關于復雜環境條件下不規則形狀深基坑支護方案的選型和應用實踐

【摘要】本文對施工場地狹窄和環境復雜條件下的深基坑工程項目的支護方案的選型、施工做法和基坑監測進行了有益探討，并總結了若干深基坑工程中多種結構組合在一起的復合支護施工方法。

【關鍵詞】周圍環境復雜；不規則形狀深基坑；支護工程

1、引言

深基坑圍護結構的類型，在我國常見的和應用較多的有排樁、地下連續墻、重力式擋墻、土釘墻、噴錨支護、拉錨式支護、內支撐以及這些結構的組合形式等。隨著現代城市建設的發展和需要，特別是在城市中心區域，寸金尺土，因而在城市中心區域人們對地下空間的利用率越來越高，諸如地鐵車站、地下商城、地下隧道、地下車庫、高層建筑地下室等地下結構設施越來越多，規模也越來越大，因此涉及的基坑開挖深度和范圍也不斷加深加大，這樣對基坑支護結構的安全性提出了更高更嚴格的要求，特別是在城市中心區域，基坑周圍要么高樓林立，要么城市道路或其他設備設施環繞，人員車流密集，對基坑支護體系的安全性更是提高到了必須做到萬無一失的地步。但是，基坑支護作為一種臨時性結構，除了確保結構的安全性，經濟性也是支護形式選擇時必須重點考慮的因素，而且在城市中心區域，由于工程項目所處的地理位置比較特殊，除施工場地有諸多限制外，所處的周邊環境也非常復雜，因而可想而知，深基坑支護方案的選形和施工都必須慎之又慎，一旦深基坑出現任何問題，將會危及周圍環境和人民生命財產的安全。在這種形勢的驅使下，多種支護在同一工程中聯合運用的復合支護形式應運而生，在滿足結構安全的條件下，還要滿足方案經濟可行性，同時還要確保周圍環境不受到深基坑施工的影響和損害。

2、工程概況

位于廣東省佛山市順德區容桂桂洲大道北側的華夏新城二期七區基坑支護工程，就是這樣一個周圍環境相當復雜的深基坑工程項目。該工程位于順德區容桂鎮的中心區域，基坑周邊環境較為復雜，項目在桂洲大道和振華大道的十字交叉路口的一旁，具體如下：

1）基坑南側為桂洲大道，地下室邊線距離用地紅線最近約5米，路邊分布眾多市政管線，距離地下室最近距離約4米。

2）基坑西側為市政路振華路，地下室邊線距離用地紅線最近6米，路邊分布眾多市政管線，距離地下室最近距離約3米。

3）基坑北側為華夏新城首期一區，為16層砼商住樓，管樁基礎，無地下室，距離地下室邊線最近約7.3米，與本基坑之間分布有污水管和化糞池，距離地下室最近距離約4米。

4）基坑東北側為華夏新城首期二區，為17層住宅樓，管樁基礎，無地下室，距離地下室邊線最近約3.9米，與本基坑之間分布有高壓電纜、污水管和雨水管，距離地下室最近距離約0-2米，影響基坑支護結構施工，需遷移。

5）基坑東南側為華夏新城二期六區，為21層商住樓，管樁基礎，一層地下室，地下室埋深約4.3米，距離地下室邊線最近約9米，該側無地下管線。

項目地上擬建19層商住樓，設兩層地下室，底板設計標高為-8.8米，承臺厚度為1.6米，基坑開挖深度為10.6米，基坑平面呈不規則多邊形。場地位置如下圖：

場地位置圖

3、工程地質條件

3.1地形地貌

場地處于珠江三角洲沖淤積平原腹地，場地原為農田，后經填碎石土、砂土、粘性土、少量石塊及建筑余渣等，場地地勢平坦。地面標高為2.7-3.05m之間。

3.2土層分布及工程性質

根據勘察報告，擬建場地在勘察深度范圍內巖土可分為：第四系填土、沖淤積土、殘積土和花崗片麻巖基巖。

3.3水文地質條件

場區相對穩定地下水位埋深1.6-2.8m，洪水期及大雨、暴雨季節水位埋深在0.2-0.3m之間，地下水類型有人工填土層中的潛水、砂土層中微承壓孔隙水和基巖中裂隙水，主要補給源為天然降水及河流、溝渠水滲透補給，地下水對混凝土結構具微腐蝕性。

3.4巖土層物理力學數據表及典型地質剖面圖見下圖

巖土層物理力學數據表

典型地質剖面圖

4、基坑支護體系

本基坑開挖深度10.6米，四周均為市政道路和建筑物，且分布有各類市政管網，需嚴格控制基坑變形，基坑安全等級為一級。基坑北側和東北側距離已有建筑物較近，東南側建筑物有一地下室，均不宜施工錨桿，基坑南側和西側距離用到紅線5-9米，根據順德區錨桿不可出用地紅線的規定，不能采用錨桿。

