1 深基坑支护概述

1.1 深基坑工程的内容

基坑土方开挖的施工工艺一般有两种：放坡开挖（无支护开挖）和在支护体系保护下

的开挖（有支护开挖）。前者既简单又经济，但需具备放坡开挖的条件，即基坑不太深而

且具备基坑平面之外有足够的空间供放坡之用。建筑密度很大的城市中心地带，往往不具

备基坑放坡开挖的条件，所以只能采用支护结构保护下的垂直开挖或基本垂直开挖。

本施工工艺仅介绍支挡式结构形式的几种支护类型。

1.2 深基坑支护结构的设计

1.2.1 基坑支护结构设计的原则

（1）安全可靠：支护结构要满足强度、稳定和变形的要求，确保基坑施工及周围环境

的安全；

（2）经济合理：在支护结构的安全可靠的前提下，从造价、工期及环境保护等方面经过技术经济比较，最终确定具有明显优势的方案；

（3）便利施工：在安全经济合理的原则下，要考虑施工的可能性和方便施工。

1.2.2 基坑支护结构设计的方法

基坑支护结构极限状态可分为下列两类：

（1）承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或基坑底失稳、管涌导致土体或支护结构破坏，内支撑压屈失稳，支护桩墙锚杆抗拔失效等；

（2）正常使用极限状态：对应于支护结构的变形已破坏基坑周边环境的平衡状态并产生了不良影响，如引起周边相邻的建筑物倾斜、开裂；道路沉降、开裂；周边的地下管线沉降变形开裂等。

1.2.3 基坑支护结构设计的内容

根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，基坑支护设计应包括下列内容：

（1）支护体系的方案技术经济比较和选型；

（2）支护结构的强度、稳定和变形计算；

（3）基坑内外土体的稳定性验算；

（4）基坑降水或止水帷幕设计以及围护墙的抗渗设计；

（5）基坑开挖与地下水变化引起的基坑内外土体的变形及其对基础桩、邻近建筑物和周边环境的影响；

（6）基坑开挖施工方法的可行性及基坑施工过程中的监测要求。

1.3 深基坑支护结构的安全等级

根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012 中3.1.3 规定，基坑侧壁的安全等级分为三级，对于同一基坑的不同部位，可采用不同的安全等级。

对于安全等级为一级、二级的建筑基坑侧壁，尚应进行基坑支护结构水平位移计算。

如支护结构的最大水平位移δ 要求如下：

对于安全等级一级的支护，应满足δ≤40mm；对于安全等级二级的支护，应满足δ≤100mm；对于安全等级三级的支护，应满足δ≤200mm。

2 各类型基坑支护特点及基坑支护选型

2.1 深基坑支护结构的作用

支护结构，通常作为临时性结构，当基础施工完毕即失去作用。有些支护结构的材料可以回收利用，如钢板桩和一些临时性的工具式支撑。也有一些支护结构属于永久支护，即可以作为基础结构的组成部分，例如地下连续墙一般可以作为复合式地下室外墙。不管是哪一类支护结构，均具有挡土、挡水和保护环境的作用，保护基础工程在施工安全的前提下，尽力做到经济合理和便于施工。

