基于復雜工況下的基坑圍護工藝優化管理

【摘要】在工程建設過程中，設計施工的經濟性與安全性是需要重點關注的兩個方面。在施工工藝方案的選擇中，不僅要確保其施工安全、不會影響周邊建筑環境，同時還應該具備以最經濟投資獲得最大化價值的特點，以促進工程利益的最大化。而基坑工程作為建筑項目的基礎階段，如何保證基坑圍護工藝選擇的合理性，使其體現出綜合造價低、施工工期快、施工安全性高等特點，也一直是基坑參建人員所關注的重點。文章以網新康橋科技園項目復雜工況下的基坑工程作為實例，對基坑圍護工程優化管理措施作一論述，分析基坑采用SMW工法樁結合一道內支撐的圍護形式，H型鋼全部或部分回收，對控制整個基坑工程施工進度、造價、安全性的優勢。

【關鍵詞】基坑工程；圍護工藝；優化管理

做好施工管理，促進建筑工程健康、可持續發展，并如何確保深基坑圍護施工的安全性與經濟性，也一直是施工人員所面臨的主要技術問題。尤其是在目前密集的城市建筑中，進行基坑圍護工程施工時，需要面對周邊錯綜復雜的地下管線、復雜的水文地質條件、周邊建筑的間距小、狹窄的開挖空間等復雜工況下的諸多問題。這種情況下，就更應該重視基坑圍護施工，加強圍護工藝優化管理，使基坑支護的經濟與安全性達到預期目的，為促進建筑工程健康、經濟發展奠定基礎。

1、工程概況

網新康橋科技園總建筑面積為38414.85m2，地上建筑面積為25976.85m2，地下建筑面積為12438.00m2，由10幢5層科研樓及其配套設施組成，基礎形式為樁基礎。東側為躍進河，南臨廠房地下室，西側為一層至二層的民宅，北側為躍進支路，地下室外墻到躍進支路道路側石邊最小距離約為5.00m。土層分布如表1所示：

第②層，中等壓縮性，強度較好，層厚較小，在明（暗）浜分布區域缺失。第③層灰色淤泥質粉質粘土，天然含水率高，重度小，高壓縮性，力學性質差，對基坑的變形影響較大，開挖時極易產生坍塌或塑性擠出。第③夾層灰色砂質粘土，滲透性高，在動水壓力下易產生流砂，基坑應做好止水工作。第④層灰色淤泥質粘土，強度低，壓縮性高，層厚大，圍護樁難以穿透該層，基坑變形較大。

2、工程施工風險因素及難點

平面形狀上北側整體向場地內拱入，對于控制基坑變形不利；坑邊存在多個局部深坑，且收土施工將采取坑邊開挖，需注意對局部特殊位置深坑的處理；基坑開挖深度5.5～6.95米，不良地質現象表現為一片暗浜和西部一條明浜。一級輕型井點降水需采取挖槽深埋管及相應的輔助措施，保證降水效果，對北側管線及西側民宅的保護。工程采用SMW工法樁結合一道內支撐的圍護形式，H型鋼全部或部分回收，控制整個基坑工程的工期進度及整體造價。

3、復雜工況下的基坑支護結構施工工藝比選

基坑圍護結構方案選擇須綜合考慮工程本身位置、周圍環境、主體結構特點等，在復雜工況下確保安全可靠，做到經濟合理，節省投資，施工方便，有利于縮短工期，提高效益。

3.1 基坑施工工藝比選

結合基坑開挖面積、深度與形狀，基坑采用順作法開挖。基坑開挖深度為5.5～6.95m，周邊環境對于控制基坑圍護變形有一定的要求，雖然基坑面積較大。結合上海地區此開挖深度類似項目的施工經驗，灌注樁+止水帷幕及SMW工法樁三種圍護形式中進行比選，以分析SMW工法樁在工程中應用的合理性。

3.1.1鉆孔灌注樁+三軸水泥土攪拌樁

灌注排樁作為圍護結構體，施工工藝成熟、平面位置布置靈活；具有一定的剛度，隨著樁徑及樁長的增加，可有效的提高圍護結構的剛度及基坑側壁的穩定性，增加基坑工程的安全度。結合本項目地質條件及開挖深度，經過計算分析，鉆孔灌注樁為700～800mm，可采用3Ф650@450水泥土攪拌樁作為止水帷幕。

3.1.2 SMW工法樁

SMW工法樁一般指三軸水泥土攪拌樁中內插型鋼，同時達到圍護結構與止水帷幕的作用。在地下建筑出地面后，一般須回收型鋼，所以其綜合造價相對較低。工法樁空間占位小，本項目開挖是工法樁從經濟型和安全性上具有很強競爭力的深度范圍。經過計算分析，本項目采取3Ф850@600內插H700X300型鋼，可以滿足本項目退界空間的要求，并且對于控制環境較為有利。

