復雜異形深基坑支護技術管理初探

孫 艷

山東華魯恒升化工股份有限公司 山東德州 253024

1 工程概況

某化工廠新上50萬t/a乙二醇項目，需配套建設相應地下事故池及生產廢水池。為節約廠區土地，將事故池和廢水池合二為一，中間由一道混凝土墻間隔。受周邊建筑物影響，水池主體結構為一個地下不規則七邊形箱型結構，高6m，東西方向寬33.2m，南北方向長49.8m。

水池壁及內墻厚度均為40cm，頂板厚30cm，頂板頂標高位于地下1.4m處。水池東側池底設有集水坑，基礎采用筏板基礎，筏板厚度1m，筏板底為15cm厚砂石墊層，墊層底位于地下7.65m處。根據水池主體結構特征，基坑整體開挖深度為7.65m，集水坑處加深0.80m，基坑周長202m，面積約2400m2。

基坑范圍內無影響基坑開挖的管線，但基坑周邊環境復雜，如圖1所示。基坑北側5m處為待建酯化停車回收液罐，將與水池結構同步施工。基坑東側地下埋深1.2m處有一條直徑80cm鋼制生產用循環水管道，距離水池壁2.8m；地上緊鄰廠區道路和已建管廊，水平距離分別為8.7和23.2m。基坑南側地下埋深1.5m處有110kV高壓電纜，水池基礎邊距高壓電纜最近的距離約2.8m；地上為廠區道路，距離18.6m。基坑西側為已建管廊和罐區，距離分別為3.6m和10.2m。

圖1 基坑周邊環境

2 施工前期管理

2.1 施工重點和難點分析

在項目實施前期，組織廠內土建部門對本工程進行方案會商，詳細分析工程特點，找出施工重點和難點，并探尋解決方案。

（1）本工程周邊環境復雜，不具備放坡開挖條件，需采取支護開挖。受周邊建筑基礎及地下管線影響，無法進行拉錨支護，只能采用圍護結構加圍檁支撐的組合支護形式。而異形基坑支撐受力復雜，需通過計算確定合理支撐結構布置。

（2）工程計劃4月中旬開工，7月底完工，為雨季施工，土方開挖受降雨影響大。同時，雨水下滲容易引起基坑變形，加大了施工風險。因此，施工時應加快進度，縮短項目周期。

（3）場地內存在較厚粉土層，土體透水性較好，含水量豐富，且周邊建筑物處于降水影響范圍內。為確保基坑順利開挖，需采取合理的降水方案，既要快速降低基坑開挖范圍內地下水位高度，又要防止過度降水引起基坑周邊土體沉降。

（4）基坑周邊環境復雜，西側鄰近管廊框架，東側及南側存在多條地下管線，距離水池基礎邊較近，最近距離僅2m左右。為防止基坑開挖對周邊建筑物及地下管線安全產生影響，需加強施工過程中基坑監測，確保施工安全。

2.2 方案優化

鋼板樁支護設計方案采用15m長拉森鋼板樁加兩層圍檁支撐，方案實施前采用BIM對鋼板樁支護施工全過程進行模擬，如圖2所示。但支撐結構會影響土方開挖進度，經過工期測算，無法滿足工期要求，且在后期對主體結構施工干擾較大。因此，為優化設計方案，加快施工進度，經與設計及總包單位溝通，將本工程鋼板樁支護設計和施工單獨招標，選定設計施工聯合體中標單位，并將原招標價由90.3萬元調整至83.8萬元，節省了項目投資。

圖2 鋼板樁支護模型

項目實施前期組織鋼板樁設計及施工單位進行現場踏勘，考慮基坑形狀、開挖深度、場地周邊環境、土層條件和工期要求等因素，本著安全可靠、經濟合理、技術可行和方便施工的原則，經過計算分析和方案比較，將原基坑設計方案優化：為降低基坑垂直開挖深度，采用1∶0.8放坡支護，將基坑整體下挖1.5m；下部6.15m采用樁長12m拉森鋼板樁支護，并優化支撐布置。

3 施工過程管控

3.1 鋼板樁插打

場地整平后在鋼板樁圍堰四周開挖寬2m、深1.5m的溝槽，便于鋼板樁插打，如圖3所示。進場鋼板樁首先進行平直度檢查，檢驗合格后采用長臂挖掘機液壓振動錘式打樁機，將鋼板樁逐根打入；打樁過程中控制沉樁速度，確保單根鋼板樁垂直偏差小于1/100。由于基坑為異形結構，常規轉角樁無法使用，所以要求施工單位現場加工專用轉角樁，確保圍堰順利合攏。

