北京市房山區(qū)的某商住項目，在深基坑支護(hù)樁設(shè)計施工過程中，遇到的復(fù)雜的軟硬結(jié)合的地層情況。為配合總體施工部署，從方案設(shè)計、機械選擇、施工質(zhì)量預(yù)控等各方面出發(fā)，分析解決碰到的實際困難，從而保證工程的目標(biāo)。
支護(hù)樁設(shè)計選型時，分析地下水位情況；不同土層的不同物理性能、對支護(hù)結(jié)構(gòu)造成的影響，結(jié)合場地條件和周邊環(huán)境、工期的要求、經(jīng)濟合理性最終確定支護(hù)形式。
在支護(hù)樁施工過程中，根據(jù)施工部署的要求及土層地質(zhì)情況來選擇施工機械；在濕作業(yè)成孔條件下，通過使用鋼桶護(hù)壁、控制泥漿稠度、控制轉(zhuǎn)速和提鉆速度等各種手段對成孔質(zhì)量進(jìn)行預(yù)控，將濕作業(yè)的作業(yè)質(zhì)量風(fēng)險降至最低；在干作業(yè)成孔施工中，遇到液化土層及全風(fēng)化巖的軟硬結(jié)合地層，通過分析成孔過程中遇到的困難，提出不同的解決辦法，結(jié)合實際情況，選擇最優(yōu)一、項目概況及難點
一、項目概況及難點
房山區(qū)某商業(yè)廣場位于房山良鄉(xiāng)拱辰大街，項目由3棟住宅樓和一棟商業(yè)廣場組成。項目總用地面積54036㎡，總建筑面積212050㎡，基坑占地面積約32000㎡，基坑安全等級一級，基坑深度由11.2m、14.2m、16.5m三個主要標(biāo)高構(gòu)成。施工季節(jié)為10月~12月。
1、現(xiàn)場概況
項目的東、西、北三面均為市政道路，南側(cè)30米開外有二層磚混結(jié)構(gòu)，西側(cè)居民樓地上9層、地下2層，距離基坑約30余米，北側(cè)辦公樓6層距離基坑邊約40余米?；?xùn)|南角有35kv高壓塔。南側(cè)中間存在有地埋電纜和熱力管道。對基坑支護(hù)影響較大的為南側(cè)的地埋管。具體現(xiàn)場情況見圖1：
2、地勘概況
項目所在區(qū)域范圍內(nèi)按地層巖性分為6層，分別為：①雜填土、②粉質(zhì)粘土、②1粘質(zhì)粉土－砂質(zhì)粉土、③粉質(zhì)粘土、③1砂質(zhì)粉土－粘質(zhì)粉土、④全風(fēng)化粘土巖、⑤強風(fēng)化粘土巖、⑥強風(fēng)化－中風(fēng)化粘土巖。
其中對施工構(gòu)成影響的主要地層為1~5層。
以上土層中， 1、1、粉質(zhì)粘土，為飽和及可塑-軟塑狀態(tài)，壓縮模量較低，承載力較低，工程性質(zhì)相對較差，屬可液化土。在飽和狀態(tài)下非常容易受到擾動而變成橡皮土。
該3層土的液性指數(shù)在0.45—0.83之間，高值已經(jīng)達(dá)到軟塑狀態(tài)；含水率越高，其液性指數(shù)也越高，但隨著含水率的降低，軟塑狀態(tài)也可變成可塑狀態(tài)。因此，降低含水率，改變土性，是基坑施工的關(guān)鍵一步。
承壓水所在區(qū)域正是以上三層土所在的范圍。
3、難點及重點
（1）局部場地局促，無法正常施工
南側(cè)圍墻邊2m范圍內(nèi)有熱力管線及埋地電纜。地下結(jié)構(gòu)外皮到管道邊的距離僅有3m左右，扣掉作業(yè)面和護(hù)坡樁，還要在護(hù)坡樁和埋地管線之間進(jìn)行降水井的施工。
（2）可液化土層的影響
可液化土層易受到擾動，軟弱土層鉆孔施工易造成護(hù)坡樁局部縮徑，對錨桿張拉非常不利。因此必須設(shè)法消除土質(zhì)差給施工帶來的影響。
（3）風(fēng)化巖的影響