2.2 深基坑支护类型

支护结构的选型见下表

常见的基坑支护组合形式：

3 基坑支护施工工艺

3.1 排桩 预应力锚杆施工

排桩根据土层性质、地下水条件及基坑周边环境要求等可选择混凝土灌注桩、型钢桩、钢管桩、钢板桩、型钢水泥土搅拌桩等桩型，此处介绍混凝土灌注桩。

3.1.1 钢筋混凝土灌注桩施工工艺

（2）施工工序与技术要求

1）测量放样

①根据业主提供的交桩记录和各桩点，进行复核测量，经复核无误后，填写接桩记录。

②在施工场地利于保护和放样的地方设置地面导线点，根据平面交接桩记录，采用全站仪将控制点引入场地内，放样出地面导线点的平面坐标。

③根据高程交接桩记录，采用S3 水准仪将高程引入施工场内，在场地内均匀设3 个高程控制点。

④所设控制点均应距基坑10m 以上，减小施工时对控制点的影响。控制点经复核无误后，上报甲方、监理复核，经复核无误后方可投入使用。

⑤由于施工时会对控制点桩位产生影响，对正在使用的点应每半月复核一次，当点位变化超过允许误差后，应对原坐标或高程值进行调整，并报监理复核。

⑥为保证桩位点不因扰动而丢失，把标志在桩位上打入地下至少200mm。

2）导墙施工

当采用咬合桩时，桩顶应设置导墙，导墙宽度宜取3~4m，导墙厚度宜取0.3~0.5m。相邻咬合桩应按先施工素混凝土桩、后施工钢筋混凝土桩的顺序进行；钢筋混凝土桩应在素混凝土桩初凝前，通过成孔时切割部分素混凝土桩身形成与素混凝土桩的互相咬合，但应避免过早切割。

3）护筒埋设

泥浆护壁施工法是在静水压力下进行钻挖作业的，为了保护孔口防止坍塌，形成孔内水头和定位导向，护筒的埋设是磨盘钻机作业中的关键。护筒选用10～15mm 厚钢板卷制而成，护筒内径0.9~1.0m，上部开设1 个200mm×200mm 溢浆孔，护筒埋设时，利用挖机将其静力压入土中，其顶端应高出地面20～25cm，埋设深度2～4m，底部及周围回填粘性土，并夯实以防漏水。护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。护筒埋设要保持垂直，倾斜率应小于1%。

4）泥浆制备

①泥浆池的设置

现场设泥浆池（含回浆用沉淀池及泥浆储备池）。在沉淀池的旁边设置渣土区，沉渣采用反铲清理后放在渣土区，保证泥浆的巡回空间和存储空间。为防止进入施工现场的人员或物体掉入池中，泥浆储浆池和沉淀池周围设置安全防护栏，防护栏应间隔刷红漆及白漆，并设专人巡视。

②泥浆制备材料

为保证成孔质量，现场准备膨润土或粘土，为磨盘钻机配制钻进泥浆。水：现场打井取用；

膨润土：钙基膨润土或粘土；纯碱：工业碱；羟甲基纤维素CMC，易溶高粘。③泥浆性能指标及测试方法

④泥浆制备技术及要领

a）在测定泥浆材料性能的基础上，试配泥浆的最佳配合比；

b）认真做好泥浆性能测试工作。新制备的泥浆必须进行一次测试，开孔使用前进行一次测试，钻孔过程中测试一次，钻孔结束后在孔底以上500mm 处取泥浆样品测试一次，回收泥浆处理后必须进行测试；

c）施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m 以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m；

d）混凝土浇筑前，孔底500mm 以内的泥浆比重必须小于1.25，含砂率≤8%，粘度≤18～22s。

5）护壁泥浆再生处理

施工中采用重力沉降除渣法，即利用泥浆与土渣的相对密度差使土渣产生沉淀以排除土渣的方法。现场设置回收泥浆池用作回收护壁泥浆使用，经泥浆净化器净化后，输送到储浆池中，在储浆池中进一步处理（加入适量纯碱和CMC 改善泥浆性能），经测试合格后重复使用。

5）钻进成孔

开钻之前应根据护筒标高、桩顶设计标高及桩长，计算出桩底标高，以便钻孔时加以控制（用百米测绳）。钻机就位时，必须保持平整、稳固，不发生倾斜、移动。为准确控制孔深，在桩架上做出控制标尺，以便在施工中进行观测、记录。钻进过程中经常检查钻杆垂度，确保孔壁垂直。钻进过程中必须控制钻头在孔内的升降速度，防止因浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁塌方。钻进参数应根据地层、泥浆情况加以选择和调节。在进入砂层和卵石层时，应适当减慢进尺速度，提高泥浆的稠度，减小每个钻进回次的进尺量，保证孔壁稳定。钻进施工时，利用正铲及时将钻渣清运，保证场地干净整洁，利于下一步施工。钻进达到要求孔深停钻后，注意保持孔内泥浆的浆面高程，确保孔壁的稳定。成孔时作好施工记录，收集地质水文资料，如发现与原设计不符，及时向上级单位汇报。

