彭方圆
北京城建房地产开发有限公司，北京 102488
摘要
北京市房山区的某商住项目，在深基坑支护桩设计施工过程中，遇到的复杂的软硬结合的地层情况。为配合总体施工部署，从方案设计、机械选择、施工质量预控等各方面出发，分析解决碰到的实际困难，从而保证工程的目标。
支护桩设计选型时，分析地下水位情况；不同土层的不同物理性能、对支护结构造成的影响，结合场地条件和周边环境、工期的要求、经济合理性最终确定支护形式。
在支护桩施工过程中，根据施工部署的要求及土层地质情况来选择施工机械；在湿作业成孔条件下，通过使用钢桶护壁、控制泥浆稠度、控制转速和提钻速度等各种手段对成孔质量进行预控，将湿作业的作业质量风险降至最低；在干作业成孔施工中，遇到液化土层及全风化岩的软硬结合地层，通过分析成孔过程中遇到的困难，提出不同的解决办法，结合实际情况，选择最优解决方案。
关键词： 支护桩，软硬结合，设计选型，机械选择，施工要点
一、项目概况及难点
房山区某商业广场位于房山良乡拱辰大街，项目由3栋住宅楼和一栋商业广场组成。项目总用地面积54036㎡，总建筑面积212050㎡，基坑占地面积约32000㎡，基坑安全等级一级，基坑深度由11.2m、14.2m、16.5m三个主要标高构成。施工季节为10月~12月。
1、现场概况
项目的东、西、北三面均为市政道路，南侧30米开外有二层砖混结构，西侧居民楼地上9层、地下2层，距离基坑约30余米，北侧办公楼6层距离基坑边约40余米。基坑东南角有35KV高压塔。南侧中间存在有地埋电缆和热力管道。对基坑支护影响较大的为南侧的地埋管。具体现场情况见图1：
.png)
图1：现场平面概况
2、地勘概况
项目所在区域范围内按地层岩性分为6层，分别为：①杂填土、②粉质粘土、②1粘质粉土－砂质粉土、③粉质粘土、③1砂质粉土－粘质粉土、④全风化粘土岩、⑤强风化粘土岩、⑥强风化－中风化粘土岩。
其中对施工构成影响的主要地层为1~5层。
以上土层中， 1、1、粉质粘土，为饱和及可塑-软塑状态，压缩模量较低，承载力较低，工程性质相对较差，属可液化土。 在饱和状态下非常容易收到扰动而变成橡皮土。
该3层土的液性指数在0.45—0.83之间，高值已经达到软塑状态；含水率越高，其液性指数也越高，但随着含水率的降低，软塑状态也可变成可塑状态。因此，降低含水率，改变土性，是基坑施工的关键一步。
承压水所在区域正是以上三层土所在的范围。
3、难点及重点
（1）局部场地局促，无法正常施工
南侧围墙边2m范围内有热力管线及埋地电缆。地下结构外皮到管道边的距离仅有3m左右，扣掉作业面和护坡桩，还要在护坡桩和埋地管线之间进行降水井的施工。
（2）可液化土层的影响
可液化土层易受到扰动，软弱土层钻孔施工易造成护坡桩局部缩径，对锚杆张拉非常不利。因此必须设法消除土质差给施工带来的影响。
（3）风化岩的影响
嵌固土层为全风化粘土岩和强风化粘土岩，这两层土质较硬，中间掺杂砾石，在钻孔的机械和钻斗和钻头的选择上都需要认真斟酌，避免造成塌孔、沉渣清理不净等质量问题。而且粘土岩遇水崩解的特性也给施工带来不确定性。
二、支护设计要点
1、支护方式选择
基坑支护主要深度为11.2m、14.2m和16.5m，地下结构边线距用地红线大部分仅为5米，边坡支护拟采用排桩支护型式。
又考虑到风化岩地区作业难度和建设方对工期的要求，拟采用桩径800mm护坡桩进行设计。
从以往施工经验和经济性上考虑，拟定上部2.5m标高范围内采用土钉施工。
2、主要截面设计
通过计算，三个主要标高覆盖区的支护桩设计：
（1）11.2m深度桩设计：悬臂长度8.7m，嵌固深度3.3m，设置一道锚杆，三桩两锚。
（2）14.2m深度桩设计：悬臂长度11.7m，嵌固深度4.2m，设置一道锚杆，一桩一锚。
