論基礎工程中基坑支護的方案及監測分析

賀松

（中國有色工業昆明勘察設計研究院，云南 昆明 650000）

在工程中地下室、地下商場、地下車庫、地鐵車站等建筑施工，其中都會面臨著深基坑工程。深基礎工程其造價一般為整幢建筑總造價的20%－30%，深基坑支護結構的費用也約占工程總造價的10%左右。而城市中深基坑工程常處于密集的建筑物、道路橋梁、地下管線、地鐵隧道或人防工程附近，雖屬臨時性工程，但其技術復雜性卻遠甚于永久性的基礎結構或上部結構，而且基坑支護關系到臨近的建構筑物、道路橋梁和各種地下設施和地下結構施工的安全。

經過工程實踐的篩選，形成了適合于不同地質條件和基坑深度的經濟合理的支護結構體系，水泥土攪拌樁和土釘墻是我國目前的5m以內及10m以內首選的支護形式，土層條件好時，15m左右基坑亦經常使用。水泥土攪拌樁的布置型式有：實體式、空腹式、格構式、拱型或拱型加鉆孔灌注樁，既可以漿噴也可以粉噴。土釘墻可以單獨使用，也可以與其他支護型式聯合使用。對于5－10m深軟土基坑，常采用鉆(沖、挖)孔樁、沉管灌注樁或鋼筋砼預制樁等，并可作各種布置，如需防滲止水時，則輔之以水泥土攪拌樁、化學灌漿或高壓注漿形成止水帷幕，有時亦用鋼板樁或H型鋼樁。

當基坑深度大于10m時，可考慮采用地下連續墻，或采用SMW工法連續墻，并根據需要設置支撐或錨桿，如遇特殊結構物(如地鐵盾構的工作井、排水泵站、取水構筑物等)則采用沉井或沉箱。基坑開挖與支護設計應包括下列內容：(1)支護體系的方案技術經濟比較和選型；(2)支護結構的強度、穩定和變形計算；(3)基坑內外土體的穩定性驗算；(4)基坑降水或止水帷幕設計以及圍護墻的抗滲設計；(5)基坑開挖與地下水變化引起的基坑內外土體的變形及其對基礎樁、臨近建筑物和周邊環境的影響；(6)基坑開挖施工方法的可行性及基坑施工過程中的監測要求。

1 建筑工程的地質情況

本文主要針對某工程2個項目 (A區和B區)對軟土地區的基坑支護方案進行分析討論，并對監測的方法進行簡單介紹，該工程項目附近的地質情況(表1)如下：

表1 項目附近地質情況

2 地基基坑支護方案的分析比較

2.1 A區一層地下室深約5.0m的基坑

2.1.1 放坡開挖的方案

當項目周邊條件許可時，其中放坡開挖的方案絕對是最經濟可行的方案，畢竟開挖深度內的地基土為素填土和淤泥，因此采用邊開挖邊放坡的施工方法，絕對是最經濟的可選方案。

2.1.1.1 放坡比例取1:1.5，基坑深5.0m，水平放坡長7.5m。

2.1.1.2 坡面處理采用鋼筋網噴射混凝土保護，采用φ6@200雙向鋼筋網，C20細石混凝土50mm厚。

2.1.1.3 排水措施：坡頂坡底設排水溝，并做好坡頂地面的排水措施，坡面設間距3m的泄水孔梅花型布置，并保證積水及時排出基坑。

2.1.1.4 由于開挖后的基坑底面基本上均為淤泥，為防止基底隆起變形和施工機械的正常操作，在基底鋪設0.3－0.5m厚的砂石墊層。

2.1.1.5 局部由于淤泥影響無法放坡時，采用松木樁、鋼板樁等臨時措施以滿足放坡要求。

2.1.2 懸臂墻的方案

假設項目在進行施工時，其周圍道路已經在施工，因此無法進行放坡施工，那么可采用水泥土墻或予應力管樁也算是比較經濟合理的支護方案，其中的水泥土墻使用水泥攪拌樁或高壓噴射注入土體內水泥，使土體與水泥形成抗壓抗剪承載力較高的塊體，其受力狀態為重力式擋墻，這種形式在軟土地基中基坑深度小于6m的基坑支護中較為常用，而且可以兼作擋土和止水雙重作用。而管樁懸臂方案是排樁的受力形式，利用管樁承載力高的特點，由懸臂管樁承受全部的側向力，并結合其他方法達到擋土止水等目的。

2.1.2.1 水泥土墻的方案

針對目前場地地質的情況，采用水泥攪拌樁作為支護體系用以加固基坑底面以上土體，形成重力式水泥土擋墻，經過初步計算，其水泥土墻寬度2.5－3.0m，置換率0.9，擋墻嵌固深度8.0m，樁的有效搭接寬度150mm。那么按攪拌樁30元/m的計算，水泥土墻每米的成本為5000元。

