深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工

摘要:某項(xiàng)目基坑深度在13.6m~18m，開挖面積達(dá)3萬m2，深基坑修建在距錢塘江38m處的粉砂土層中，且周圍10m左右已在使用的建筑物，由于設(shè)計(jì)方案、監(jiān)測方案、施工方案的合理和可行，深基坑設(shè)計(jì)和施工取得了成功，可為同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞:深基坑; 基坑支護(hù);咬合樁;設(shè)計(jì)與施工

中圖分類號:TU94+2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)12-0130-03

1工程概況

江南某市某項(xiàng)目為全埋式大型地下城，該地下城基坑有三大特征:

開挖深度深，相對于地面標(biāo)高，開挖深度為-13.6m，最深處為-18m;面積大，基坑南北方向長370m，東西方向長125m，呈U字型，兩頭大，中間小，開挖面積在3萬m2以上;開挖施工存在較大風(fēng)險，粉細(xì)沙、地下水位高、距鄰近建筑物極近，該基坑?xùn)|面是一座已建成且已投入使用的大劇院，呈月牙型，為全鋼結(jié)構(gòu)，兩個拱角正好和本基坑“U”字的兩個角相對，兩者最近處僅為12m。當(dāng)?shù)卣笤摰叵鲁鞘┕て陂g不影響大劇院的正常演出。該基坑北面是錢塘江，基坑離錢塘江最近處為38m。兩者之間是一條城市主干道。本基坑底在錢塘江水面以下-10m處，地下水十分豐富。地質(zhì)勘察報告表明:“由于本場地位于錢塘江附近，場地地下水和錢塘江江水有一定的水力聯(lián)系?！倍竟こ坦て诮鼉赡?，必定數(shù)次歷經(jīng)錢塘江的潮起潮落?；游髂厦媸橇硪徽谛藿ǖ母邔咏ㄖ?，是重要的城市標(biāo)志物，其基坑比本基坑淺6m，且施工完畢，停止了降水。

本基坑?xùn)|、南、北三個方向都為已建成正在建的建筑物，基礎(chǔ)都比本基坑底淺，且基礎(chǔ)均已完成，從小區(qū)域上講，該基坑沒有辦法遵照“先深后淺”的施工順序，使原本就有幾分險的工程又新增了難度。該基坑土質(zhì)為錢塘江口沖擊土，砂質(zhì)粉土層高達(dá)10~17m。砂質(zhì)粉土和地下流水相結(jié)合，具有“流水?dāng)y砂細(xì)無聲”的特點(diǎn)，常常是不知不覺出現(xiàn)一個大窟窿。

2基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)基坑四周的情況，設(shè)計(jì)者分別編制不同的施工設(shè)計(jì)文件，東面有重要建筑物——大劇院，且相距基坑甚近，最小處為12m，東面基坑圍護(hù)體系是:咬合樁+旋噴樁+錨索+支撐梁。

2.1咬合樁

它是在兩根素砼樁間嵌入一根鋼筋砼樁的形式。其關(guān)鍵技術(shù)是采用專用樁基來保證樁身垂直度，使得鋼筋砼與素樁能可靠咬合，不分叉，形成連續(xù)止水擋土的帷幕。另一關(guān)鍵技術(shù)是素樁必須采用超緩凝砼方可在兩邊素砼沒有初凝前，在中間扦入一根鋼筋砼樁，在扦入鋼筋砼中能切割掉鋼筋砼樁與兩邊素砼重疊部分的超緩凝砼，實(shí)現(xiàn)咬合，從而使鋼筋砼樁與素砼樁共同終凝(見圖1)。

本工程咬合樁采用全鋼筋套管液壓機(jī)施工，樁直徑為1.0m，咬合寬度為0.25m，超緩凝砼終凝時間為60h，3d強(qiáng)度小于3.0mpa。咬合樁A棟樁長為基坑深度的1.0倍，咬合樁B樁為基坑深度的1.8倍。A樁主要作用是擋土隔水，B樁除擋土隔水外還有傳力到基坑深處的作用。由于咬合樁具有擋土隔水的作用，東西和北面圍護(hù)的主體采用的是咬合樁。

2.2 旋噴樁

咬合樁要求地下沒有障礙物，否則不能咬合，針對大劇院有些地梁頭進(jìn)入了咬合樁間界限，在咬合樁不能咬合處，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)了旋噴樁起到遺拾補(bǔ)漏的作用，以構(gòu)成嚴(yán)密完整的防水體系。本工程采用三重高壓旋噴樁(直徑1000mm，間距600mm)，三重旋噴樁長為基坑深度的1.8倍。其他指標(biāo)為:空氣壓力0.7mpa，水壓25mpa，漿液壓3mpa，水泥用量為650kg/m3，水灰比0.9。

2.3 錨桿:因咬合樁呈懸臂狀，加之開挖深度大，咬合樁懸臂部分長，為增加咬合樁擋土能力，設(shè)計(jì)者在素樁上設(shè)計(jì)了3~4道錨桿，長度為21~24m，每道錨桿為4~5根鋼絞線(見圖例2)。

2.4 鋼筋砼支撐梁

為確保大劇院兩個拱角的絕對安全，設(shè)計(jì)者在大劇院拱角處的咬合樁邊設(shè)計(jì)了三道鋼筋砼支撐梁，間距為3.5m，防止大劇院拱角產(chǎn)生側(cè)移。

南面為靠錢塘江一側(cè)。為切斷錢塘江江水和本基坑地下水水力聯(lián)系，設(shè)計(jì)者在南面設(shè)計(jì)了“咬合樁+三重旋噴樁+四道錨索”的擋土墻防水維護(hù)體系。西面靠近正在修建的高層建筑處兩基礎(chǔ)的高差處用土釘噴錨。北面是唯一無已有建筑之處，也作為工地進(jìn)料口和工作場地，采用了臺階放坡大開挖，坡面用素砼噴錨。

