深基坑圍護方案設計、施工及位移變形監測技術

王偉 WANG Wei

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，柳州 545007）

1 工程概況

鼎華城水岸佳園位于柳州市柳北區，地塊北側為白露大道，西側為規劃路，東側為水天一洲小區，南側為濱江西路。該地塊的序號為4 號地塊。本次工程包括1#～11#樓及一層地下室，本工程共11 棟樓，包含：1#樓3 層幼兒園，2# 樓32 層住宅樓，3#、5# 樓33 層住宅樓，4# 樓為門衛室，6# 樓26 層住宅，7#、8# 樓20 層住宅，9、10# 樓為19層住宅，11# 樓為2 層農貿市場及垃圾站。總建筑面積211879.12m2。

圖1 本項目基坑位置示意圖

根據鉆探結果及區域地質資料，場地巖土層在鉆探深度范圍內，揭露有4 個主要土層：①素填土；②可塑狀粉質黏土；③強風化白云巖；④中風化白云巖。

設計基坑開挖深度3.7～7.2m，周長約為1271.5m。

2 基坑支護方案

本項目基坑存在面積大，各部位開挖深度相差大，基坑周邊長，周邊各區段面鄰不同的復雜條件等特點。部分區段具有放坡開挖的條件，而有些區段緊鄰重要的既有（構）建筑物，確保既有（構）建筑物及基坑工程安全的壓力非常大。本項目基坑支護原設計方案以放坡及灌注樁支護兩種形式，且放坡開挖及灌注樁支護均僅按最不利區段各設計了1 種方案，支護施做的工程量大，造價高。本項目根據各區段不同地質情況及外界條件，精心設計、科學優化了支護方案。在確保基坑安全的基礎上，采取適度設計，即不浪費支護的過剩支護功能，使施工成本最低，工期最短。最終本項目基坑支護方案設計如圖2 所示，其中采取放坡開挖的區段，根據深度、地質情況的不同，設計了支護參數不同的C、D 兩種方案。灌注樁防護區段，設計了A、B、E、F等4 種不同支護參數的方案。

圖2 基坑總體防護方案示意圖

2.1 放坡開挖段支護設計

本工程放坡開挖區段為C、D 段，C 段總長218.39m，D段總長46.64m。最不利地質的C-C 斷面、D-D 斷面基坑深均為7.3m，采用二級放坡，設1m 寬馬道，第一級邊坡高2.3m，第二級邊坡高5m，C-C 斷面第一級邊坡坡比為1∶1，第二級邊坡坡比為1∶1.2。D-D 斷面第一級邊坡與第二級邊坡坡比均為1∶1。邊坡開挖修整后及時設置泄水管并噴射100mm 厚C20 砼面層，封閉暴露的土體，土體暴露時間不得大于4h。泄水管采用φ50PVC 管制作，長約400mm。泄水管埋設間距為上下2500mm、水平2500mm，呈梅花狀布置。泄水管安裝前鉆設φ5～8 孔洞，布置外包尼龍網，并填充碎石。泄水管按照5%的坡度向下傾斜安置。在邊坡頂進行地面硬化寬度不小于10m，防止雨水滲透土層里導致邊坡坍塌，按照5%坡度向外，以防雨水流入基坑里。CC 斷面、D-D 斷面示意見圖3。

圖3 C-C 斷面、D-D 斷面支護設計圖

2.2 灌注樁防護區段參數設計

其余無放坡空間的地段采用灌注樁防護，排樁樁徑1m，樁間距3m，樁長根據各區段的不同，通過承載驗算而定（A、B、E、F 段樁長各為10.2m、11.5、13.0m、15.6m），樁頂設1.0×0.8m 冠梁，樁間設拱板。其中最不利F-F 斷面支護結構設計如圖4 所示。

圖4 最不利F-F 斷面支護設計示意圖

拱板做法（如圖5 所示）如下：先將2.5m 長的φ14 鋼筋釘打入土體，隨后在樁身植膨脹螺釘，將加強鋼筋與膨脹螺釘、鋼筋釘焊接。拱形板采用C20 混凝土，噴射制作，厚度20cm。土層分層開挖，拱形板分層制作，分層高度1.0m。每層拱形板中留一泄水孔。

圖5 樁間拱板結構設計圖

3 基坑驗算

3.1 支護設計C-C 剖面

本工程C-C 剖面安全等級均為三級，支護重要性系數為γ0=1.0，要求邊坡穩定性安全系數大于1.25。本基坑支護使用年限為一年。天然放坡支護，土層參數如表1 所示。

