坚硬砂岩地质条件下的深基坑施工综合技术

许宝辉 侯庆达 王枭萌 罗凯旋 李志文 陈壮壮 朱博文

中建八局第二建设有限公司 山东 济南 250022

摘要：为解决合肥市蜀山区为民服务中心项目深基坑工程开挖过程中坚硬砂岩造成的施工阻碍，前期从施工组织以及施工部署着手，为深基坑施工做好充分的准备，并对基坑支护结构进行优化，以保证基坑能够顺利开挖。此外，针对工程实际，对施工机械和爆破方案进行了合理选择。上述措施在保证施工进度的前提下，亦能保证基坑安全，为今后类似基坑工程施工组织提供了借鉴。

关键词：坚硬砂岩；深基坑；支护结构优化；旋挖截齿取芯钻；爆破

中图分类号：TU753.1 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2020)02-0152-03 DOI：10.14144/j.cnki.jzsg.2020.02.003

Comprehensive Construction Technology of Deep Foundation Pit Under Hard Sandstone Geological ConditionXU Baohui HOU Qingda WANG Xiaomeng LUO Kaixuan LI Zhiwen

CHEN Zhuangzhuang ZHU Bowen

The Second Construction Limited Company of China Construction Eighth Engineering Division, Jinan, Shandong 250022, ChinaAbstract: In order to solve the construction obstacles caused by hard sandstone during the excavation of the deep foundation pit project of Shushan District Public Service Center in Hefei City, the proper consideration is given to the construction organization and construction deployment from the early stage to make full preparations for the construction of the deep foundation pit and optimize the support structure of the foundation pit, so as to ensure the smooth excavation of the foundation pit. In addition, according to the engineering practice, the construction machinery and blasting scheme are reasonably selected. On the premise of ensuring the construction progress, the above measures can also ensure the safety of the foundation pit and provide a reference for the construction organization of similar foundation pit projects in the future.Keywords: hard sandstone; deep foundation pit; support structure optimization; rotary cutting tooth coring drill; blasting1 工程概况

背景工程是由东西2栋高层塔楼（15层、18层）、4层裙房、2层地下车库组成的综合体。基坑总面积约17 080 m2，总平面呈不规则多边形，地库区域开挖深度9.8 m，局部8.7 m；西塔楼区域开挖深度11.4 m，最大开挖深度13.5 m；东塔楼区域开挖深度11.0 m，最大开挖深度11.9 m。基坑周边环境多样，北侧已建办公楼地库外墙与基坑最小距离为4.7 m，西南侧已建住宅楼与基坑最小距离为20.4 m，东侧已建市政路人行道与基坑最小距离为1.2 m（图1）。

基坑北侧、东北侧、西南侧采用土钉墙＋围护桩＋钢斜撑的支护方式（图2）；东侧采用土钉墙＋双排桩的支护方式（图3）。

注浆钢管土钉钢筋土钉红线规划道路红线基坑边线高层办公楼北怀宁北路住宅楼管线公园图1 基坑周边环境示意3 0009001 000护栏3 000泄水管冠梁牛腿°地库21.40 m45传力杆6 80050017.00 m钢格构斜撑止水钢片传力杆作者简介：许宝辉（1989—），男，本科，工程师。通信地址：安徽省合肥市包河区南京路金融港A1栋14层（230041）。

电子邮箱：270036160@qq.com收稿日期：2019-11-18支护桩排水沟15.60 m支座桩图2 基坑北侧、东北侧、西南侧支护形式

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许宝辉、侯庆达、王枭萌、罗凯旋、李志文、陈壮壮、朱博文:󰀁󰀁

坚硬砂岩地质条件下的深基坑施工综合技术

6 7501 0003 0001 000泄水管0泄水管冠梁05 422.30 m钢管土钉冠梁003 5钢筋土钉连梁17.00 m支护桩排水沟图3 基坑东侧支护形式

2 基坑难点分析

2.1󰀡坡顶空间受限

本工程北侧坡顶距离红线仅0.8 m，东侧坡顶距离红线0.9～1.5 m，西南侧坡顶距离红线0.7 m，坡顶处空间狭窄，无法作为施工工作面，甚至无法正常布置临时水电、排水设施，使基坑施工工作面受到严重影响。

2.2󰀡场地条件复杂

基坑开挖深度范围内主要土层由上至下分别为杂填土层、淤泥层（局部）、粉质黏土、黏土、强风化泥质砂岩、微风化砂岩。在场区表面普遍为杂填土，其厚度达到1.50～13.00 m；基坑北侧、南侧、东侧在绝对高程22.30～15.00 m以下存在坚硬微风化砂岩，岩层埋深自西向东逐渐变浅。

