深基坑主体围护结构施工方法的研究

    钱　晖　杨锦跃

    摘要：目前基坑工程已成为工程界所关注的技术热点和难点，成为近年来工程界中最为活跃的技术领域之一，是岩土工程最新发展的一个重要标志。本文结合当前深基坑施工技术的发展情况，对某城标保护方案进行了案例分析和总结。

    关键词：基坑；围护；施工

    1 深基坑工程的特点

    基坑越挖越深。城市的发展使得建筑物成本中地皮费用的比例增加，同时为了满足国家对于建筑物地下室及人防的要求，建筑投资者不得不向地下空间发展。

    工程地质条件不可选择。城市建筑物选址的范围受到整个城市整体规划的制约，不可避免的会遇到地质条件差的情况，这在沿海地区更为突出。

    基坑周围环境复杂。现在城市越发展，房屋和建筑物的密度越来越大，往往建筑物的基坑处于周围高大建筑物环抱或者紧临重要的市政设施，对于基坑的要求不仅保证自身的安全，更不能殃及池鱼。

    基坑支护型式多。挡土结构有：挖孔桩、预制桩、钻孔桩、搅拌桩、地下连续墙等，支撑拉锚结构有：钢管支撑、混凝土支撑、型钢支撑、预应力锚杆、预应力锚索、喷锚网支护等，及以上各种支护形式的综合使用，各种方法不胜枚举。

    基坑工程事故多。造成基坑频发事故的主要原因有：设计方面的原因，如计算模式的选择、计算方法的选择、参数的选取等；勘察方面的原因，如地质资料和实际开挖相差太大、钻孔资料不详细等；施工方面的原因，如管理不善、技术不到位、无资质分包施工、检查验收方面等。由于地下工程的特殊性，所以事故的避免要靠各方面的共同努力来进行。

    2 深基坑主体围护结构的施工

    2.1 支护体系选择的影响因素

    基坑平面的几何尺寸，开挖深度，防水抗渗要求；地下工程的类型、特点，建筑物基础结构及上部结构类型：场地的工程地质及水文地质条件；基坑围护结构所受的土压力、地面超载等因素；基坑周边建筑物、道路、地下管线、市政设施、附近水域状况及对基坑施工的特殊要求等；施工技术、降排水方法、施工作业设备、材料等对基坑支护结构的适用的可能性：根据可行性、安全性、工期、造价进行综合比较，优化选择围护结构方案类型。

    2.2 一般基坑支护结构施工的要点

    根据地质及水文地质、结构设计、周围环境、施工条件等确定控制地层位移的技术标准。根据标准确定安全、合理的施工程序及施工参数。主要包括以下几条：

    对基坑进行分层分段开挖，且先架设支撑后开挖；每层开挖施工中，同时开挖的部分在位置上及深度上，尽量保持对称，避免围护结构承受偏载；制定支撑围囹的施工质量要求，及已经架设的支撑的保护措施；合理组织场地内的材料堆放，限定基坑边的超载；对于要进行降水的基坑，制定出降水排水堵漏措施，保证基坑内外土压平衡；合理搭配开挖设备、运输设备，保证开挖的顺利进行；加强对基坑开挖全过程的监控，进行信息化施工。

    2.3 基坑降水的影响

    为保证由于基坑的开挖而不会对周围地层产生太大的影响，必须严格控制基坑降水、排水的设计和施工。基坑在开挖过程中，无论是人工还是机械施工，都对坑内土层的含水量有一定要求，在地下水位以下施工时难度很大，必须在开挖前进行降排水处理。

    3 工程实例：杭州地铁1号线临平段城标保护工程

    本工程汽车城站属于杭州地铁1号线临平段的中间位置，在余杭区范围内，位于杭州主城区的东北部，临平副城的南入口迎宾路与望梅路交叉口位置。其南端为乔司北站，北端为世纪大道站。车站为地下二层岛式车站，采用明挖顺做法施工。车站长179.6m，标准段宽18.3m，车站共设4个出入口和2组风亭。车站顶板埋深约2.45m，底板埋深约15.34m，端头井底板埋深约17.84m。

    对基坑工程施工有影响的建筑物主要为临平城标，该城标位于迎宾路与望梅路交叉口中央，高28.8m，是临平副城的标志雕塑。城标采用群桩基础，共设置34根沉管桩，桩径为φ377mm，有效桩长15m，桩顶标高为-2.9m（相对原地面），桩体为钢筋混凝土桩体，桩体笼顶钢筋锚入承台，承台为钢筋混凝土结构。