嵌固土層為全風(fēng)化粘土巖和強風(fēng)化粘土巖，這兩層土質(zhì)較硬，中間摻雜礫石，在鉆孔的機械和鉆斗和鉆頭的選擇上都需要認(rèn)真斟酌，避免造成塌孔、沉渣清理不凈等質(zhì)量問題。而且粘土巖遇水崩解的特性也給施工帶來不確定性。
二、支護(hù)設(shè)計要點
1、支護(hù)方式選擇
基坑支護(hù)主要深度為11.2m、14.2m和16.5m，地下結(jié)構(gòu)邊線距用地紅線大部分僅為5米，邊坡支護(hù)擬采用排樁支護(hù)型式。
又考慮到風(fēng)化巖地區(qū)作業(yè)難度和建設(shè)方對工期的要求，擬采用樁徑800mm護(hù)坡樁進(jìn)行設(shè)計。
從以往施工經(jīng)驗和經(jīng)濟性上考慮，擬定上部2.5m標(biāo)高范圍內(nèi)采用土釘施工。
2、主要截面設(shè)計
通過計算，三個主要標(biāo)高覆蓋區(qū)的支護(hù)樁設(shè)計：
（1）11.2m深度樁設(shè)計：懸臂長度8.7m，嵌固深度3.3m，設(shè)置一道錨桿，三樁兩錨。
（2）14.2m深度樁設(shè)計：懸臂長度11.7m，嵌固深度4.2m，設(shè)置一道錨桿，一樁一錨。
（3）16.5m深度樁設(shè)計：懸臂長度14m，嵌固深度5.1m，設(shè)置兩道錨桿，上面一道三樁兩錨，下面一道一樁一錨。
三、支護(hù)樁施工要點
1、施工準(zhǔn)備及部署
而由于現(xiàn)場條件限制，基坑中部南面只能先打樁后打井，等周圈降水井施工接近尾聲時，此處的支護(hù)樁施工也已完成，以保證工序的銜接。支護(hù)樁工期30天。
（1）機械的初步選擇
目前支護(hù)樁施工多采用長螺旋鉆機和旋挖鉆機。長螺旋鉆機一般適用于較軟地層，如砂土、粘土、粉質(zhì)土等，長螺旋鉆孔一般適用于干作業(yè)成孔。旋挖鉆機較適用于卵石、風(fēng)化巖、巖層等較硬的地層，旋挖施工可在干、濕不同條件下進(jìn)行成孔。
支護(hù)樁樁長主要為12m、15.9m、19.1m，均入到全風(fēng)化粘土巖和強風(fēng)化粘土巖，全風(fēng)化粘土巖和強風(fēng)化粘土巖的礫巖最大徑約9cm。
根據(jù)施工的部署安排，首先要進(jìn)行的是基坑中間南面的支護(hù)樁施工，此部位施工屬濕作業(yè)施工，因此考慮旋挖鉆孔樁機。
基坑內(nèi)有大面積的可液化土層，該土層不適宜采用旋挖施工，此法施工在液化嚴(yán)重區(qū)域容易造成塌孔；基底以上部位的土層大多為粉質(zhì)粘土層，考慮到基坑支護(hù)入風(fēng)化巖深度相對不深（最多6m）、礫巖粒徑相對不大，因此考慮用電機驅(qū)動動力頭式長螺旋鉆機，考慮了風(fēng)化巖層的硬度，電機功率采用55kw×2，鉆頭選用單頭單螺鉆頭，便于在粘性土中鉆進(jìn)。
（2）降水措施
本項目的地下水位較高，飽和狀態(tài)下的土質(zhì)物理性能較差，需提前進(jìn)行降排水措施，加長降水周期，保證支護(hù)樁施工的質(zhì)量和錨桿施工質(zhì)量。
在實施施工降水方案時，為了減少降水對周圍環(huán)境的影響范圍和程度，制定專項的回灌措施，確保降壓安全。
（3）試樁
由于場地土質(zhì)特殊，故專門選取了有代表性的部位進(jìn)行試樁。
在鉆進(jìn)過程中，基本和預(yù)想吻合，但施工鉆進(jìn)的速度都比較緩慢。
2、施工要點
（1）雜填土部位施工要點