根據周邊環境及地質報告，提出兩種設計方案進行論證：

第一種設計方案：采用SMW工法+鋼管內斜撐法。

第二種設計方案：采用鉆孔灌注柱+鋼筋混凝土內支撐法。

經論證，雖SMW工法后期可考慮回收絕大部分型鋼，工程造價相對較省，但基坑與周邊建筑及部分市政管線等太近，不能出現任何差錯，以免造成嚴重的后果。綜合考慮該基坑的開挖深度、地形地貌和水文地質情況及周圍環境等諸多情況，根據“安全可靠、經濟合理、方便施工”的原則，本基坑最終決定采用鉆孔灌注樁+鋼筋砼內支撐的支護形式進行支護，適合本工程實際情況。由于基坑呈不規則多邊形，支撐采用大圓環支撐，采用攪拌樁和高壓旋噴樁作止水帷幕的方案，是比較經濟安全的。鉆孔灌注樁具有施工方便、施工工期短、安全可靠等優點，目前在許多環境復雜、要嚴格控制基坑變形的深基坑工程中都得到了廣泛的應用，內支撐用鋼筋砼內支撐加強了灌注樁的結構剛度，大大提高了支護體系的安全性。

基坑支護平面圖及典型支護斷面圖見下圖。

基坑支護平面圖

典型支護斷面示意圖

5、施工要求和現場監測

5.1施工要求

1）基坑支護體系的施工，施工工序較多、工藝復雜，施工時既需要理順基坑施工各工序間的順序，又需要確定基坑施工和主體結構施工之間的順序。本工程由于施工場地起伏較大，基坑施工前應先進行場地平整，鋪設臨時施工道路，然后進行攪拌樁和鉆孔灌注樁的施工，待支護樁和止水樁施工完畢后，再根據施工圖布置基坑周邊施工道路。為保證支護體系的施工質量，本基坑總體施工流程見如施工流程圖所示。

（1）準備工作→（2）測量放線→（3）攪拌樁施工→（4）支護旋挖鉆孔樁施工（同步鋼立柱施工）→（5）樁間旋噴樁施工→（6）基坑頂排水溝施工→（7）土方開挖至冠梁底→（8）冠梁施工→（9）土方開挖至腰梁底→（10）支撐及腰梁施工→（11）土方開挖至基坑底→（12）樁間噴射砼施工→（13）基坑底排水施工→（14）負二層地下室施工→（15）換撐砼梁施工→（16）拆除第一道支撐→（17）負一層地下室施工→（18）基坑回填。

2）基坑支護施工時應嚴格遵照分層開挖、分段支護和先支護后開挖的原則，土方開挖到支撐設計位置時（超挖深度不得大于0.5米）應及時施工支撐。待支撐和腰梁強度達到設計要求后，再開挖下一層土方，嚴禁一次挖到底再支護。

3）在基坑施工和土方開挖過程中，要嚴格遵守上述施工順序，合理配置機械、人員及施工流水段的劃分，保證施工質量的同時，也要保證施工進度。

5.2基坑監測

基坑支護體系隨著土方開挖深度的增加必然會產生側向變位，關鍵是側向變位的發展趨勢如何。一般支護體系的破壞都是有預兆的，會出現這樣那樣的異常情況，諸如支護結構地面出現裂縫、支護樁出現水平位移、支護樁間出現滲漏水、或開挖中出現流沙、涌土等現象，因而進行嚴密的基坑開挖監測是非常必要和重要的。通過監測可以及時了解圍護體系的受力狀況，對設計參數進行反分析，以調整施工參數，指導下步施工，遇異常情況可以及時采取措施。

根據現場實際監測，位移均滿足規范要求，效果理想。

5.3應急措施

在基坑開挖過程中，當基坑圍護結構變形超過允許值或有失穩前兆時，應立即采取加固措施，當坑邊土體嚴重變形，且變形速率持續增加有滑動趨勢時，應視為基坑整體滑移失穩的前兆，應立即采用沙包或其它材料回填，反壓坑腳，待基坑穩定后再作妥善處理。

6、支護結構計算說明

支護結構的計算應遵循巖土力學基本原理，依據相關規范進行，并有對計算結果進行符合實際工況的分析，最好確保圍護結構符合安全可靠的要求。

6.1基坑支護體系計算分析主要包括以下的內容

（1）鉆孔灌注樁的強度、長度驗算；

（2）各工況下基坑內部整體穩定驗算；

（3）基坑整體抗傾覆穩定驗算；

（4）基坑整體抗滑移穩定驗算；

（5）基坑外部整體穩定驗算；

6.2計算方法說明

（1）土層分層計算，雜填土采用水土分算，其他土層水土合算；

（2）基坑整體穩定驗算采用瑞典圓弧條分法。

結語：

監測反饋資料表明：基坑支護系統穩定、安全，能夠保證周邊建筑物及市政管線的正常使用，對周邊環境影響較小，建筑物結構安全，達到了預期的支護目的，工程質量優良。

深基坑工程應根據工程項目具體的環境位置和地質情況，充分掌握土體的物理力學性質，結合各種支護形式的特點，將他們聯合運用到同一基坑工程中，能夠在確?；臃€定性的同時，保證周圍環境不因深基坑的施工而受到任何的影響和損害，取得良好的經濟效益和社會效益。

在本深基坑工程項目施工中，再次體現了在城市中心區域繁華路段，深基坑支護工程的施工，越來越成為普遍和受到關注，因為牽一發而動全身，必須慎之又慎，這樣就要求我們在深基坑方案選型和施工中，都要充分考慮周圍環境的復雜因素，結合項目的水文地質等客觀條件，經過現場調查和反復論證，找到適合項目最佳的深基坑支護方案，并嚴格按要求施工，才能真正做到在保證基坑工程質量的同時。

作者簡介：

張建標，男，1971.3，學歷：學士學歷，注冊一級建造師（房建），工程師。