前期用300级旋挖钻试成孔时遇岩层无法钻进，地勘报告揭示岩层饱和抗压强度仅20.8 MPa，而现场见证取样岩层饱和单轴抗压强度值高达71.6 MPa，远超地勘报告提供的强度值，施工难度增加。施工变压器位于东侧边坡内部，进一步增加施工组织难度。

2.3󰀡土方外运难

2018年11月至2019年1月，合肥市雨雪天多达37 d、禁运天数多达38 d，土方作业不连续且允许外运的天数少，土方工期压力大，严重阻碍后续工作开展，且整个合肥市的环保形势严峻，施工中环保要求高。

3 关键施工技术措施

3.1󰀡土方与支护协调施工

上层土方外运及支护施工主要集中在2018年11月至2019年1月，为降低交叉作业影响，结合场地条件，遵循先撑后挖、先易后难、先西塔楼后东塔楼部署原则。由于变压器位于东侧边坡内部，支护桩冠梁未施工前开挖容易引发安全事故，故结合现场场地条件及工期要求，从空间上将场区划分为东西2个相对独立的施工段，支护施工安排为自西向东施工，四周预留支护桩施工工作面，中心区域开挖第1层土方。为缓解场内运输压力，在西侧增设临时出

口，方便支护用物资进出。西塔楼支护桩施工完成后，开挖此区域预留土方，土钉墙、冠梁施工紧随其后，同时进

行支座桩施工，待冠梁强度达到设计要求后，分层开挖至坑底并及时进行钢斜撑施工；同时开展东塔楼区域支护施工及后续施工任务。本部署可以最大限度地降低土方与支护交叉施工影响，方便引入新的施工任务，为西塔楼主体优先施工创造有利条件。

3.2󰀡坡顶排水及防护方案

为充分利用坡顶空间，同时为检修通道预留充足空间，坡顶采用钢管架防护，临时电缆统一放置在电缆桥架内；由于坡顶较窄无法布置排水沟，故采用DN250 mm钢管＋沉淀池排水系统，场内雨水先汇集到坡底排水沟，再通过水泵抽排到排水钢管内，经沉淀池沉淀后排往市政管网（图4）。

3.3󰀡支护桩施工方案3.3.1 作业面选择

由于施工时受雨季及重污染天气因素影响，2018年11月至2019年1月渣土外运作业时间极少，上层杂填土外运时间不确定性较大。场地内杂填土平均厚度6.3 m，表层土已固结良好，具有较好的承载力。综合考虑工期、场内交通及渣土外运因素，经场地整平后，选择在现状标高施工支护桩。

3.3.2 方案优化

鉴于岩层实际强度远超勘察报告强度，原计算模型已与实际不符，委托设计单位重新计算支护模型。在满足安全、规范构造要求的前提下，结合岩层起伏程度，利用瑞典条分法重新分段建立整体稳定性计算模型，利用有效应力法重新建立工况应力状态模型[1-2]，经计算，支护桩嵌固深度有较大优化空间。同时，由于东塔楼区域岩层埋深较浅，钢斜撑支座设计方案变更为刻槽埋于岩层中。支护桩嵌固深度优化、钢斜撑支座优化已通过专家论证评审，确保支护结构施工的经济性、安全性。

3.3.3 钻机及钻头选择

针对本工程而言，如使用冲击钻、冲击反循环钻机湿成孔作业，夜间中断8 h、中午中断2 h极易发生坍塌。此外，湿作业产生泥浆较多，需及时外运，且穿岩层效率极低，需要连续钻进30 h方能成孔。人工挖孔桩施工危险系数高，工人劳动强度大，安全管理难度大。旋挖钻机适用黏土层、岩层，移动灵活方便，可干成孔，对环境污染小，成孔效率高，4～5 h即可成孔。综合考虑环保、安全、成本、工期、电力供应等因素，选用400级大型旋挖机成孔。