在钻机显注位置挂设标识牌，注明其桩类型、桩编号、桩身直径、长度、桩底标高、桩顶标高、桩身混凝土设计强度及此桩位的相对标高、允许沉渣度、孔径、孔深允许误差等。

钻机就位误差：中心偏差不大于15mm。

钻进成孔质量控制要求如下：

①桩位：灌注桩成桩中心与设计桩位中心偏差不大于10mm。②桩径：灌注桩桩径不得小于设计桩径，且桩身扩颈造成局部突出不应大于100mm。③桩深度：桩顶标高的施工误差不得超过±100mm，桩底标高的施工误差-0～ 300mm（即桩长不得小于设计桩长）。④桩垂直度：围护桩桩孔垂直度不得超过桩长的0.5%。⑤沉渣厚度：混凝土浇筑前桩底沉渣厚度不得大于100mm。⑥孔壁稳定性：在成孔完毕后至混凝土浇筑完整个过程中确保不会发生坍孔现象。

6）清孔

第一次沉渣处理：在终孔时停止钻具回转，将钻头提离孔底10~20cm，维持冲洗液的循环，并向空中注入含砂量小于4%（相对密度1.05~1.15）的新泥浆或清水，令钻头在原位空转10~30min 左右，直至达到清孔要求为止。清孔完毕后应尽快进行钻杆拆卸、钻机移位、终孔验收、下钢筋笼、导管下放等工作；从清孔停止至混凝土开始浇灌，应控制在1.5~3h，一般不得超过4h，否则，应重新清孔。

第二次沉渣处理：在钢筋笼和下料导管放入孔内至灌注混凝土以前进行第二次沉渣处理，通常利用混凝土导管向孔内压入相对密度1.15 左右的泥浆，把孔底在下钢筋笼和导管的过程中再次沉淀的钻渣置换出。

沉渣厚度通过以下方法测定：量取钻具下到地面以下长度作为孔底深度（钻头长度一般取其2/3 计算），测绳测得深度作为沉渣顶面深度。两者数据之差为沉渣厚度，根据设计图纸要求，沉渣厚度不得大于100mm。

7）钢筋笼制作及吊装

钢筋笼制作工艺流程

①原材复试

钢筋进场以后，对钢筋进行外观检查，其直径、规格、型号符合设计要求以后，按照规范规定进行取样送检，检验合格后方可使用。套筒进场以后，必须提供材料合格证、型式检验报告等质量保证资料，确保原材料合格。

②钢筋笼连接及制作

钢筋加工严格按设计图纸下料，主筋接头采用直螺纹接头，加强筋用特制绞盘缠绕环状，焊接成型，箍筋按间距要求螺旋型缠绕在笼骨架上，钢筋笼主筋与箍筋、主筋与螺旋筋之间均采用梅花点焊。钢筋笼根据不同长度分节制作，孔口直螺纹连接，用吊车吊入孔内。钢筋笼外每隔2～4m 绑混凝土垫块，保证桩钢筋保护层厚度。下钢筋笼前做自检记录，经质检和监理检查合格后方可使用，并认真做好隐检记录。

③钢筋笼吊装

钢筋笼起吊及运输过程中用一台25 吨汽车吊6 点起吊法起吊，应保证整体、平直起吊。钢筋笼扶直过程中使用吊车的主副钩将笼子吊离地面后，利用重心偏移原理，通过起吊钢丝绳在吊车钩上的滑轮并稍加人力控制，实现扶直，起吊转化为垂直起吊，以便入孔。用吊车吊放，入孔时应轻放慢放，入孔不得扭笼、坠笼或强行向下墩笼从而损坏端头注浆器。遇阻碍要查明原因，进行处理，不得强行下放。钢筋笼安装完毕以后，必须立即固定。

钢筋笼加工

8）下放导管

①导管长度要根据所钻孔深进行合理配置，导管布置中间为3 米若干节，顶部根据需要以1 米、0.5 米的短管来搭配，接头用法兰盘连接。导管连接处用橡胶垫圈密封，严防漏水、漏气。

②下孔前应作试压试验，试验压力0.4MPa，保证导管密封性能可靠和在水下作业时导管不漏水。

③连接导管时要使导管平直，内壁光滑平整，安装后的导管轴线偏差不得超过20mm。

④隔水塞选用球胆，其外径比导管内径小20~25mm。

⑤漏斗用4mm 厚的钢板制成棱形锥形或圆锥形，容积不小于2.0m³，底部用导管螺纹接头与导管连接，沿斗口外侧焊30×30mm 角钢以确保其刚度。

⑥灌注前，导管位置应居中，导管底口距孔底0.5～0.8m 左右。根据砼和导管总长确定提管高度确保导管埋入砼面不小于2～6m，同时初灌量需满足一次性埋管至少0.8m。

