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摘要 本文介绍了青岛客站站房深基坑情况，根据工期要求和现场条件以及地质状况，对初步设计的冲击成孔灌注桩＋锚杆支护方案与优化后的钻孔灌注桩、锚杆加土钉墙、土钉墙三种支护型式组合的方案进行了比较，选择了有利于提前工期、降低成本、施工条件较容易满足的组合型式的支护方案。
关键词 深基坑边坡支护组合支护方案优化
1工程简介
新建青岛客站属城际铁路客站类型，东、西、南三个方向均能进出站，由站前广场、站房和站场客运设施三大部分组成。新建站房总建筑面积为54277m2，呈“U”型布置，主候车室设在南端地下，面积13500m2，基坑东西长约130m，南北长约110m，深约16m。
地下候车室北侧为上下站台的坡道，东侧为需要保留的钟表楼，南端为既有费县路，与费县路之间约有20m宽的空地作为施工场地，西侧为广州路，与广州路之间约10m宽作为主要施工通道，初步设计在地下候车室东、南、西三侧均采用钻孔灌注桩加锚杆的支护型式，采用φ800mm桩，间距1200mm。
青岛客站候车室为地下一层，局部两层，埋深16.9m，场区岩土层序清晰，地层结构较简单，地表分布第四系土层人工填土层和冲洪积粘土层，下伏燕山期花岗岩和燕山后期辉绿岩、闪长玢岩岩脉，埋深范围内均为强风化和中等风化，车站埋深范围内主要地层情况如下：
1、第一层杂填土，层厚2.5-3.9m；
2、第二层淤泥质土，个别钻孔揭露且较薄，层厚0.5-1.0m；
3、第三层粉质粘土，广泛分布，可塑状态，局部夹有少量角砾、花岗岩风化物，层厚0.9-8.0m；
4、第四层砾砂，少量分布，层厚1.0-2.0m；
5、第五层粉质粘土，广泛分布，硬塑状态，花岗岩风化物，层厚0.8-5.0m；
6、第五、六层花岗岩和辉绿岩强风化带，以石英和长石、辉石为主，节理裂隙发育，岩芯呈砾砂状、碎块状，层厚2.2-6.6m；
7、第七层花岗岩和辉绿岩中风化带，矿物成份与强风化带相同，节理裂隙发育，岩芯呈短柱状，为设计基础持力层。
根据开挖情况看，地表水较多，挖集水井明排后实际地下水位较低，与钻探资料有差距。岩石中风化带完整性较好，破碎带连通性较差，基岩裂隙水较少，地下水位较低，对基坑开挖和基坑边坡支护比较有利，但是岩石中风化带强度较高，需要采用爆破方式开挖。
2问题的提出
建设单位要求本工程工期较紧，计划3个月基坑开挖完毕，但由于施工场地较小，短期内现场也不能提供足够的电力，初步设计在基坑东、南、西侧采用φ800@1200mm钻孔桩，共计约350根，从工期要求看，仅仅施工围护桩就需要约两个月以上，本基坑约有30万m3土方，靠近桩一侧还要等桩达到设计强度后才能开挖，前期只能开挖基坑中心土方，因此完成难度较大。
从施工现场条件来看，基坑东部南区紧邻保留钟表楼，为支护的重点部位，东区北部紧靠益群地下商场和火车站广场，南侧与费县路相邻，西侧与广州路相邻，除少量管线外，没有重要建筑物。
从地质情况看，广泛分布有粉质粘土、花岗岩全风化、强风化带，地下水位较低，水量也较小，具备采用锚喷支护和土钉墙基坑边坡支护的条件。
综上所述，我们根据现场条件、工程地质条件，结合工期要求，考虑采用组合型式的基坑支护方式并进行了比较。
3支护方案的比较与确定