由于土层与岩层性状、强度差别大，故科学地选择钻头及合理地使用钻头，能丰富旋挖钻机的施工工艺、提高施工效率。本工程采用螺旋钻头与取芯钻头配合成孔，穿

建筑施工·第42卷·第2期

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坚硬砂岩地质条件下的深基坑施工综合技术

透土层采用螺旋钻头，穿透岩层采用取芯钻头。

本工程所遇砂岩裂隙发育较少，最高单轴饱和抗压强度71.6 MPa，为坚硬岩石。穿透俗称“磨刀石”的微风化砂岩需要克服多种困难，尤其是钻齿磨损严重、钻进效率低下等问题。取芯钻头钻进机理主要分为筒体环切释放岩石围压、截齿阶跃破碎兼研磨钻进。通过截齿作用，使岩石产生裂纹，进而通过裂纹演化贯通。旋挖机钻头与岩体相互作用受竖向侵入力和水平面内扭矩作用，竖向侵入力使得钻头侵入岩石，水平面内扭矩使得钻头在侵入岩石的同时旋转产生切割作用。通过转速、扭矩、钻头工作压力进行组合设定，直径90 cm的截齿取芯钻头子弹头数量为15颗，直径1 m截齿取芯钻头子弹头数量为18颗，效率与成本最佳。取芯钻头将岩芯整体取出，岩芯最大高度0.9 m，同时钻进作业时使用自来水对钻头进行降温，延长子弹头寿命，亦起到降尘作用。

3.4󰀡冠梁方案3.4.1 杂填土层冠梁方案

冠梁施工期间正处于雨季，为减少填土边坡变形及土体暴露时间，同时也为节省工期，放弃传统的先挖方后回填的工艺，改为单侧支模工艺，即放坡开挖至冠梁垫层底标高处，与冠梁交界面做喷护处理（工艺同坡面土钉墙），作为冠梁内侧模板，外侧冠梁模板加固体系由与支护桩箍筋焊接的对拉螺杆、斜抛撑、木方、木模板组合而成（图5）。本工艺冠梁直接与土体挤密，以保证坡脚安全稳定，施工中对坡底线控制较为严格，需要精准控制坡底标高与平面位置。

轻质围挡护栏喷护层桥架排水管冠梁垫层加固体系 图4 坡顶布置 图5 冠梁支设示意

3.4.2 变压器区域冠梁方案

变压器位于坡顶线与冠梁之间，且距冠梁外缘仅30 cm，冠梁施工前此处土方无法开挖。经设计同意，将此处冠梁升高至与地面平齐，在满足底板、外墙施工的前提下，将支护桩桩位内移，保证支护桩施工安全，原冠梁标高处增设腰梁并与变压器以外区域冠梁连接。

3.5󰀡钢斜撑施工

本工程钢格构斜撑宽500 mm，由4根180 mm×18 mm角钢及缀板焊接而成，采用无预紧力设计。传统钢斜撑安装方法为按比设计间距稍长加工钢斜撑，现场测量支座、牛腿间距，现场切割钢格构撑，此方法存在端头部位质量不易保证的问题。本工程在斜撑约1/3部位创新应用套管

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式结构，根据现场实测尺寸拼接钢斜撑，无需现场切割，10 cm以内的定位误差均可安装（图6）。

牛腿冠梁预埋件支护桩长200套管结构钢格构斜撑斜撑支座端头封板支座桩图6 钢斜撑安装示意

3.6󰀡爆破方案

东塔楼区域微风化砂岩埋深5～6 m，且分布范围较大，故采用爆破开挖。鉴于顶部岩面、底部基础标高变化较大，基坑开挖深度范围分2次爆破，每次爆破时严格控制底部高程。钢支撑支座直接爆破成形，避免后期机械破碎，提高施工效率。

3.6.1 布孔设计

根据爆破区域的岩性、地形、工程量、工期要求以及周边环境，并结合以往类似工程施工经验，靠近围护桩边缘0.5 m范围内采用光面爆破，并适当缩小孔距，其他区域采用浅孔、深孔松动爆破方案，多打孔、少装药。为保证基坑边缘岩体的完整性，以及降低爆破振动对周边建筑物的损害，每层爆破选择合理单耗、起爆网络并采取防飞石措施。

3.6.2 爆破时间选择

爆破区域距在施主体结构西塔楼最近仅24 m，为减少爆破时对主体结构的扰动，每次爆破节点控制在西塔楼混凝土浇筑5 d后进行。爆破作业后，模架及防护设施安全检查合格之后，方可继续进行西塔楼主体结构的施工。

4 结语

合肥市蜀山区为民服务中心项目深基坑施工在此施工技术指导下，顺利完成了项目深基坑施工，保证了基坑及主体塔楼施工进度，同时也大大节约了施工成本，创造了良好的施工效益。通过此深基坑施工，积累了本项目管理人员克服难题及合理组织施工的经验，也为坚硬砂岩地质条件下的深基坑施工提供了参考。

[1] 汪雨珍.复杂地质层桩基的旋挖钻与冲击钻施工技术研究[J].工程

与建设,2017,31(1):125-127.

[2] 董朋,姚孟洋.旋挖钻机在建筑工程硬质基岩中钻进超大直径桩基

工艺实例分析[J].中国高新技术企业,2016(11):111-112.