9）混凝土材料要求

①对混凝土的技术要求

设计要求桩身混凝土强度等级为C25，粗骨料（碎石）最大粒径不得大于25mm，塌落度180~220mm。不允许任何含有氯化钙的外加剂用在混凝土配合比中。配制的混凝土应该密实，具有良好的流动性，满足水下混凝土灌注并保证设计要求。

②混凝土试验

混凝土必须有配比单，混凝土配合比设计应在灌注混凝土施工前提交。所有供应商的物料质量证明书存放工地备查。包括原材（水泥、砂、石、外加剂）出厂合格证、原材试验报告。在混凝土浇注前，委托有资质的试验室在具有认可专业资格的工程师监管下进行指定的有关试验。

③混凝土骨料试验

骨料来源及供应批准后，对骨料进行以下试验。颗粒分析，粘土、粉土及灰尘的含量，有机物的测试分析，含盐量，重量比，吸水量，有效直径。这些测试结果提交甲方驻工地代表、监理及有关单位审批审阅。

10）水下灌注混凝土

第二次清孔检测泥浆各项指标及孔底沉渣厚度均满足要求后，4h 内灌注砼，如超出时间，应重新检测泥浆和清孔；采用商品混凝土浇筑，混凝土浇筑前必须检查混凝土塌落度、和易性达到质量要求后方可进行浇筑；灌注首批砼之前在导管和漏斗中放入隔水塞，然后再放入首批砼。

混凝土初灌量应灌至导管下口2m 以上，混凝土浇注时，导管下口埋入混凝土的深度不小于1.5m，不大于6m，设专人及时测定，以便掌握导管提升高度。每次拆卸导管，必须经过测量计算导管埋深，然后确定卸管长度，使混凝土处于流动状态，并做好浇注施工记录。混凝土灌注必须连续进行，中间不得间断。拆除后的导管放入架子中并及时清洗干净。

混凝土初灌量可按下式计算：

式中：V—混凝土初灌量（m3）；h1—导管内混凝土高度；d1—导管内径，取0.25m；K—混凝土充盈系数，取1.3；h2—导管外混凝土高度（m），取1.3~1.8m；d2—桩孔直径，取0.8m；h—桩孔深度（m），取为29m；γw—泥浆比重，11~12kN/m3；γc—混凝土比重，23~24kN/m3；计算得V≥1.84m3，即混凝土初灌量可取为1.84m3。

在确认初存量备足后，可开动混凝土泵，将混凝土直接泵入导管内，直至孔口反出水泥浆为止。在初期泵入混凝土时应控制泵入的速度，并注意观察钢筋笼上升高度，一旦发现钢筋笼上升立即停止泵入混凝土，适当提升一次导管，并确保导管埋入混凝土深度不小于2m。待孔口反出水泥浆时，方可终止泵料，提出导管。

做好混凝土用量记录和提管高度和次数记录。

混凝土灌注必须连续进行，中间不得间断。混凝土升到钢筋笼下端时，为防止钢筋笼被混凝土顶托上升，应采取以下措施：在孔口吊筋固定钢筋笼上端；灌注混凝土的时间尽量加快，以防砼进入钢筋笼时其流动性减小；当孔内混凝土接近钢筋笼时，应保持埋管较深，并放慢灌注进度；孔内混凝土面进入钢筋笼1～2m 后，应适当提升导管，减小导管埋置深度，增大钢筋笼在下层混凝土中的埋置深度；在灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，压力差降低，而导管外的泥浆及所含渣土的稠度和比重增大，如出现混凝土上升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，亦可掏出部分沉淀物，使灌注工作顺利进行。

混凝土灌注过程中，应始终保持导管位置居中，提升导管时应有专人指挥掌握，不使钢筋骨架倾斜、位移，如发现骨架上升时，应立即停止提升导管，使导管降落，并轻轻摇动使之与骨架脱开；混凝土灌注到桩孔上部5.0m 以内时，可不再提升导管，直到灌注至设计标高后一次拔出。灌注至桩顶设计标高后必须超灌80cm，以保证凿去浮浆后桩顶混凝土的强度。