2.1.2.2 預應力管樁的方案

利用預應力管樁承載力高的特點，沿基坑邊施打預應力管樁，再輔以攪拌樁擋土止水，共同形成基坑支護體系，主要受力構件為預應力管樁，承受全部的側向土壓力。根據地質情況初步計算，φ500管樁間距1.0m，打入強風化巖層。樁頂做冠梁將各樁水平相連，后面補打一排水泥攪拌樁，管樁長按20m考慮，攪拌樁長9m，初步估算支護造價4200元/m。

2.2 B區三層地下室深約15.0m的基坑

2.2.1 周邊的環境分析

如果根據規劃的圖紙，那么該地塊的四周均為道路，預計在該工程施工時周圍的道路已經施工完畢，而且為了留下足夠的施工場地，該工程的基坑不可能采用完全放坡的形式，因此該工程的基坑支護將是一項很大的投資項目，所以必須在詳細勘查的基礎上經過多方案比較來減少在基坑支護中的投資。

2.2.2 其方案分析

在流塑性淤泥質土中設計支護結構時，首先要考慮支護結構自身的剛度以控制基坑變形。由于本場區周邊空地有限，故不可能采用完全放坡形式；且由于淤泥層蠕變大，故在淤泥深度范圍內不宜采用土釘墻支護形式；而基坑深度達到15.0m，也不宜采用攪拌樁重力擋土墻結構。所以本場區的基坑支護形式必須經過認真計算、多方案比較，充分考慮淤泥的不利影響和地下水滲流的影響。

2.2.2.1 土釘墻支護方案

由于該場地淤泥層和填土層只分布在深度9.0m以上，有些深度只有6.0m，下部均為土質較好的粉土砂土、礫砂，土的力學性質隨深度變好，含水量、孔隙比、壓縮系數減小，可以作為土釘錨桿的錨固介質，如果場地條件允許，上部采用完全放坡的形式，下部分段采用土釘墻進行支護，是種較為經濟的支護方式。該支護方式應穿過礫砂層，起到止水的作用，否則，礫砂層為高透水層，受海水影致基坑排水降水困難。如果不能滿足要求，則應沿四周作攪拌樁止水帷幕。

2.2.2.2 懸臂樁加內支撐方案

采用鉆孔樁作為支護結構，鉆孔樁進入全風化層，樁徑φ為900mm,樁間距為1.2m，深度約為18m，鉆孔樁上部空2m放坡和作鎖口梁。樁的有效長度為16m；鉆孔樁用C30砼，保護層厚50mm，配14根φ為22mm的螺紋鋼筋。鉆孔樁間做攪拌樁用作檔土和止水，阻止鉆孔樁間土流動。內支撐設兩道，選用桁架式鋼管結構,詳細布置須經過計算確定。

2.2.2.3 懸臂樁錨桿支護方案

主要的支護受力構件仍采用鉆孔樁，上部淤泥層范圍內根據場地情況盡可能采用完全放坡形式，在下部土質較好的深度范圍內設2或3道錨桿支撐體系；無法放坡的淤泥深度范圍按懸臂樁進行設計計算，在錨桿與樁連接處設鋼筋混凝土腰梁作為錨桿與樁的傳力構件，并在鉆孔樁間作φ350的攪拌樁作為止水帷幕。

2.2.2.4 地下連續墻方案

地下連續墻方案的造價很高，如果根據建筑方案的地下室布置，能夠將用作基坑支護的地下連續墻兼作建筑的地下室外墻，則可以根據地下室的結構布置來進行支護結構設計，這樣可以降低支護結構地下連續墻的綜合造價。該方案須根據建筑方案設計并在經濟比較合理的情況下才建議使用。

3 監測

3.1 對周邊環境的監護

充分了解包括基坑周圍相當于基坑開挖深度的2－3倍范圍內地上的建筑物、高聳塔桿、輸電線纜、古建文物、道路橋梁，以及地下管線、人防、隧道、地鐵等設施和障礙物。如發現既有建筑物等已有裂損傾斜等情況，應收集其詳細資料，并在必要處做出標記或攝像、繪圖等。然后對調查對象承受地基變形的性能做出分析鑒定，確定應采取的監護方法。以及對基坑的影響并在基坑支護設計中加以充分考慮。

3.2 開挖過程監測

對開挖過程實施跟蹤監測，并將信息及時反饋，充分掌握支護結構和基坑內外土體移動，隨時調整施工參數，優化設計，以確保施工安全順利進行。施工監測的作用還在于檢驗設計的正確性，并有利于積累資料，為今后改進設計理論和施工技術提供依據。

3.3 基礎施工過程中的監測

基坑支護施工完成基坑開挖后是支護結構受力最不利的階段，基坑支護監測應延續到地下結構施工完并回填一定深度的土。在該階段應密切注意監測數據的反饋信息并對支護結構的安全性有充分的了解，如有異常應及時采取措施，防止意外事故的發生，該階段的監測內容方法與開挖過程的相同。

[1]曹長鵬.基礎工程中鋼板樁的施工工藝[J].山西建筑，2009-07-01.