    4 对影响城标安全的因素分析

    4．1 基坑开挖

    设计图中城标附近的钢支撑进行了加密处理，间距为2m，可以使围护结构所受钢支撑的反作用力更趋于均布荷载，使钢围檁的变形挠度减少，从而减少围护结构的变形。

    该类宽度不大（18.5m）的长条形深基坑一般采用长臂挖掘机在地面直接进行基坑土方开挖，施工效率较高，可以满足"基坑每块土方的开挖在16小时内完成、并在8小时内完成支撑的安装"的要求，可有效控制基坑变形（累计变形可控制在30mm以内）。但2m间距的钢支撑，除去钢管直径609mm和支撑安装误差100mm（考虑最不利两根支撑安装误差方向相向，每根安装误差5cm），钢管间的净距仅有1.3m左右，挖掘机挖斗宽度为1m左右，这样挖机的操作时与钢支撑的间隙仅有0.15m左右，在开挖过程中不可避免的要碰撞钢支撑，影响基坑安全，且功效非常低，开挖时间将会远远超出16小时，基坑变形将会很大，对城标保护非常不利。

    4．2 城标基础

    城标基础采用34根沉管群桩基础，且群桩均为钢筋混凝土桩。桩基础较其他形式基础稳定、抗干扰能力强。群桩基础在城标发生一定变形的情况下，沉降较小一侧的桩基可以起到抗拔的效果。

    4．3 咬合桩围护结构施工

    咬合桩围护结构施工采用冲抓成孔，震动较大，对城标保护不利。相对地下连续墙施工或普通钻孔灌注桩施工，咬合桩采用全套管施工避免了因坍孔造成的地下土层损失，可以减少城标的变形。

    设计措施

    （1）在城标附近20米长的基坑范围，水平钢管支撑间距均控制在2m；

    （2）基坑外城标附近不进行降水，以免由于降水引起城标的不均匀沉降；

    （3）在城标附近设置两组钢支撑轴力监测钢支撑轴力，同时设两组土压力盒以观测土压力的情况。由于施工速度较慢，工效低，基坑暴露时间长，建议将钢支撑改为3m间距的并撑，有利于加快施工进度，保证城标安全。

    5 施工措施

    5．1 减少震动对城标的影响

    城标附近减小桩机冲抓取土的冲击高度，减少因震动对城标造成的影响，同时尽可能采用旋挖钻机成孔，城标旁咬合桩施工时，加强进行城标的沉降观测，根据监测结果分析咬合桩施工对城标造成的影响。

    5．2 根据地质报告，选择不同的成孔方式，防止成孔过程发生涌砂

    该段咬合桩施工前，认真核对地质报告，根据地层情况确定施工方法。如桩底进入粘土层，穿越粉砂富水层时加大套管超前深度，避免成孔过程中的涌砂现象发生；如桩底在粉砂层中，成孔时向孔内注水，平衡孔底压力，防止产生孔底涌砂、造成地层水土流失，确保城标的安全。

    5．３ 城标附近的咬合桩不设置施工缝

    在城标30m范围内不设置砂桩，桩机连续通过该段，消除因设置砂桩对城标造成的威胁。

    5．4 基坑降水过程中对城标的保护

    基坑内外均设置降水井，坑外降水井为备用降水井。当坑内降水时，坑外水位也下降，停止降水，分析原因，做好防水堵漏再行降水。若启用坑外城标附近降水井时，则应将城标两侧的降水井同时启用，减少不均匀沉降对城标造成的威胁。

    参考文献

    [1]徐扬青，深基坑支护结构的优化设计计算，岩土力学报，1999年，18卷第2期，P58-61.

    [2]徐扬青，深基坑工程设计的优化原理与途径，岩石力学与工程学报，2001年，20卷第2期，P248-251.

    [3]杨育文，袁建新，基坑工程支护选型多样性探讨，岩土力学，1999年，20卷第1期，P70-72.

    [4]吴京生，高层建筑深基坑工程现状与展望，电力勘测，1998年，第19期，P14-16.

    [5]李继业，深基坑支护存在的问题与研究方向，建筑技术开发，2001年，28卷第11期，P2-3.