混凝土浇筑应做混凝土强度试块，每根桩留设一组标养试块，试块应养护好，达到一定强度后立即拆模送往养护室标准养护；混凝土施工完毕后，及时收集混凝土出厂合格证、混凝土强度报告，并做混凝土强度评定。

11）混凝土浇筑及护筒的起拔

待混凝土浇筑完毕，卸完导管后起拔钢护筒。为保证桩顶混凝土灌注质量，混凝土超灌量约为0.7 米。超灌高度应根据实际情况予以调整。

12）凿除桩头

为确保桩顶混凝土强度，灌注桩施工完毕后，将桩顶浮浆层剔凿至少0.8m 至密实混凝土处，至设计桩顶标高，进行无损测试。桩头凿毛并清理干净，混凝土达到终凝之前先剔除部分浮浆，待桩达到设计强度前剔除至桩顶设计标高。

（3）质量控制标准及保证措施

按照《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2009 及《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，以及项目所在地地区规范相关要求执行，部分地标与过标检测要求不尽相符。施工中允许偏差值见下表。

施工允许偏差值

1）护坡桩成孔质量保证措施

①施工前应对对钢材等原材料进行检测，质量符合国家标准规定后方可使用；

②施工过程中应对成孔、混凝土灌注、钢筋笼制作安装等进行全过程检查；

③钻机移位、运输钢筋笼以及浇筑混凝土时，均应注意保护好现场的轴线桩、高程桩。钻孔时先测量定位护筒高程，计算出钻深并在钻杆做出标记，钻进时设专人检查钻杆深度，保证桩长满足设计要求。

④孔径控制主要控制钻头直径能满足设计要求。

⑤施工前清除地下障碍，平整压实场地以防钻机偏斜。

2）混凝土制作及浇筑质量保证措施

①优化粗骨料级配。混凝土一般采用5～20mm 碎石。

②合理选择外加剂。尽量用早强型减水剂代替普通泵送剂。

③粉煤灰的选用要经过配比试验以确定掺量，粉煤灰至少应选用II 级灰，细度不大于20%。

④做好砼随车小票的记录,标明搅拌时间、出场时间、进场时间、浇筑时间和浇完时间；

⑤对商品砼坍落度要做到每车检查，并做好记录；坍落度小于18cm 时，不得使用。

⑥砼严禁自己随意加水，现场存放一定量的减水剂，用以调解砼的稠度。

⑦保持砼灌注的连续性，现场混凝土量满足单根桩用量时方可压灌混凝土。

3）钢筋笼加工及安装质量保证措施

①钢筋笼的固定圈模具在加工厂统一加工，以保证截面尺寸准确；

②制造钢筋笼的台架在现场加工，保证上面平整以控制钢筋笼的垂直度；钢筋笼加焊吊点，确保吊装稳固。

③钢筋笼运输、吊装时用专用的运输架、起吊架，保证钢筋笼不弯曲、扭转；吊放钢筋笼入孔时，对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。

④钢筋笼加工成形后及时组织验收，并做好标识，防止混用。

⑤为防止钢筋笼位置偏差，在钢筋笼主筋上，每隔4.0m 左右设置一组4 个保护层垫块（ø8 钢筋制作），以此控制保护层，使钢筋笼平面位置对准桩孔轴线，并使钢筋笼垂直状态吊放入孔。

⑥钢筋笼在制作、运输和安装过程中，应采取措施防止变形。

4）桩头剔凿质量保证措施

在桩头土方开挖到位后，将设计桩顶标高测放到每个桩的钢筋上，并用红油漆标注，而后进行桩头凿除。剔凿采用人工进行，先将钢筋剥出，再将桩头打钎凿断，桩头凿除过程中注意保护桩头钢筋。桩头凿除分区分段进行，桩头截断后，采用吊机吊至指定地点集中外运。

5）其他相关措施

①桩头外留的主筋要妥善保护，不得任意弯折或压断。

②桩头混凝土强度，在没有达到5MPa 时，不得碾压，以防桩头损坏。

③出现钻杆跳动、机架晃摇、钻不进尺等异常现象，应立即停车检查。查明原因，采取相应措施后方可继续作业。

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