表1 土層參表數

整體穩定驗算采用瑞典條分法，應力狀態：有效應力法。計算結果如表2 所示。

表2 天然放坡C-C 斷面整體穩定性驗算結果

3.2 深基坑支護設計D-D剖面

深基坑支護設計D-D 剖面驗算結果見表3。

表3 天然放坡D-D 斷面整體穩定性驗算結果

3.3 灌注樁防護段驗算結果

最不利F 區段的灌注樁防護驗算結果如下：

坑底抗隆起驗算：安全系數KL=2.97＞2.5。

抗傾覆驗算：安全系數KC=2.26＞1.2。

樁頂最大水平位移4.2mm；最大彎矩363.7kN·m；最大剪力105.3kN。

計算結果滿足規范要求，樁體承載能力滿足施工要求。

4 基坑降水措施

在基坑頂部及坡腳處均做好防排水處理，在邊坡頂進行地面硬化寬度不小于10m，防止雨水滲透土層里導致邊坡坍塌。地面按5%坡度向外，以防雨水流入基坑里。在坡頂及坡腳均設置排水溝，坡頂排水溝距坑頂邊2m，坡底排水溝距坑邊0.2m，排水溝采用磚砌，表面用15mm 厚1∶3 水泥砂漿抹面，。集水井沿基坑周邊設置，間距20～30m，實際施工根據基坑開挖情況及水量程度作調整。磚砌集水井表面用15mm 厚1∶3 水泥砂漿抹面。

由于基坑處地下水較豐富，需采取必要的降水、排水措施。根據現場實際情況，采取在基坑內部設置集水坑，一般間隔30m，集水坑直徑0.7～0.8m。為了避免影響后續的施工作業，集水井開挖尺寸需嚴格控制。

5 變形監測設計

基坑按《建筑基坑工程監測技術規范》（GB50497-2009）的相關規定設置觀測點進行監測，監測時段為基坑開挖前至基坑回填土方施工完成。本工程按監測等級三級進行監測，監測方案需審批后方可實施。

監測點位置設在基坑的頂部和基坑底部，監測點的間距均控制在20m 內，并結合基坑支護總說明和現場實際情況進行了適當調整，對于現場坡頂附近場地15m 范圍的未拆除建筑物，在建筑物四周增設監測點。

本項目基坑監測的重點在于緊鄰既有建（構）筑物，采用灌注樁支護的區段，因建（構）筑物出現過大沉降前，往往體現在支護結構出現較大的水平位移，故以灌注樁的水平位移監測及數據分析為重點。

從最終監測數據表明，放坡開挖坡頂實測最大水平位移為D-36 監測點，為9.5mm，未超過累計報警值（15mm）；灌注樁防護區段的樁頂最大水平位移為F-22 監測點，為23.6mm，未超過累計報警值（28mm）。

6 基坑支護作業注意事項

基坑開挖前，進一步對基坑周邊相鄰建（構）筑物及地下管線的情況進行勘察，以確認支護設計方案的合理可行性。不妥之處及調整支護參數，確保基坑及鄰近建筑物的安全，避免對地下管線造成破壞。

完成支護灌注樁的施做，且樁身強度達到設計要求后，方進行基坑的開挖。為了確保基坑安全及施工進度，基坑土石方開挖與基坑支護（放坡段的錨噴、樁體支護段的拱板）工作組織流水作業，交叉施做。為了避免開挖與支護之間脫節，導致坑壁土體松動，或是出現局部坍塌等問題，開挖與支護工序間需密切配合，互相協調。當支護未能按設計要求施做時，嚴禁開挖下層土體。

土石方開挖嚴格按設計邊坡及支護工藝要求進行認真開挖，避免超挖或欠挖，按每天的開挖計劃進行基坑的開挖。支護工作緊跟土石方開挖，確保及時按質量完成支護的施做。如有險情或是遇到不良的復雜地質時，與支護的施做協調，以保障邊坡安全。

基坑周邊停放的機械、工程材料及車輛等地面荷載不得超過設計要求的限值。坑頂以外5m 線內不得有堆載，5m 線外的地面活荷載不得超過15kN/m。

按設計要求在坡頂、坡腳設置排水溝及坡頂硬化。并在基坑底部的邊角處及中間按一定距離設置集水井進行基坑內排水。配備足夠的排水設備以應對雨季排水。

基坑施工加強信息化，施工中出現與設計條件（如地質情況）不符的情況時，立即通知設計單位復核。

7 結束語

本項目通過根據基坑邊坡不同區段地質情況、開挖深度及周邊既有建（構）筑物分布情況，設計不同的基坑支護方案，在確保基坑施工安全的基礎上，按適度的原則對支護方案進行經濟比較和優化，最大限度降低了施工成本，為公司取得了較好的經濟效益。

在基坑的施工使用期間，設置了合理分布的監測點對基坑、周邊建筑物、道路及地下管線等沉降及位移進行監測，隨時把握基坑支護及周邊建（構）筑物的安全狀況，評估支護方案的合理性。并將監測數據及其分析結果及時反饋給現場施工技術人員，以指導現場施工。