初步设计方案全部采用钻孔灌注桩，施工前期调查阶段，我们对施工现场进行局部开挖勘查，采用集水井明排后，发现地下水位较低，我们结合现场条件和工期要求，提出根据不同情况采用不同型式的支护结构，经与设计院共同研究，计划分三类进行边坡支护：一是在基坑东侧既有钟表楼位置维持原设计，采用钻孔桩支护，计112根桩，加设4道预应力锚杆；二是在基坑南侧和邻近施工场地一侧采用预应力锚杆加土钉墙支护型式；三是在基坑西侧采用土钉墙支护，北侧仍按设计采用土钉墙支护，并与初步设计的支护型式在工期、成本、施工条件等方面进行了比较。
3.1工期方面
初步设计采用φ800@1200mm钻孔灌注桩加锚杆结合支护的型式，共计约350根桩，考虑施工现场条件和供电量，只能安排12台钻机，每台机3－4天成桩一根，约需要90天，前期只能放坡开挖约15万m3土方，剩余土方要等桩达到设计强度分层加设锚杆后开挖，下层土石方还要爆破开挖，按照每天开挖外运6000 m3计，加锚杆施工时间，需要30天，共计用时120天，按2007年1月6日开工计，不能满足3月底开挖完基坑的要求。
采用组合型式的支护结构时，钻孔灌注桩加锚杆支护部分共计112棵桩，安排8台钻机，约需42天，前期边支护边放坡开挖约26万m3土方，按照每天开挖外运5000 m3计，需要52天，剩余约4万m3土方要等桩达到设计强度后开挖，下层土石方还要爆破开挖，按照每天开挖外运3000m3计，加上锚杆施工时间，需要20天，共计用时72天，约可提前10天满足3月底开挖完基坑的要求。
3.2成本方面的比较
基坑北侧面设计变更前后均为土钉墙支护，只比较东西南三个支护面。
初步设计采用钻孔桩成本约1400元/m3，共计350根φ800@1200mm钻孔灌注桩，桩长约20m，总计约490万元。
变更设计采用组合型式支护结构时，东侧采用112棵φ800@1200mm钻孔灌注桩，成本约157万元；南侧采用锚杆加土钉墙支护，长130m，面积約2200m2，土钉和锚杆水平间距2m，竖向6道土钉，3道锚杆；西侧采用土钉墙支护，长110m，面积约1900m2，水平间距2m，竖向9道土钉；土钉为2φ32钢筋,平均长度6m，锚杆为2φ15.2钢绞线,平均长度16m，其中2φ15.2锚杆约180元/m，2φ32土钉约160元/m，网喷混凝土成本约80元/m2，约173万元，采用组合型式支护共计约330万元；可节约成本约160万元。
同时，冲击成孔灌注桩采用泥浆护壁，部分泥浆需要用吸泥车外运；灌注混凝土时，冲击钻成孔的充盈系数一般要达到1.3，这两部分费用尚未计入节约范围。
3.3施工难度的比较
参考地质资料，本工程基坑岩面西高东低，西侧在地面下约5m就进入岩层，东侧在地面下约17m才进入岩层，岩面起伏较大，粉质粘土分布广泛，岩石中风化带完整性较好，破碎带连通性较差，基岩裂隙水较少，地下水位较低。如全部采用冲击成孔，则西侧多数桩位在地下5m进入强风化岩层，7－9m左右进入中风化岩层，每天进尺一般不超过1m，对工期影响较大；当采用组合支护型式时，刚好东侧采用桩锚联合支护，桩入岩较浅，成孔一般不超过3天，施工进度较快，西侧和南侧采用锚喷混凝土或土钉墙支护，土层位置采用锚杆钻机、地质钻机成孔，岩层位置采用潜孔钻机成孔，土方采用爆破开挖，施工进度较快。
考虑现场电力短期内只能提供1250kw，全部采用冲击钻机成孔只能提供最多12台钻机电力，设备数量不能满足工期要求，采用组合支护型式时，现场8台冲击钻机只需要800kw即可，锚杆和土钉成孔均采用电动或柴油空压机，需要电力较少。
