大跨度中介樁復合對撐在土方開挖施工中的應用

尹洪江

天津住宅集團建設工程總承包有限公司 天津 300384

基坑工程是支護結構施工、降水以及基坑開挖的系統工程[1-3]，在支護結構選型合理的前提下，基坑開挖對基坑周邊環境的影響，甚至對基坑工程的安全都至關重要。基坑開挖時周圍土體及圍護墻向迎坑面發生側向移動，并伴隨地面沉降及坑底隆起，從而引起緊鄰建（構）筑物及地下管線的側移、沉降或傾斜。基坑工程開挖必須在全面掌握現場場地條件、基坑支護設計方案以及施工工期要求等方面的條件后，進行合理的施工組織策劃。工程中結合地庫基坑支護與地庫外樓座基坑、工程樁相互重疊的情況，施工工序相互交叉，充分利用預留土對撐，打破了傳統混凝土和鋼內撐的做法，從而不用過度加大排樁支護的剛度和穩定性。

1 工程概況

工程規劃總用地面積52 696.90 m2，項目總建筑面積99 530.50 m2，其中：地上面積68 619.00 m2，地下建筑面積30 911.50 m2。西側為中學、北側為居民住宅、東側為物流城倉庫、南側為空地。施工設計大沽高程為16.5～18.3 m，自然地坪平均標高為16.10 m，基坑開挖深度為4.45～6.60 m，集水坑深度為6.9 m，電梯基坑深度為7.1 m。基坑面積約30 000 m2，周長約1 100 m，長度約260 m，寬度約160 m（圖1）。

圖1 基坑周邊情況示意

基坑土方開挖主要遵循 分層、分區、分塊、分段、留土護壁，先撐后挖，先形成中間支撐，后限時對稱平衡形成端頭支撐，減少無支撐暴露時間 的原則。

結合以上分析，土方開挖分為2個階段進行：

第1階段整體采取了分段分層開挖的形式，在南、北2部分開挖時采取島式開挖，形成利用基坑周圍支護和中介樁角撐組合形成G環形閉合支護形式，此時預留灌注排樁支護與預留土形成嵌固形式，形成整體平衡支護外土壓力。

第2階段由于采用臨時支撐對撐結構與主體梁板相結和的支護形式，對預留支護的土體采用退臺分級形式開挖，開挖時由于中介樁的支護形式轉換減少支護形式向基坑內變形，對于支護樁周邊土采取后開挖的形式進行施工，控制體系轉換過程中支護變形的最小量。

2 施工流程及操作要點

2.1 現場施工流程

施工流程主要為：施工準備→基坑支護施工→北區、南區土方施工→北區、南區基礎、傳力桿施工→換撐、支撐拆除施工→北區、南區主體傳力桿施工→中部土方施工→中部基礎、主體、傳力桿施工→中部換撐→斜撐拆除→中介樁、傳力桿、冠梁拆除→剩余主體施工。

2.2 施工操作要點

2.2.1 施工準備

根據基坑支護、土質以及周邊環境情況，結合施工現場只有東側具備出土口的條件，為了有效控制基坑變形，基坑土方開挖和結構施工時，采取 分區、分塊、分段，先撐后挖、限時對稱平衡形成端頭支撐，減少無支撐暴露時間 的原則，結合現場，土方開挖劃分為3個施工區域：2個施工區段，南、北區采取全范圍不分層分段開挖，中部區域采取一個方向分條退臺開挖（圖2）。

圖2 施工區段劃分

2.2.2 地庫基坑工程支護施工

1）沿長條形基坑周邊依次施作多根支護樁，然后在多根支護樁外側的基坑周邊連續施作多根止水帷幕樁；并且在放坡部位出土口以及坡度變形較大的地方增設抗滑樁，防止放坡后的土體滑移。

2）分別從基坑西側位置開始沿平行于基坑短邊的方向，在基坑縱向1/3和2/3處向基坑內前后間隔設置2段中介樁；2段中介樁長度為短邊的三分之一。采用鋼筋混凝土灌注樁和冠梁組合排樁（圖3）。

圖3 中介樁剖面

3）在待澆筑斜撐位置下方的基坑內打入多根豎托樁支撐，然后在多根支護樁的頂壁上以及2段排樁的樁頂上分別澆筑混凝土冠梁，并澆筑連接在支護樁頂壁上的混凝土冠梁和2段排樁樁頂頂壁上的混凝土冠梁之間的多根斜撐，以形成基坑上部支護結構。所述的多根斜撐分別支撐在豎托樁支撐上，基坑上部支護結構施工完畢后，伸入基坑內的2段排樁與角撐形成整體。