3.2 支撐體系選型的合理性

3.2.1鋼支撐

鋼支撐具有自重輕、施工速度快以及可以重復使用、安裝后能立即發揮支撐作用的特點。但是鋼支撐的節點構造和安裝相對比較復雜。對于本項目南北向支撐長度約70m，不僅鋼支撐的吊放及安裝較為困難，并且支撐剛度難以保證。對于本項目西側靠民宅及東北側靠橋梁位置，地下室平面體形復雜，平面布置困難，鋼支撐難以形成有效的支撐剛度，本項目不采用鋼支撐。

3.2.2 鋼筋混凝土支撐優化分析

現澆鋼筋混凝土支撐具有剛度大，整體性好，可以采取靈活的布置方式等特點，適應于復雜體形的基坑，而且不會因節點松動而引起基坑的位移，施工質量相對容易得到保證，所以在上海市的使用面較廣。但混凝土支撐也存在現場制作和養護時間相對長，支撐拆除相對復雜，材料不能完全回收利用等特點。

結合本項目特點，基坑南北向寬度約70m，鋼筋混凝土支撐可保證支撐剛度，并避免節點處理及松動隱患。并可以靈活布置，解決西側民宅及東北側橋梁的環境保護問題，綜合考慮，本項目推薦采用鋼筋混凝土支撐。

3.3 復雜工況下圍護結構

考慮到場地內不良地質的分布情況（暗浜區域），及坑邊構筑物管線及坑邊局部深坑的情況。本項目圍護結構總體分為2個區段，基本以暗浜范圍分界。對于坑邊相對薄弱位置采取坑內加固措施進行處理，基坑深度6.00m，采用SMW 工法樁，3Ф850@600 水泥土攪拌樁內插H700x300x13x24 型鋼。三軸水泥土攪拌樁采取套打施工，H 型鋼采取插一跳一的形式。型鋼插入坑底9.00m，圍護結構插入比1：1.5。坑內采取井點降水措施。采取一道鋼筋混凝土支撐，撐點標高設置為整體式圈梁。

3.4支撐體系

結合基坑平面形狀及規模，整體考慮環境保護要求及經濟性，可行性，支撐平面設計采用對撐加角撐方式。根據基坑不同范圍的開挖深度，設一道鋼筋混凝土支撐，由于本工程僅設一道支撐，并且支撐不作為棧橋使用，所以通過計算，豎向支撐體系可采用H400x400 型鋼作為支撐立柱。立柱總長約24m，立柱需進入⑤1-2 層1～2m，經計算，承載力滿足要求。立柱端頭進入相對好土層，對于控制立柱的變形也較為有利。

3.5 坑內加固工藝與措施

基于基坑安全性及控制周邊環境影響角度出發，坑邊局部深坑位置，采取坑底加固措施；西側為控制基坑開挖對民宅的影響，采取坑內雙軸水泥土攪拌樁加固措施、加固體與圍護結構之間的空隙采取壓密注漿措施。

4、基坑監測

在基坑施工過程中跟蹤施工活動，對坑周地層變形，附近建筑物的變形及受力情況進行實時監測，對變形及變形速率設置報警值，并將監測數據及時與計算預測值相比較，判斷施工工藝和施工參數是否符合預期要求，以確定和優化下一步的施工參數，實現信息化施工，檢測報警值為：圍護墻體側向變形0.7%H、5mm/d、支撐軸力監測設計軸力的100%、地面沉降監測0.55%H、5mm/d、坑外周邊地下水位監測1000mm、300mm/d、附近建筑物沉降：20mm、2mm/d、管線垂直、水平位移： 10mm、2mm/d。

結語：

結合基坑工程案例認為：其一，文章所論述的網新康橋科技園基坑屬于基坑工程為粉沙地質，施工環境復雜，影響因素較多，在基坑開挖施工方面存在較大的風險，因此在實際施工中需著重注意基坑開挖的質量與安全管理。其二，在保證基坑工程質量與安全的同時，如何節省工程造價也是需重點考慮的問題。

綜合考慮到上述兩個重點，本次深基坑開挖施工中我們采用SMW工法樁圍護施工，其不僅能夠有效滿足工程施工的質量與安全，還能縮短工程進度，盡最大程度節約工程造價。由此也證明，無論是從設計還是到施工過程中，本次基坑圍護工藝優化管理措施都是成功、合理、可行的。

參考文獻：

[1]葉永發.深基坑支護兩種方案對比研究[J].建筑知識：學術刊， 2014：379-380.

[2]馬茵.兩種深基坑支護孔樁成孔施工工藝方案選擇比較[J].低碳世界，2015（12）：207-208.