由于工期较紧，基坑采用大开挖方式，边支护边开挖，施工场地较小；全部采用冲击钻机成孔时，钻机、泥浆池、沉淀池等占用场地较大；采用组合支护型式时，除东端钻孔桩外，其他工作面主要在基坑内，占用施工场地较小；工程开工时正在冬季，采用泥浆护壁成孔用水量大、泥浆多，作业条件差，锚杆和土钉大多数干作业成孔，作业条件相对较好。
3.4支护效果的比较
冲击成孔灌注桩桩身间距40cm，桩间采用网喷混凝土填平，采用组合支护型式时，坡面同样采用网喷混凝土，防水效果一般，但根据实际地质情况，地下水位在－7米以下，水量小，防水效果较好；冲击成孔灌注桩受施工工艺、地质条件等的影响，其成孔垂直度、桩径等较难精确控制，为减少对结构或工作面的影响，施工定位时需要适当外放，采用组合支护型式时，边开挖边支护，采用人工配合清理边坡，开挖面精度较容易控制。
3.5对周围环境影响的比较
冲击钻成孔噪音较大，离钻孔较近范围内振动明显，灌注水下混凝土会有大量泥浆外溢，泥浆外运时易污染市政道路；采用组合支护型式时，采用地质钻机或潜孔钻机成孔，要使用空压机，噪音比较大，采用吸音板等防护后，可降低噪音影响，同时成孔时产生泥浆少，可和基坑土方一起开挖外运，较少污染市政道路。
4组合支护型式施工方案的确定和实施效果
经与设计人员协商，共同确定了我们提出的基坑东部采用钻孔桩加背拉锚索、南侧采用锚杆加土钉墙、西侧采用土钉墙的组合基坑支护方案，变更设计后随即进行了施工。
在施工现场不增加电力供应的条件下，采用组合支护型式进行青岛客站深基坑开挖，同时在基坑东部施工钻孔桩，钻孔桩实际于开工后35天结束，下部土方需要大量爆破，实际到爆破开挖结束基本清理完土石方，共计用时75天，从基坑开挖至第一道土钉后开始进行基坑变形监测。到基坑清底完成为止，基坑最大水平位移18mm，支护面局部渗水，不影响施工，由钻孔灌注桩变更为组合型式支护结构后，达到了预期的支护效果，符合预期计划，满足建设单位阶段性工期的要求。
5需要注意的几个问题
通过本基坑方案的确定，我认为有以下几点值得注意：
（1）选用锚喷混凝土或土钉墙支护型式，必须注意工程地质和水文地质资料，要高度重视水的影响,本工程如果地下水位高或水量大则要采取降水措施。另外,如果本工程地质含粉细砂层和软弱土层较多时，一般也不宜采用土钉墙。
（2）基坑一次开挖长度，应视边坡允许变形范围、地质状况和施工流程相互衔接情况而定，本基坑地质条件较好，含水量少，开挖长度控制在30m以内，控制超深不超过0.5m，待上层喷射混凝土面层强度达到设计强度的70%后开挖下层土方。
（3）锚杆和土钉支护施工工艺时空性较强, 施工过程中要做好水平位移、沉降、土压力等监测工作,及时发现问题，结合现场实际及时调整支护参数，开挖、支护、降水、结构施工必须紧密配合,紧凑衔接。
（4）錨杆和土钉支护属柔性支护,地表变形相对较大,适合在场地空旷、建筑物较少的地方施工。
参考文献：
【1】赵明华.土力学与基础工程[M].武汉.武汉工业大学出版社，2003
【2】徐至钧等.新编建筑地基处理工程手册[M].北京.中国建材工业出版社,2005
【3】夏明耀 曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京.中国建筑工业出版社,2002
【4】龚晓南.地基处理手册[M].北京.中国建筑工业出版社，1998
【5】GB50330-2002.建筑边坡工程技术规范[S].