2.2.3 南、北區施工

基坑南、北兩側基坑支護的形式為G環形的角撐支護體系，內部沒有對撐，以及靠近角撐的部位又與先開挖的樓座有交叉，因此在開挖時全范圍不分層分段開挖，即先挖除南、北兩側基坑角撐部位的土體，可以盡早利用基坑的角撐的支撐作用，減少基坑在施工過程中產生的變形，然后再分塊退臺朝出土口處開挖。

1）南、北區2個基坑占地面積各約為1.2萬 m2，角部均設置內支撐，因此先開挖G環形支撐區域的土方，然后進行G環形內撐混凝土的施工，待支撐強度達到設計要求時，再分塊對角撐部位采用小型挖掘機進行開挖和駁運工作，開挖過程中應特別注意機械對格構柱的保護，在臨近部位時采取人工配合開挖。按照 對稱、均衡 的原則將角撐部位分為兩部分進行開挖，先將對稱的角撐進行挖除，即挖除S-1、N-1處的土方，然后再將S-2、N-2處的土體進行挖除。其余排樁支護處的土方在隨著角撐開挖完成后沿著閉合的方向對向開挖，即按照對稱原則進行開挖（圖4）。

圖4 南、北區土方開挖示意

2）完成南、北區小基坑周邊的土方開挖后，對于靠近東側局部為放坡形式結合出土口的部位以及對于預留的中心部分的土采取分級退臺的形式進行開挖，開挖的順序為：S-3～S-6，N-3～N-6。根據土質的情況采取分級開挖形式，開挖的坡度不大于1∶1.5，分級的厚度為3 m，在開挖中部預留對撐中心土時，根據預留土質情況采取放坡的形式進行土方開挖，開挖的坡度不大于1∶2，完成時對于形成的土坡按照邊坡工程要求，對邊坡坡頂、坡面、坡腳和水平臺階應設排水溝，并做好坡腳防護，在坡面采取噴射加筋混凝土形式進行防護，并且將水溝與收水井相連接以便外排，挖除后將形成如圖5所示的斷面形式，坡道寬度不小于4 m，坡道坡度不應大于1∶8，在開挖中部施工預留土段時，對于護坡要采取人工修正護坡的形式。機械挖土應挖至坑底以上20～30 cm，余下土方應采用人工修底的方式挖除，以減少坑底土方的擾動。

圖5 南、北區域挖除后土對撐斷面

3）按照結構施工圖紙對南、北區的基礎底板和頂板以及傳力板進行施工（圖6）。在施工頂板過程中依據先做換撐然后再進行拆撐的原則，采取基礎底板與圍護樁回填素混凝土的措施，并且應在強度達到規范要求后再進行下道工序的施工。

圖6 南、北區基礎、傳力板施工完成

2.2.4 中部區施工

1）待南、北區基礎達到設計強度，并且此處屬于狹長地帶三面的支護均已經穩定，開始第2階段土方開挖。開挖形式采取一個方向分條退臺開挖，將2段排樁之間的原狀土體以向東側分塊朝出土口開挖，安排2臺挖掘機采取錯步分條退臺分級開挖的方式，先進行沒有角撐部位的土方開挖，開挖的坡度不大于1∶1.5，運輸土車輛坡道坡度不小于1∶8（圖7、圖8）。

圖7 對撐預留土分條退臺開挖

圖8 對撐土開挖

2）出土口處收口處理。此處收口處支護形式為工字鋼抗滑樁與深層攪拌樁形式，開挖形式采取2次放坡形式開挖，由于抗滑樁樁頂標高高于土坡標高，采取2次開挖可避免對抗滑樁以及止水帷幕的擾動，第1次放坡坡度為1∶2，第2次放坡坡度為1∶1.5。

3）按照施工圖紙對中部的基礎以及傳力板進行施工，并根據換撐要求，待回填素混凝土強度達到規范要求后再進行斜撐的拆除（圖9）。

圖9 中介樁拆除

3 施工措施

3.1 安全措施

3.1.1 基坑防護安全保證措施

依據監測單位的監測方案，設專人負責對基坑支護變形進行監測。基坑周邊須安裝防護欄桿，防護欄桿的高度和位置按照規范進行設置，防護欄桿自上而下采用安全立網封閉。

基坑外四周設置截水臺及排水溝，并設置三級沉淀池，抽排水經過沉淀后排入市政管網。坑邊荷載（積土、料具堆放，道路）與槽邊距離符合規定。基坑坡頂以外2 m處設安全護欄；坑頂2 m范圍內嚴禁堆載，2 m外荷載≤15 kPa。