（3）16.5m深度桩设计：悬臂长度14m，嵌固深度5.1m，设置两道锚杆，上面一道三桩两锚，下面一道一桩一锚。
三、支护桩施工要点
1、施工准备及部署
而由于现场条件限制，基坑中部南面只能先打桩后打井，等周圈降水井施工接近尾声时，此处的支护桩施工也已完成，以保证工序的衔接。支护桩工期30天。
（1）机械的初步选择
目前支护桩施工多采用长螺旋钻机和旋挖钻机。长螺旋钻机一般适用与较软地层，如砂土、粘土、粉质土等，长螺旋钻孔一般适用于干作业成孔。旋挖钻机较适用于卵石、风化岩、岩层等较硬的地层，旋挖施工可在干、湿不同条件下进行成孔。
支护桩桩长主要为12m、15.9m、19.1m，均入到全风化粘土岩和强风化粘土岩，全风化粘土岩和强风化粘土岩的砾岩最大径约9cm。
根据施工的部署安排，首先要进行的是基坑中间南面的支护桩施工，此部位施工属湿作业施工，因此考虑旋挖钻孔桩机。
基坑内有大面积的可液化土层，该土层不适宜采用旋挖施工，此法施工在液化严重区域容易造成塌孔；基底以上部位的土层大多为粉质粘土层，考虑到基坑支护入风化岩深度相对不深（最多6m）、砾岩粒径相对不大，因此考虑用电机驱动动力头式长螺旋钻机，考虑了风化岩层的硬度，电机功率采用55kw×2，钻头选用单头单螺钻头，便于在粘性土中钻进。
（2）降水措施
本项目的地下水位较高，饱和状态下的土质物理性能较差，需提前进行降排水措施，加长降水周期，保证支护桩施工的质量和锚杆施工质量。
在实施施工降水方案时，为了减少降水对周围环境的影响范围和程度，制定专项的回灌措施，确保降压安全。
（3）试桩
由于场地土质特殊，故专门选取了有代表性的部位进行试桩。
在钻进过程中，基本和预想吻合，但施工钻进的速度都比较缓慢。
2、施工要点
（1）杂填土部位施工要点
最开始施工的部位为杂填区域，由于管线过近，造成降水井和支护桩的距离非常靠近，如果先进行管井施工，则在进行支护桩施工时，非常容易造成管井被挤压造成断井，塌孔。进而影响周边管线造成电力中断，故考虑先进行支护作业，成孔后在支护桩贴边进行降水成孔作业，将风险降低到最小。然而此法施工需要克服杂填土和水位高两个不利因素，需要重点防范的质量风险是严防孔壁坍塌。
旋挖施工时需要面对杂填土和地下高水位问题，此部位杂填土深度约为3m，旋挖施工采用钢套管护壁。
为避免护筒底部在开挖过程中坍塌，使用4m长钢套筒，伸入粘土层>0.5m，护筒直径比钻头直径大200mm，高出地面300mm，采用壁厚8mm钢套筒，护筒就位后，四周空隙用粘土对称、均匀填实，避免套筒偏移。开挖时，随泥浆漏失及孔深增加，及时向孔内补充泥浆，使泥浆面高于地下水位不少于1.5m的水头。
为避免在软土层中发生的塌孔事故，首先要保证孔内泥浆面高度，二是要提高泥浆的相对密度和泥浆的黏度来维持孔壁稳定。这要求必须准备充足的泥浆池，泥浆制备的能力应大于钻孔时泥浆的需求量，制备的泥浆量大于单桩的体积；准备充足的膨润土来增加泥浆的黏度。另外，在钻孔时，控制钻进速度,尽量多转少钻,减少对孔壁土壤的扰动，避免形成流塑，而又达到护壁的要求；同时在施工时控制钻进进尺,控制好每次钻进的深度，并适当控制提钻的速度，避免钻头上下冲刷孔壁造成塌孔的发生。
（2）可液化土层施工要点
对于粘性土来说，含水量的增加会在土颗粒表面形成润滑作用，随着含水量的增加，薄膜水变厚，颗粒间电分子间吸引力下降，内聚力也会降低，反之，当含水量降低到最优含水率时，内聚力最大。
正是由于降水的作用，使得原来比较松软的粘性土变得非常粘稠，长螺旋钻机在钻进时浆片上沾满粘土无法排出，造成钻进速度减慢，降至“临界转速”后造成无法钻进。需要及时将钻杆提出，甩钻反转，清除粘附在螺旋浆片上的粘土后，再进行二次钻进。