圖3 鋼板樁插打

3.2 第一層土方開挖

鋼板樁插打完成后，將鋼板樁圍堰內外土方整體下挖1.5m，邊坡采用掛網噴砼處理，鋼筋網片由插筋固定，鋼筋端部折彎鉤向上嵌入土中固定鋼筋網片。鋼筋網應隨開挖分層施工、逐層設置。噴射混凝土作業應與挖土協調，分段進行，同一段內噴射順序應自下而上；噴射混凝土施工24h后，應噴水養護，養護時間不應少于7d。

3.3 基坑降水

第一層土方開挖完成后，進行基坑內降水。基坑降水按照封閉止水、按需控制性降水的原則，采用管井降水。降水井布置遵循淺井密布的原則，坑內設置12口降水井，井深14m，其中底板外設9口，底板內設3口。觀測井基坑內布設1口，基坑外布設9口，井深同樣為14m，用于觀測降水時坑內外地下水位變化，指導挖土及回灌作業施工。土方開挖過程中，要求施工單位通過調節抽水管井數量，確保地下水位保持在開挖面下1m左右，不得超降。

3.4 圍堰內土方開挖與支撐安裝

按照先撐后挖的原則進行鋼板樁圍堰內圍檁支撐安裝和土方開挖。因基坑結構形狀不規則，土方開挖分區分塊進行。異形結構支撐受力復雜，要求鋼支撐施工單位施工前必須提供詳細的節點構造圖，經設計認可后方可施工；支撐安裝應采用開槽架設。圍檁采用雙拼HN500×200型鋼，型鋼支撐采用φ529×10圓鋼管,長度不足9m支撐采用HW400×400型鋼；型鋼支撐與圍檁滿焊連接，且角部圍檁必須焊接。

3.5 基坑監測

因該項目安全風險高，經公開招標，選擇第三方監測單位進行基坑監測。常規監測主要測量基坑開挖過程中基坑水平位移及周邊建筑的沉降情況，通過反饋的監測數據指導施工。圖4為基坑變形監測現場。

圖4 基坑變形監測

本項目鋼板樁打拔采用振動法施工，地表振動易引起周邊建筑物和地下管線變形，因此與常規基坑監測不同，在打樁機打拔樁過程中即開展基坑監測。本基坑為異形結構，拐角多，拐角處受力集中，圍檁易受力開裂，因此在項目實施過程中，要求監測單位對拐角處圍檁進行受力監測，以確保施工安全。監測發現，鋼板樁最大水平位移僅為6mm，周邊土體沉降和管線變形遠小于許可值。

3.6 圍堰內土方回填與支撐拆除

因設置支撐結構，水池壁及內部隔墻分兩次澆筑，按照先填后拆的原則，池壁澆筑一層，土方回填一層，支撐拆除一層。為減少基坑變形，優化回填設計方案，將原設計的級配砂石變更為碎石屑回填，和施工單位一起現場試驗確定施工方案。回填時，根據周邊建筑物及地下管線變形要求回填不同材料，節約成本。在已建成管廊下回填碎石屑加10%水泥，回填穩定后經測量沉降值僅為2mm；其余部位回填碎石屑，加水后用振動棒震動，以保證密實度及強度。以上措施大大節省了回填工期，并減少資金約50萬元。

3.7 鋼板樁拔樁

圍堰內支撐拆除完成并回填壓實后，進行拔樁施工。鋼板樁拔出時應考慮對周邊環境的影響，根據監測數據及時調整拔樁速率。拔樁過程中要求施工單位通過高壓旋噴注漿在鋼板樁U型槽內回填水泥砂漿，防止拔樁后在樁位處產生孔穴，引起周邊土體沉陷。

4 結論

事故池及生產廢水池基坑是廠區內首次施工的異形深基坑，周邊環境復雜，基坑形狀特殊，開挖深度大，施工工期緊。通過以下施工管理措施，保證了項目施工的順利完成。

（1）從源頭入手，選擇專業鋼板樁設計、施工單位；改進設計方案，選擇放坡開挖與鋼板樁支護相結合的基坑支護形式；

(2）針對異形基坑支撐布置難點，引入BIM技術，優化支撐布置形式；

（3）引入第三方監測單位，增加對沉拔樁過程振動引起的土體沉降監測；

（4）增強鋼板樁支護施工全過程管控，針對復雜環境下異形基坑支護特點，進行施工工藝改進和創新。