定的情况下，可适当减少监测次数至每周1次。
6.3.4在施工开挖过程中，如发现变位速率较大、支护结构开裂等情况，应进一步加强观测，缩短监测时间间隔，并及时向监理、设计和施工人员报告监测结果。
6.3.5基坑开挖施工期间对基坑支护每天测量不少于一次；在施工过程中，如有基坑边大量堆载、长期连续降雨等情况或当有事故征兆出现时，应
连续测量。
6.3.6观测点沿基坑周边上口布置，每隔10m左右布置一个观点，基坑观测项目预警值如下：
基坑变形限值为0.006h(h为基坑深度)，本基坑变形限值为56mm。
6.4观测精度要求
误差控制<2.0mm；
6.5观测时间方法
6.5.1采用方向法进行观测，从基坑开挖开始观测。位移观测点在第一步护坡做完后布置，并做好基准点的维护（2皮砖墙）。土方开挖期间，要每天观测一次，其它可每周观测2～3次，并做好记录。
6.5.2设专人专用J2经纬仪进行观测，记录要准确工整严禁涂改，每次观测结果详细记入汇总表；
6.5.3如地面变形产生裂缝时，应增设观测点，随时观测裂缝的变化。
6.5.4基坑开挖完成7天后，如边坡稳定不再继续变形，经过业主、监理、设计三方同意可停止观测。
6.6场地查勘与观测成果分析
6.6.1每次观测结果应详细记入汇总表。正常情况下，分阶段每隔5天进行观测成果汇总，定期报告变形情况；
6.6.2对观测结果集中进行讨论，分析变形是否过大或是否趋于稳定，及时发现问题并确定是否需采取必要的补救措施。
7、应急预案
7.1组织机构及职责
项目部成立以项目经理为首应急组织小组，下设应急小组成员及应急小队。
7.2指挥机构及职责
健全完善应急预案和救援演练，研究制定生产安全事故预防和应对措施。在发生生产安全事故时，紧急处置一般事故，对严重事故及时上报。
事故发生后，立即赶赴事发地点，了解现场状况，初步判断事故原因及可能产生的后果，召集救援小组人员，明确救援目的、救援步骤，统一协调开展救援；救援完成、事故现场处理完后，与相关人员确认恢复生产的条件及时恢复生产；根据应急实施情况及效果，完善应急救援预案。

7.3危险源监控
7.3.1施工前、施工中进行危险源识别、评价，制定管理措施危险源清单

7.3.2针对重大危险源制定管理方案。
7.3.3根据施工特点开工前制定出风险点控制方案，并严格落实逐级审批制度。
三级风险点：开挖深度超过5m（含5m）基坑或沟槽和周围环境及地下管线及其复杂的工程。
7.4预警行动
7.4.1生产作业场所救援车辆行走和人员疏散路线，现场应用相应的安全色标明显标示，并在日常工作中保证路线畅通。
7.4.2受伤人员抢救方案。组织现场急救方案，并根据可能发生的伤情，确定2—3个最快捷的医院，明确相应的路线。
7.4.3现场易燃易爆物品的转移场所，以及转移途中的安全保证措施。
7.4.4事故发生后上报上级单位的联系方式、联系人员和联系电话，确保在四小时之内上报公司。
7.5专项应急预案措施
7.5.1预警措施
1）在发现安全隐患、基坑突变位移、地面裂缝的突然增大等，必须及时上报应急处理小组。
2）及时采取警戒疏散或其它措施。
3）及时调集紧急处理人员、物资。
4）12小时内形成文字报告给相关部门，组织相关专业人员或专家进行研讨，并提出处理方案。
5）加大监测频率或24小时跟踪监测。
7.5.2预警参数
在基坑开挖过程中，基坑顶部的侧向位移与当时的开挖深度之比如超过支护设计提出的安全临界值时，应进行预警，密切加强观察、分析原因并及时对支护采取加固措施或必要时增用其它支护方法。
7.5.3坡面渗水处理
如果遇到坡面渗水时，采用以下处理措施：
1）查找渗漏源，并进行堵漏。
2）在渗水部位隔水底板处插入花管导流明排处理。即插入1寸塑料花管，长度500～800mm，管底加工成尖状；管底与管侧缠双层80目滤网，必要时填滤料，之后喷射混凝土，并采取保护措施，防止灰浆阻塞管口，影响排水。
7.5.4边坡坡面局部坍塌

在开挖过程中如果出现局部坡面不稳定，出现面层坍塌，应及时进行回填，减小开挖高度与开挖长度，随挖随喷。出现局部流砂现象时，减少开挖高度至30-50mm，沿坡底垂直打入一排φ18钢筋挡住土体，钢筋间距以稳定住土坡为准，设置排水花管后及进喷射一层混凝土，待稳定后按正常工序施工。
7.5.5基坑变形超规范
基坑随开挖同步进行基坑变形监测，如果出现局部变形过大时。
1）在土方未完成期间立即停止下步开挖或及时回填至上步土钉部位，在险情部位通过设计验算适当增加土钉，满足安全要求时再进行下步开挖，同时减小开挖部位的长度与高度，及时进行支护处理。
2）如果周边环境条件允许，可进行坡顶卸载（包括堆载与土体）。
3）土方工程完成后基坑周边条件不允许时，可采用坑内底脚被动区压重（堆放草袋土）
【总结】
在实际工程中，由于采用了正确的基坑支护方法，同时精心组织施工，制定周密的监控检测及应急预案，整个施工过程中，严把质量关、安全关，使工程得以顺利进行，并提前完成了施工任务，在保证施工质量及安全的同时也创造了巨大的经济效益。