在多次反复提钻后总结出经验，在钻进时，不能等到浆片糊满粘土时才提钻，当钻速开始下降时就必须及时提钻并进行清土，否则会造成清钻困难和效率的进一步下降。
进行混凝土灌注施工时，为避免缩径，同样需要降低提钻速度，让钻具有较长部分埋入混凝土内；对于钢筋笼不能下放到位的问题，主要原因是因为钢筋笼与混凝土之间的阻力造成的，控制这类问题的办法有：一，控制好混凝土灌注的进度，避免因为下部混凝土凝固仍不能下插钢筋笼；二、调整好钢筋笼下插前的垂直姿态，保证钢筋笼垂直作业；三、振捣管采用直径较大，壁厚较厚的刚度良好的振捣器。
（3）长螺旋在风化岩层施工要点
钻进过程中，当进入到风化岩层时，长螺旋钻机发生了不进尺的现象。
原因分析：
第一：由于粉质粘土层下方直接进入到风化岩层，直接由软到硬，钻孔机没有任何的过渡层，当遇到风化岩层较平整或砾岩颗粒较大时，单头单螺钻头会无法咬合导致打滑空钻。
第二：电机驱动动力头式长螺旋钻机向下钻进的动力为钻头自身的自重，当钻进的阻力大于自重时，钻头就产生原地空转不进尺。
针对以上原因，采用了如下解决办法：
更换钻机，使用液压驱动动力头钻机，更换了液压式动力头长螺杆钻机，钻机功率100kw+48kw。由于采用了液压驱动动力头，具备了钻孔时的无级变速能力，在浅层粘性土中，所需扭矩低时可是实现高转速低扭矩钻进，在深层风化岩土层需要扭矩大时可以实现低速大扭矩钻进。最后虽然成本有所增加，但却保证了施工进度和施工质量，使用液压动力钻机后，每根桩成孔的速度平均加快了0.5个小时。
3、支护结构监测
（1）支护结构观测
本工程基坑属于一级基坑，涉及到支护桩的监测有：支护结构顶部沉降、支护结构顶部水平位移、锚杆轴力、支护结构深部水平位移、支撑立柱沉降等。支护结构顶部的水平位移和竖向位移监测点沿水平系梁布置，在基坑中部、阳角处应布置监测点，布设间距为20m。深层水平位移监测孔布置在基坑边坡的中心处，短边1个监测孔，长边两个监测孔；测斜管在护坡桩全长范围内设置。
其中，在可液化土层区域、基坑周边管线区域、东侧临近主干道区域均为观测的重点。在进行后期观测时，还要求施工单位和第三方观测单位适当增加观测频率，在冻土解冻和雨后的一段时间内减小观测间隔。
（2）周边建筑物及环境观测
对周边建筑物的观测主要有围墙、周边路面、临近基坑建筑物（距坑边距离小于2倍坑深）；周边的环境监测包括地下水位的观测。
经过冬季雨季的观测，形变数据都在临界值之内。
结 论
基坑支护关系安全、是进度的保障，与成本息息相关。而基坑支护的关键之一，支护桩的设计及施工，则是上述各点的重要条件。
本工程中，施工工艺和施工机械的确定是由施工部署和施工环境决定的，而 施工机械和施工工艺的选择，也都是服务于质量、进度、成本这三个大目标的。在处理支护桩施工时出现的问题，基本的出发原点应该是安全优先，质量保证，经济合理。
在粘性土（可液化土）和松散土（风化岩）两种完成不同性质的地质条件下进行支护桩施工，正确的机械选择是施工顺利与否的关键。根据两种土质不同的特性，选择能适应土层特点的机械，对于可预见的质量和技术问题，采取必要的预控措施；对于实际施工中出现的突发性问题，应根据实际情况作出分析，并拿出多备选方案，以供决策。
参考文献
[1] 吴仕见. 旋挖成孔灌注桩施工质量控制.重庆建筑，2014年05期?(第49-51页)
[2] 窦军. 长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼技术在深厚粉砂、粉土层中的应用. 施工技术, 2013年S1期(第87-89页)
[3] 许志溪. 浅析建筑工程施工中深基坑支护的施工技术. 建材与装饰，2019年23期 (第40-41页)