【6】JGJ120-99.建筑基坑支护技术规程[S].
【7】JGJ94-94.建筑桩基技术规范[S].
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词 深基坑边坡支护组合支护方案优化
1工程简介
新建青岛客站属城际铁路客站类型，东、西、南三个方向均能进出站，由站前广场、站房和站场客运设施三大部分组成。新建站房总建筑面积为54277m2，呈“U”型布置，主候车室设在南端地下，面积13500m2，基坑东西长约130m，南北长约110m，深约16m。
地下候车室北侧为上下站台的坡道，东侧为需要保留的钟表楼，南端为既有费县路，与费县路之间约有20m宽的空地作为施工场地，西侧为广州路，与广州路之间约10m宽作为主要施工通道，初步设计在地下候车室东、南、西三侧均采用钻孔灌注桩加锚杆的支护型式，采用φ800mm桩，间距1200mm。
青岛客站候车室为地下一层，局部两层，埋深16.9m，场区岩土层序清晰，地层结构较简单，地表分布第四系土层人工填土层和冲洪积粘土层，下伏燕山期花岗岩和燕山后期辉绿岩、闪长玢岩岩脉，埋深范围内均为强风化和中等风化，车站埋深范围内主要地层情况如下：
1、第一层杂填土，层厚2.5-3.9m；
2、第二层淤泥质土，个别钻孔揭露且较薄，层厚0.5-1.0m；
3、第三层粉质粘土，广泛分布，可塑状态，局部夹有少量角砾、花岗岩风化物，层厚0.9-8.0m；
4、第四层砾砂，少量分布，层厚1.0-2.0m；
5、第五层粉质粘土，广泛分布，硬塑状态，花岗岩风化物，层厚0.8-5.0m；
6、第五、六层花岗岩和辉绿岩强风化带，以石英和长石、辉石为主，节理裂隙发育，岩芯呈砾砂状、碎块状，层厚2.2-6.6m；
7、第七层花岗岩和辉绿岩中风化带，矿物成份与强风化带相同，节理裂隙发育，岩芯呈短柱状，为设计基础持力层。
根据开挖情况看，地表水较多，挖集水井明排后实际地下水位较低，与钻探资料有差距。岩石中风化带完整性较好，破碎带连通性较差，基岩裂隙水较少，地下水位较低，对基坑开挖和基坑边坡支护比较有利，但是岩石中风化带强度较高，需要采用爆破方式开挖。
2问题的提出
建设单位要求本工程工期较紧，计划3个月基坑开挖完毕，但由于施工场地较小，短期内现场也不能提供足够的电力，初步设计在基坑东、南、西侧采用φ800@1200mm钻孔桩，共计约350根，从工期要求看，仅仅施工围护桩就需要约两个月以上，本基坑约有30万m3土方，靠近桩一侧还要等桩达到设计强度后才能开挖，前期只能开挖基坑中心土方，因此完成难度较大。
从施工现场条件来看，基坑东部南区紧邻保留钟表楼，为支护的重点部位，东区北部紧靠益群地下商场和火车站广场，南侧与费县路相邻，西侧与广州路相邻，除少量管线外，没有重要建筑物。
从地质情况看，广泛分布有粉质粘土、花岗岩全风化、强风化带，地下水位较低，水量也较小，具备采用锚喷支护和土钉墙基坑边坡支护的条件。
综上所述，我们根据现场条件、工程地质条件，结合工期要求，考虑采用组合型式的基坑支护方式并进行了比较。
3支护方案的比较与确定
初步设计方案全部采用钻孔灌注桩，施工前期调查阶段，我们对施工现场进行局部开挖勘查，采用集水井明排后，发现地下水位较低，我们结合现场条件和工期要求，提出根据不同情况采用不同型式的支护结构，经与设计院共同研究，计划分三类进行边坡支护：一是在基坑东侧既有钟表楼位置维持原设计，采用钻孔桩支护，计112根桩，加设4道预应力锚杆；二是在基坑南侧和邻近施工场地一侧采用预应力锚杆加土钉墙支护型式；三是在基坑西侧采用土钉墙支护，北侧仍按设计采用土钉墙支护，并与初步设计的支护型式在工期、成本、施工条件等方面进行了比较。
