復雜環境及地質條件下深基坑支護施工技術

曹紅衛

河北冶金建設集團有限公司 河北 邯鄲 056000

近年來,地基施工問題成為了人們所討論的焦點。另一方面，隨著中國城鎮化的進一步發展，施工難度日益增大,不論是獨特的自然環境，又或是復雜的外界條件，對于施工來說，都是巨大的考驗。另一方面，高層建筑和超高層建設是施工主導，該類工程對地基支撐的要求較一般施工更加嚴苛。所以，對支撐方式和施工方法展開討論有很大的現實意義。

1 深基坑支護施工技術概述

1.1 概念

所謂的深基坑是指地基施工深≥5m，或者說是深＜5m,而基坑所處地質狀況和周圍環境又比較復雜的一種工程。一般應用在多層、超高層、地下停車庫和大型建筑中，而深基坑支護則指的是為保證地下基礎施工質量和深基坑環境的安全穩定，特采用支擋、支護和加固等工藝方法，以此保證施工安全。

1.2 特點

1.2.1 遞增性

深基坑支護的遞增性主要體現在深度方面和施工環境方面。從深度方面來說，隨著建筑的日益建設，施工的技術也得到加強，深基坑支護的技術也日益提高，使得深基坑的深度在持續增加；從施工環境方面來講，隨著基坑深度不斷增加，所面臨的地下施工環境會越來越復雜，導致深基坑設計及施工難度會越來越大。

1.2.2 靈活性

深基坑支護工藝同其他工程相較而言，有著較高的實用性,這種工藝可以使地下資源充分發揮，可以解決現階段中國土地資源緊張的現狀，另外，深基坑支護的方法多樣，可以適應各種工程建設條件的需要,在技術應用方面可選擇性較強，并且各類支護技術可搭配應用，所以具有較強的靈活性。

1.2.3 施工難度較大

深基坑支護開挖既受地下開挖條件的干擾，也受地上的干擾，由于地下開挖條件非常復雜，且涉及分布復雜的地下管道，導致深基坑施工容易受到影響，并增加施工難度，甚至容易出現安全事故。同時，地面壓力、路面承載力等地上因素會造成施工質量和安全均收到影響，從而提升了施工難度。

2 深基坑支護的類型

深基坑支護的類型很多，但實際施工中要根據施工水文地質條件、現場周圍環境、地基深度和施工機械設備等狀況決定選擇哪些支撐類型。目前，常用的深基坑支護型式一般有排樁支護、深水底泥攪拌樁支撐、地下連續墻支撐、土釘墻支護等。

排土支護，是指利用柱列的間隙安裝預應力鋼筋鑿口、鉆(沖)孔灌注樁，作為建筑擋土結構的一種支護類型。該種支護方法措施簡便，不要求設備,造價也較低廉，但由于基坑深度的增大，容易產生地基支護的損壞，一般采取加壓灌漿的方式對被動區結構進行補強。

深部混凝土攪拌樁支撐一般采用鋼筋混凝土做為硬化劑，使用深部拌和裝置在土體深部對軟土用砂漿硬化劑強力拌和，使之硬化并產生相應高度的混凝土樁墻，而形成支撐框架。該種支護方法措施簡便、擠土輕微、無震動、無噪音，但容易對地下結構產生損傷。

混凝土板墻支護是利用將土釘進入混凝土體內，并在混凝土體上澆注水泥面層，二者聯合作用產生的結構。該種支護方法雖然措施簡單、工期較短、經濟效益高，但路基的穩定性卻不好，且對土壤的要求也較高。

此外，還有錨桿及支護施工技術。正如名字一樣,錨桿式支護施工技術所使用的施工工具主要為錨索，施工者宜先將錨索一頭置入巖石的中央部位，另一端則連接支撐構件,并同時使用一定的外部預應力，從而使巖土中每一種力均能夠實現平衡，從而保證施工穩定性。此外，該技術具有較強的適應能力，在深基坑中均可以廣泛應用。

3 工程概況

3.1 基坑工程概況

該項目是某一金融營業大樓,建設地址設在市中心區,東面是市藝術中心，南側是規劃路，西側與北側皆是河道。項目的總設計土地面積為11285.78m2，總面積為52501.24m2，當中，地上總面積為35667.61m2，地下室總面積為16833.63m2，由十五層的塔樓和三個裙樓構成，并包括二個地下室，總建設長度約69.20m。地基大致為橢圓形，東西邊長約122m，南北邊長約79m，地基最大挖掘深為9.7m，局部11.8m。

3.2 基坑周邊環境狀況

本工程項目的周邊環境錯綜復雜，北面為距地基防護工程項目約3.8m處的道道橋基礎整治工程，其下還敷設有電力管線、降雨和污水管線；西面為現狀河道,距地基防護工程項目約13.5m；東面距地下基坑防護工程建設6.1m為現狀主干道，管線施工大部分為給水、降雨、污泥、發電和數據傳輸；南側則為投入施工的，距地下基坑防護工程建設約36m。