最開始施工的部位為雜填區(qū)域，由于管線過近，造成降水井和支護(hù)樁的距離非?？拷?，如果先進(jìn)行管井施工，則在進(jìn)行支護(hù)樁施工時，非常容易造成管井被擠壓造成斷井，塌孔。進(jìn)而影響周邊管線造成電力中斷，故考慮先進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，成孔后在支護(hù)樁貼邊進(jìn)行降水成孔作業(yè)，將風(fēng)險降低到最小。然而此法施工需要克服雜填土和水位高兩個不利因素，需要重點防范的質(zhì)量風(fēng)險是嚴(yán)防孔壁坍塌。
旋挖施工時需要面對雜填土和地下高水位問題，此部位雜填土深度約為3m，旋挖施工采用鋼套管護(hù)壁。
為避免護(hù)筒底部在開挖過程中坍塌，使用4m長鋼套筒，伸入粘土層>0.5m，護(hù)筒直徑比鉆頭直徑大200mm，高出地面300mm，采用壁厚8mm鋼套筒，護(hù)筒就位后，四周空隙用粘土對稱、均勻填實，避免套筒偏移。開挖時，隨泥漿漏失及孔深增加，及時向孔內(nèi)補充泥漿，使泥漿面高于地下水位不少于1.5m的水頭。
為避免在軟土層中發(fā)生的塌孔事故，首先要保證孔內(nèi)泥漿面高度，二是要提高泥漿的相對密度和泥漿的黏度來維持孔壁穩(wěn)定。這要求必須準(zhǔn)備充足的泥漿池，泥漿制備的能力應(yīng)大于鉆孔時泥漿的需求量，制備的泥漿量大于單樁的體積；準(zhǔn)備充足的膨潤土來增加泥漿的黏度。另外，在鉆孔時，控制鉆進(jìn)速度,盡量多轉(zhuǎn)少鉆,減少對孔壁土壤的擾動，避免形成流塑，而又達(dá)到護(hù)壁的要求；同時在施工時控制鉆進(jìn)進(jìn)尺,控制好每次鉆進(jìn)的深度，并適當(dāng)控制提鉆的速度，避免鉆頭上下沖刷孔壁造成塌孔的發(fā)生。
（2）可液化土層施工要點
對于粘性土來說，含水量的增加會在土顆粒表面形成潤滑作用，隨著含水量的增加，薄膜水變厚，顆粒間電分子間吸引力下降，內(nèi)聚力也會降低，反之，當(dāng)含水量降低到最優(yōu)含水率時，內(nèi)聚力最大。
正是由于降水的作用，使得原來比較松軟的粘性土變得非常粘稠，長螺旋鉆機在鉆進(jìn)時漿片上沾滿粘土無法排出，造成鉆進(jìn)速度減慢，降至“臨界轉(zhuǎn)速”后造成無法鉆進(jìn)。需要及時將鉆桿提出，甩鉆反轉(zhuǎn)，清除粘附在螺旋漿片上的粘土后，再進(jìn)行二次鉆進(jìn)。
在多次反復(fù)提鉆后總結(jié)出經(jīng)驗，在鉆進(jìn)時，不能等到漿片糊滿粘土?xí)r才提鉆，當(dāng)鉆速開始下降時就必須及時提鉆并進(jìn)行清土，否則會造成清鉆困難和效率的進(jìn)一步下降。
進(jìn)行混凝土灌注施工時，為避免縮徑，同樣需要降低提鉆速度，讓鉆具有較長部分埋入混凝土內(nèi)；對于鋼筋籠不能下放到位的問題，主要原因是因為鋼筋籠與混凝土之間的阻力造成的，控制這類問題的辦法有：一，控制好混凝土灌注的進(jìn)度，避免因為下部混凝土凝固仍不能下插鋼筋籠；二、調(diào)整好鋼筋籠下插前的垂直姿態(tài)，保證鋼筋籠垂直作業(yè)；三、振搗管采用直徑較大，壁厚較厚的剛度良好的振搗器。
（3）長螺旋在風(fēng)化巖層施工要點
鉆進(jìn)過程中，當(dāng)進(jìn)入到風(fēng)化巖層時，長螺旋鉆機發(fā)生了不進(jìn)尺的現(xiàn)象。
原因分析：
第一：由于粉質(zhì)粘土層下方直接進(jìn)入到風(fēng)化巖層，直接由軟到硬，鉆孔機沒有任何的過渡層，當(dāng)遇到風(fēng)化巖層較平整或礫巖顆粒較大時，單頭單螺鉆頭會無法咬合導(dǎo)致打滑空鉆。
第二：電機驅(qū)動動力頭式長螺旋鉆機向下鉆進(jìn)的動力為鉆頭自身的自重，當(dāng)鉆進(jìn)的阻力大于自重時，鉆頭就產(chǎn)生原地空轉(zhuǎn)不進(jìn)尺。