3.1工期方面
初步设计采用φ800@1200mm钻孔灌注桩加锚杆结合支护的型式，共计约350根桩，考虑施工现场条件和供电量，只能安排12台钻机，每台机3－4天成桩一根，约需要90天，前期只能放坡开挖约15万m3土方，剩余土方要等桩达到设计强度分层加设锚杆后开挖，下层土石方还要爆破开挖，按照每天开挖外运6000 m3计，加锚杆施工时间，需要30天，共计用时120天，按2007年1月6日开工计，不能满足3月底开挖完基坑的要求。
采用组合型式的支护结构时，钻孔灌注桩加锚杆支护部分共计112棵桩，安排8台钻机，约需42天，前期边支护边放坡开挖约26万m3土方，按照每天开挖外运5000 m3计，需要52天，剩余约4万m3土方要等桩达到设计强度后开挖，下层土石方还要爆破开挖，按照每天开挖外运3000m3计，加上锚杆施工时间，需要20天，共计用时72天，约可提前10天满足3月底开挖完基坑的要求。
3.2成本方面的比较
基坑北侧面设计变更前后均为土钉墙支护，只比较东西南三个支护面。
初步设计采用钻孔桩成本约1400元/m3，共计350根φ800@1200mm钻孔灌注桩，桩长约20m，总计约490万元。
变更设计采用组合型式支护结构时，东侧采用112棵φ800@1200mm钻孔灌注桩，成本约157万元；南侧采用锚杆加土钉墙支护，长130m，面积約2200m2，土钉和锚杆水平间距2m，竖向6道土钉，3道锚杆；西侧采用土钉墙支护，长110m，面积约1900m2，水平间距2m，竖向9道土钉；土钉为2φ32钢筋,平均长度6m，锚杆为2φ15.2钢绞线,平均长度16m，其中2φ15.2锚杆约180元/m，2φ32土钉约160元/m，网喷混凝土成本约80元/m2，约173万元，采用组合型式支护共计约330万元；可节约成本约160万元。
同时，冲击成孔灌注桩采用泥浆护壁，部分泥浆需要用吸泥车外运；灌注混凝土时，冲击钻成孔的充盈系数一般要达到1.3，这两部分费用尚未计入节约范围。
3.3施工难度的比较
参考地质资料，本工程基坑岩面西高东低，西侧在地面下约5m就进入岩层，东侧在地面下约17m才进入岩层，岩面起伏较大，粉质粘土分布广泛，岩石中风化带完整性较好，破碎带连通性较差，基岩裂隙水较少，地下水位较低。如全部采用冲击成孔，则西侧多数桩位在地下5m进入强风化岩层，7－9m左右进入中风化岩层，每天进尺一般不超过1m，对工期影响较大；当采用组合支护型式时，刚好东侧采用桩锚联合支护，桩入岩较浅，成孔一般不超过3天，施工进度较快，西侧和南侧采用锚喷混凝土或土钉墙支护，土层位置采用锚杆钻机、地质钻机成孔，岩层位置采用潜孔钻机成孔，土方采用爆破开挖，施工进度较快。
考虑现场电力短期内只能提供1250kw，全部采用冲击钻机成孔只能提供最多12台钻机电力，设备数量不能满足工期要求，采用组合支护型式时，现场8台冲击钻机只需要800kw即可，锚杆和土钉成孔均采用电动或柴油空压机，需要电力较少。
由于工期较紧，基坑采用大开挖方式，边支护边开挖，施工场地较小；全部采用冲击钻机成孔时，钻机、泥浆池、沉淀池等占用场地较大；采用组合支护型式时，除东端钻孔桩外，其他工作面主要在基坑内，占用施工场地较小；工程开工时正在冬季，采用泥浆护壁成孔用水量大、泥浆多，作业条件差，锚杆和土钉大多数干作业成孔，作业条件相对较好。