另外，還在基坑的西南角和東北角，依次設有了鋼筋混凝土木工加工棚和建筑材料堆放場地；在北側水道與圍護中間，則搭建了二層的彩鋼管房現場辦公室；在南端和北端路面上設有泵車停泊地點；基坑設有2個出土口，發掘入口均在南端，土方外運至18km以外的堆土場地[1-2]。

3.3 工程水文地質條件

擬建場地市為亞熱帶海洋性地區天氣，溫熱濕潤，雨水充沛，四季分明，年平均氣溫約為17.8℃，多年平均降水量約為1600.31mm。現場地貌大部分為沿海沖積平原,地勢較為平緩，地層絕對高度通常為3.5～5.0m，基坑開挖的影響最大深度區域內土壤分布主體為雜填土、粘土、泥沙、淤泥質黏土等。區域表層土壤大部分為潛水類型，并賦存著黏土、泥沙質等土壤，其水平變動大部分是受流域、時令、環境降雨等因素影響，變幅范圍通常在2～3m，勘測期間測得的場地地下水最穩定水位在地表下0.14～0.87m，平均高度在2.96～3.56m。

4 深基坑支護施工

4.1 施工前準備工作

施工準備工作主要包括施工現場的清理工作、平臺搭設工作、埋設鋼護筒以及測量放樣等。在施工時必須確保施工現場不存在其他雜質，確保地面平滑、干凈，如有軟地面則必須采用換填方法進行換填處理，然后將換填的土推平夯實；平臺綁扎必須嚴格地按照規定進行,確保平臺能接受在施工中產生的所有負荷；安裝鋼護筒時必須嚴格按照樁徑來對護筒長度的內徑加以控制，在該施工時，當鋼護筒的埋深超過了2m，在護筒長度頂部超過了地面水平線展護筒樁的經放樣，經過31cm的施工經放樣后，該放樣主要是按照施工圖紙進行并開展驗槽作業，坑的長度一般均在護筒長度直徑以上，驗槽完畢后便進行吊作業，在吊掛時還必須注意盡量將護筒中心和樁的中間出現的誤差降低，一般應在3cm 之內，并且保證傾斜度在1%，以確保護筒穩定。

4.2 基坑支護方案

根據工程場地的環境條件特點，選擇不同的支護型式時，對整個地基分部工程的工期、費用以及技術措施等均會產生各種影響，故應針對各種支護型式的技術特點、應用要求，合理地選用基坑支護方法。另外，地基的支護方法還應根據水文地質條件、基坑施工深度、地基周邊環境要求、地下水狀況等因素因地制宜地進行，切不可盲目地選用。

本工程地質環境復雜、地基挖掘深度大、周圍無放坡空間,而且場地西側、南、北城市道路的管線種類較多,主要是水泥供水管道、煤氣管和雨水管。但上述線路對工程實施造成了不少干擾。此外，由于基坑支護時間需要橫跨整個雨天和冬日，總工期較短,因此需要將基坑支護和降水以及土方交叉實施。根據上述因素和技術合理的原則，該項目選擇了以下支護措施：使用一排鉆孔灌注樁做擋土結構，在地基內安裝了二道鋼筋大直徑水泥內支撐,在地基的側墻防滲止水帷幕上使用了雙軸運動砂漿攪拌樁，被動區局部用雙軸混凝土攪拌樁加固，具體分析如下。

4.2.1 支護樁

支護樁是開挖灌注樁的一個成熟的方法，具有施工工藝簡便、安全易于管理、開挖后對周圍影響較小的優點，應用于軟土領域。支護樁冠梁高度向自然地面降低約1.46m，其目的是使冠梁兼做為第一道支護圍檁，也可減少支護時間、改善的效果，又不能使第一階段懸臂挖土時的太大影響[3-4]。

4.2.2 內支撐系統

地基支撐結構中的水平壓力一般有坑內支承和坑外拉錨二種形式來承受，鑒于該項目附近地質較差、河流縱橫交錯且地下管道豐富，坑外拉錨具有相當的風險，所以選擇坑內支承的形式比較穩妥。內支承按照材質的不同分成水泥支柱和鋼材支撐2種。鋼支撐施工速度快、拆除簡單、且可回收使用，可有效抑制支撐體系變化，但相對深大地基,其支撐量須適當增大，從而提高了成本，并相對加大了挖土困難。鋼筋砼結構支撐鋼度較大，對降低支護樁的高低變化、保證支撐構件質量的穩定性有著積極影響，此外砼基礎有很大的施工適應性，更適用于復雜地形、超大規模的地基施工。

該項目的支撐體系布局包括：在沿地基豎向布置二個水平方向的砼基礎，保證地基結構變形不大于周邊路面橋梁的使用條件。第1道支柱頂面處高程為-2.000m，用樁頂冠柱兼做第1道支柱圍檁。第2道支柱頂面處高程為-6.750m,用第2道工序支柱的圍檁與鉆孔樁相接，并扒開當前鉆孔灌注樁的鋼筋保護層，再使用二條寬度均為22.5mm的HRB400鋼筋混凝土與管徑各自的鉆孔樁縱筋滿焊搭設，焊縫尺寸均不低于310mm，用于聯接第2道施工支柱的圍檁。