針對以上原因，采用了如下解決辦法：
更換鉆機，使用液壓驅(qū)動動力頭鉆機，更換了液壓式動力頭長螺桿鉆機，鉆機功率100kw+48kw。由于采用了液壓驅(qū)動動力頭，具備了鉆孔時的無級變速能力，在淺層粘性土中，所需扭矩低時可是實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速低扭矩鉆進(jìn)，在深層風(fēng)化巖土層需要扭矩大時可以實現(xiàn)低速大扭矩鉆進(jìn)。最后雖然成本有所增加，但卻保證了施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，使用液壓動力鉆機后，每根樁成孔的速度平均加快了0.5個小時。
3、支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測
（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)觀測
本工程基坑屬于一級基坑，涉及到支護(hù)樁的監(jiān)測有：支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移、錨桿軸力、支護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移、支撐立柱沉降等。支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移和豎向位移監(jiān)測點沿水平系梁布置，在基坑中部、陽角處應(yīng)布置監(jiān)測點，布設(shè)間距為20m。深層水平位移監(jiān)測孔布置在基坑邊坡的中心處，短邊1個監(jiān)測孔，長邊兩個監(jiān)測孔；測斜管在護(hù)坡樁全長范圍內(nèi)設(shè)置。
其中，在可液化土層區(qū)域、基坑周邊管線區(qū)域、東側(cè)臨近主干道區(qū)域均為觀測的重點。在進(jìn)行后期觀測時，還要求施工單位和第三方觀測單位適當(dāng)增加觀測頻率，在凍土解凍和雨后的一段時間內(nèi)減小觀測間隔。
（2）周邊建筑物及環(huán)境觀測
對周邊建筑物的觀測主要有圍墻、周邊路面、臨近基坑建筑物（距坑邊距離小于2倍坑深）；周邊的環(huán)境監(jiān)測包括地下水位的觀測。
經(jīng)過冬季雨季的觀測，形變數(shù)據(jù)都在臨界值之內(nèi)。
結(jié) 論
基坑支護(hù)關(guān)系安全、是進(jìn)度的保障，與成本息息相關(guān)。而基坑支護(hù)的關(guān)鍵之一，支護(hù)樁的設(shè)計及施工，則是上述各點的重要條件。
本工程中，施工工藝和施工機械的確定是由施工部署和施工環(huán)境決定的，而 施工機械和施工工藝的選擇，也都是服務(wù)于質(zhì)量、進(jìn)度、成本這三個大目標(biāo)的。在處理支護(hù)樁施工時出現(xiàn)的問題，基本的出發(fā)原點應(yīng)該是安全優(yōu)先，質(zhì)量保證，經(jīng)濟合理。
在粘性土（可液化土）和松散土（風(fēng)化巖）兩種完成不同性質(zhì)的地質(zhì)條件下進(jìn)行支護(hù)樁施工，正確的機械選擇是施工順利與否的關(guān)鍵。根據(jù)兩種土質(zhì)不同的特性，選擇能適應(yīng)土層特點的機械，對于可預(yù)見的質(zhì)量和技術(shù)問題，采取必要的預(yù)控措施；對于實際施工中出現(xiàn)的突發(fā)性問題，應(yīng)根據(jù)實際情況作出分析，并拿出多備選方案，以供決策。