3.4支护效果的比较
冲击成孔灌注桩桩身间距40cm，桩间采用网喷混凝土填平，采用组合支护型式时，坡面同样采用网喷混凝土，防水效果一般，但根据实际地质情况，地下水位在－7米以下，水量小，防水效果较好；冲击成孔灌注桩受施工工艺、地质条件等的影响，其成孔垂直度、桩径等较难精确控制，为减少对结构或工作面的影响，施工定位时需要适当外放，采用组合支护型式时，边开挖边支护，采用人工配合清理边坡，开挖面精度较容易控制。
3.5对周围环境影响的比较
冲击钻成孔噪音较大，离钻孔较近范围内振动明显，灌注水下混凝土会有大量泥浆外溢，泥浆外运时易污染市政道路；采用组合支护型式时，采用地质钻机或潜孔钻机成孔，要使用空压机，噪音比较大，采用吸音板等防护后，可降低噪音影响，同时成孔时产生泥浆少，可和基坑土方一起开挖外运，较少污染市政道路。
4组合支护型式施工方案的确定和实施效果
经与设计人员协商，共同确定了我们提出的基坑东部采用钻孔桩加背拉锚索、南侧采用锚杆加土钉墙、西侧采用土钉墙的组合基坑支护方案，变更设计后随即进行了施工。
在施工现场不增加电力供应的条件下，采用组合支护型式进行青岛客站深基坑开挖，同时在基坑东部施工钻孔桩，钻孔桩实际于开工后35天结束，下部土方需要大量爆破，实际到爆破开挖结束基本清理完土石方，共计用时75天，从基坑开挖至第一道土钉后开始进行基坑变形监测。到基坑清底完成为止，基坑最大水平位移18mm，支护面局部渗水，不影响施工，由钻孔灌注桩变更为组合型式支护结构后，达到了预期的支护效果，符合预期计划，满足建设单位阶段性工期的要求。
5需要注意的几个问题
通过本基坑方案的确定，我认为有以下几点值得注意：
（1）选用锚喷混凝土或土钉墙支护型式，必须注意工程地质和水文地质资料，要高度重视水的影响,本工程如果地下水位高或水量大则要采取降水措施。另外,如果本工程地质含粉细砂层和软弱土层较多时，一般也不宜采用土钉墙。
（2）基坑一次开挖长度，应视边坡允许变形范围、地质状况和施工流程相互衔接情况而定，本基坑地质条件较好，含水量少，开挖长度控制在30m以内，控制超深不超过0.5m，待上层喷射混凝土面层强度达到设计强度的70%后开挖下层土方。
（3）锚杆和土钉支护施工工艺时空性较强, 施工过程中要做好水平位移、沉降、土压力等监测工作,及时发现问题，结合现场实际及时调整支护参数，开挖、支护、降水、结构施工必须紧密配合,紧凑衔接。
（4）錨杆和土钉支护属柔性支护,地表变形相对较大,适合在场地空旷、建筑物较少的地方施工。
参考文献：
【1】赵明华.土力学与基础工程[M].武汉.武汉工业大学出版社，2003
【2】徐至钧等.新编建筑地基处理工程手册[M].北京.中国建材工业出版社,2005
【3】夏明耀 曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京.中国建筑工业出版社,2002
【4】龚晓南.地基处理手册[M].北京.中国建筑工业出版社，1998
【5】GB50330-2002.建筑边坡工程技术规范[S].
【6】JGJ120-99.建筑基坑支护技术规程[S].
【7】JGJ94-94.建筑桩基技术规范[S].
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。