4.2.3 立柱和立柱樁

坑區水平支護體系的豎向支護結構，為格構的井字型鋼構支架和柱下鉆孔灌注樁。格構式井字型鋼構柱綴板和角鐵的連接方式采用圍焊，頂端伸入預應力砼的標準支座中500mm，下部伸入立柱樁中不低于3m。標準立柱樁使用長度為805mm鉆孔灌注樁，并盡可能采用工程樁代替以減少費用。

4.2.4 止水帷幕

止水帷幕使用的雙軸運動混凝土攪拌樁，在實施前應做好工藝試樁結果，通過試樁可以了解施工區域的地質情況，并設定鉆孔深、灰泥結合比、噴漿實施下沉和上升速率、噴漿速度、噴漿施工壓力等建筑施工技術參數，以確保止水序幕的建筑品質。此外，還可采用套接一孔法施工,搭設較飽滿，止水質量也可達到本工程對止水的要求。

4.2.5 加固被動區

為了減少地基變化，降低對周圍環境的沖擊，在地基下方的支護樁的一側設置有混凝土攪拌樁對被動區混凝土體的強化，同時還可以降低支護樁的內部力量進行配筋，但總成本卻不會提高多少。加固的混凝土攪拌樁長度為500mm，樁頂高程為-10.500m，樁底高程為-15.100m，混凝土的摻量為15%。

4.2.6 基坑降排水

因為地基距離周邊交通、城市管線以及既有樓房很近,加上基礎土由不透水的黏性土壤組成，傳統的降水方式效益不佳。為了防止雨水對附近地面造成的沉降，本項目并未采取排水措施，只是通過排水溝明排的方法進行坑內外排除和攔截地表水。

4.3 施工工況

該項目基坑結構為地下二層,基坑結構底板結構面高程為-9.350m，底板墊厚底高程為-10.350m，電梯井已挖掘至-12.600m。基坑開挖總深為9m，整個地基的總施工規模大約為9000m2，土方總量大約為85000m3。但因挖掘深大、地質條件較差和施工的天氣條件等因素，土方施工方式是按照“分層、分塊、小空間、對稱施工”的原則，總體分成2區則、6個塊、3樓進行建設。主要在施工工況下做到以下幾點。

（1）當支護樁到達所設置高度后，平整場地并將其高度限制在-0.50m以內。（2）從第一層挖土至第一道水平基礎底高程約為-2.900m，開挖至第一道基礎、圍檁(兼支護樁冠梁)。（3）當第一道基礎和圍檁混凝土超過總施工高度的80%時，當施工至第二道工序的基礎高度為-7.750m，進行施工至第二道基礎和圍檁。（4）當第二道基礎的圍檁混凝土超過了工程高度的80%時，施工至底板處的墊層底高度為-10.350m。（5）電梯井、集水井等局部或超深部分混凝土體必須先用機械帶挖掘至1～2m，之后用人力挖掘，同時砼基層也必須隨挖掘隨混凝土，即基層必須在現場施工24小時內全部混凝土完畢。（6）澆注水泥底板并延長至支護樁邊。（7）當底板鋼筋超過設計抗拉強度的80%時，將第二道鋼筋直徑混凝土基礎。（8）建筑地下室面層模板；待地下室第一層樓板混凝土超過設計強度的80%后，再拆掉第一道鋼筋砼基礎。（9）進行地下室其余基礎部分的澆筑，回填土面的夯實。

5 基坑檢測結果

該項目的施工面積大，施工深度大，周圍環境復雜，為保證地基本身和周圍環境的安全性，基坑施工過程中委托技術檢測機構按照規范標準的實際狀況對支護樁的位置和立柱沉降實施檢測，并對基礎直徑較大的軸向動力、其他構筑物和地下管線的沉降情況進行了觀察，若有反常現象，應立即進行觀察，并采取相應措施。

根據施工檢測報告表明，自基坑施工至回填土段結束，支護樁的累計側向下沉量最大值為40.4mm，支立柱樁的最大下沉量為20.6mm，基坑周圍樓板的最大下沉量為25.32mm，其他地下管道的最大下沉量均為6.62mm，其變化量均在設置的警戒值內，并且，將支護橫向斷面的最大軸向力量作用于地基東南隅的下道基礎上，最大軸向能力為7200.24kN，此值在支護橫斷面設置的最大限制承載力之內。所以，地基開挖對周圍環境的沖擊完全可控。

6 結束語

深基坑開挖不可避免的污染周圍環境，怎樣把污染減少到最少，這是巖石工程界一直以來研究的課題。本文根據某項目現場現狀，首先依據前期水文地質數據和項目本身特征，并兼顧安全與經濟效益選定地基支撐措施，然后開展施工工況分析，最后有針對性地開展基坑檢測，在觀測成果上證明了該項目采用深基坑支護工藝的合理性和有效性，為今后各類項目深基坑支護實施工藝提出參考。