3.1.2 基坑開挖安全保證措施

破超高位樁頭時應注意安全，周圍不得有其他施工人員工作。配合清土的工人戴好安全帽，嚴禁在挖機的回轉半徑內工作。土方開挖中若遇地下管道、電線電纜，必須經過相關部門的核查，待確認無誤后方可對其進行切斷或處理。施工前檢查基坑有無坍塌危險，發現問題及時處理，危險地段設立安全標志，以免人員不慎造成損傷。夜間施工要有充足的照明設施，主要通道不留盲點，危險區域設紅色警示燈，全部工人穿反光背心，并配備充足的對講機。

加強基坑監測工作，發現異常問題應及時報告相應單位，并要求圍護設計單位在最短時間內給出相應的加固處理意見。

3.1.3 機械安全保證措施

機械操作人員必須經過專業安全技術培訓，考核合格后，持證上崗。嚴禁酒后作業。

在作業過程中，操作人員不得擅自離開崗位或將機械交給其他無證人員操作。機械運行時，嚴禁接觸轉動部位和進行檢修。在修理裝置時，應使其降到最低位置，并應在懸空部位進行安全支撐。

遇到下列情況，應立即停止作業：填挖區土體不穩定，有坍塌可能；發生大風、暴雪、大霧等情況時；施工標記及防護設施被損壞；地面涌水冒泥，出現陷車或因下雨發生坡道打滑時；工作面凈空不足以保證安全作業時；地下設施未探明時；出現其他不能保證作業和運行安全的情況。

當機械發生重大事故時，企業領導必須及時上報、組織搶救、保護現場、查明原因、分清責任、落實及完善安全措施，并按事故性質嚴肅處理。

夜間工作時，現場必須有足夠照明，機械照明裝置應齊全完好。

3.2 環保措施

3.2.1 土方運輸

1）現場出入口派專人指揮車輛進出，確保安全。土方車輛按順序依次裝土，出場前由人工清掃后擋板、兩側擋板沿口余土，清掃和清洗輪胎后方可出場。從大門口至巷道路上鋪設土工織物，派專人進行打掃。土方車輛進行苫蓋，防止土方灑落。現場施工車輛應按規定路線進出，確保工程順利施工至結束。

2）在大門設置沖車泵，對出門的車輛進行沖洗。

3.2.2 道路防遺灑措施

1）挖掘機裝車不得過滿（運輸車上土方堆放最高點不得高于槽幫500 mm，邊緣低于槽幫100 mm）；車輛行進途中拐彎要慢行，防止甩土。車輛出場前由專人檢查上蓋，上蓋關閉不嚴的車輛嚴禁出場。

2）各出入口設專人清掃車輛。

3）現場門口設置醒目的提示牌，以提示司機及有關人員在執行運輸任務時注意防止遺灑。

4）設置沖車泵、洗車池，清洗車輪，現場及周邊道路覆蓋密目網，安排專人及時清掃。

3.2.3 防揚塵措施

配備一定數量的灑水車及霧泡機，經常對施工場區灑水，對施工道路、場地采用適當硬化或覆蓋草袋等措施，消除揚塵源。

3.2.4 減少擾民措施

施工中定期進行回訪，對反映的問題加以重視，妥善解決。加強對參與施工職工的入場教育，杜絕人為的擾民問題。

4 結語

本文介紹的中介樁復合對撐土方開挖施工技術，充分利用了土壓平衡原理，在開挖方式上通過預留土超大跨度主對撐，借鑒眼鏡法對稱分區開挖，變多道對撐為單道主對撐。

超大跨度主對撐長達160 m，采用樁土結合，復合支護，土體作為主對撐，橫向傳遞側向土壓力，支護樁基對預留土體進行約束和復合承載水平土壓力。根據基坑支護形式，采取了灌注樁排樁圍護墻、型鋼水泥土攪拌墻、局部鋼柱抗滑樁結合；止水形式采用水泥土攪拌樁帷幕，角部采用鋼筋混凝土水平斜撐，中部采用布置2道平行灌注樁排樁圍護墻，內撐采用鋼筋混凝土桁架形式水平斜撐。

對于中介樁支護在不同時段的受力形式的轉換，根據基坑內中介樁支護與預留土的分隔采取了分段開挖施工方式，利用灌注樁與預留土之間的土拱作用形成整體，以樁土結合的形式形成基坑超大跨度對撐，先進行中介樁兩側基坑開挖，再進行中部預留土開挖。