2. 5降水措施

地下水在地表以下3m處，基坑施工要求在無水狀態(tài)下施工，降水成了基坑圍護(hù)的重要內(nèi)容之一。本基坑內(nèi)外均采用深井降水，用Ф300的波紋管，管壁刺孔后用細(xì)紗布包裹兩層，從管口吊入潛水泵抽水，基坑內(nèi)深井間距8m一個，正方形布置，基坑處深井10m一個。

3基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)措施

3.1施工應(yīng)急預(yù)案

施工方編制的施工組織設(shè)計(jì)，設(shè)“應(yīng)急預(yù)案”一章對深基坑施工中可能出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行了詳盡的設(shè)計(jì)，建立了由建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、監(jiān)測、施工五方組成的聯(lián)動機(jī)制，配備了充足的搶險材料和機(jī)具，應(yīng)對可能發(fā)生的各種突發(fā)事件。同時，成立巡查小組，24h不間斷巡邏。

3.2咬合樁施工工藝

咬合樁通過樁間咬合來保證其整體連續(xù)性、密閉性，咬合樁樁徑1.0m，樁中心距離0.75m，相鄰兩樁最大咬合部分為0.25m。咬合樁混凝土結(jié)構(gòu)分2種類型，其中A序樁設(shè)計(jì)為C15超緩凝素混凝土樁;B序樁設(shè)計(jì)為C25鋼筋混凝土樁。施工主要采用“套管鉆機(jī)+超緩凝型混凝土”方案。鉆孔咬合樁的排列方式為:一個素混凝土(簡稱A樁)和一個鋼筋混凝土樁(簡稱B樁)間，先施工A序樁，后施工B序樁，A樁混凝土采用超緩凝混凝土，要求必須在A樁混凝土初凝之前完成B樁的施工，B樁施工時，利用套管鉆機(jī)切割掉相鄰A樁相交部分的混凝土，則實(shí)現(xiàn)了咬合，具體施工工藝見圖3。

3.3事故樁的處理措施

3.3.1平移樁位咬合

由于特殊情況造成A1樁混凝土超過終凝時間較長，混凝土強(qiáng)度>10MPa時，B1樁無法切割A(yù)l樁成孔。此時將A2樁附近導(dǎo)墻破除，在A2樁不調(diào)整樁位的情況下先保證B1與A2咬合施工，B1樁與Al樁相切，然后按順序繼續(xù)施工A3、B2、…，最后沿A1、Bl兩樁外側(cè)施工旋噴樁進(jìn)行封堵。

3.3.2預(yù)留咬合企口

咬合樁施工的流水作業(yè)中斷，迅速移機(jī)對末端樁進(jìn)行切割，單側(cè)咬合面成孔，然后在孔內(nèi)灌注河砂拔管形成砂樁，待后續(xù)咬合施工至該樁時重新成孔完成連續(xù)咬合樁的施工。

3.3.3背樁補(bǔ)強(qiáng)

B1樁成孔施工時，其兩側(cè)A1、A2樁的混凝土均已凝固，在這種情況下，則放棄B1樁的施工，調(diào)整樁序繼續(xù)后面咬合樁的施工，以后在B1樁外側(cè)增加一根咬合樁及兩根旋噴樁作為補(bǔ)強(qiáng)、防水處理。在基坑開挖過程中將A1和A2樁之間的夾土清除后噴上混凝土即可。

3.3防止管涌的具體措施

在成孔過程中，依據(jù)套管的切割下壓能力，一般情況下始終保持套管超前于沖抓面2.5m以上，輕抓慢挖，使孔內(nèi)留有一定厚度的反壓土層，防止管涌現(xiàn)象的發(fā)生，主要措施如下:

1)在地下水豐富的含砂地層施工，鋼套管要盡量壓人砂層中一般2~4m，就不會出現(xiàn)管涌。

2)對于地下水位過高，可以在套筒內(nèi)補(bǔ)水，以平衡套筒外的水壓力。

3)在施工過程中隨時注意套筒內(nèi)涌沙現(xiàn)象，有問題及時處理。

3.4防止串孔的措施

在B樁成孔過程中，由于A樁砼未凝固，還處于流動狀態(tài)，因此，A樁砼有可能從A、B樁相交處涌入B樁孔內(nèi)，稱之為“串孔”，防止串孔發(fā)生通常有以下幾個方法可以采用:

1)A樁砼的塌落度應(yīng)盡量小一些，為16±2cm，以便降低砼的流動性，B樁為20±2cm。

2)套管底口應(yīng)始終保持超前于開挖面一定距離，不應(yīng)少于2.5m，以便造成一段“瓶頸”阻止砼的流動。

3)如有必要(如遇地下障礙物套管底無法超前時)可向套管內(nèi)澆注一定量的水，使其保持一定的反壓來平衡A樁砼的壓力，阻止“串孔”的發(fā)生。

4)B樁成孔過程中應(yīng)注意觀察相鄰兩側(cè)A樁砼頂面，如發(fā)現(xiàn)A樁下陷，應(yīng)立即停止B樁開挖，并一邊將套管盡量下壓，一邊向B樁內(nèi)填土或注水，直到完全制止住“串孔”為止。

5)B樁成孔期間加強(qiáng)過程控制，保證樁的垂直精度，在成孔過程中沖擊抓斗輕抓慢進(jìn)，套管鉆機(jī)盡量減小搖管幅度，以此減弱對兩側(cè)A樁混凝土的擾動，可以預(yù)防混凝土“串孔”問題。

4基坑開挖維護(hù)施工中異常情況處理

按設(shè)計(jì)要求在施工中，開挖過程基本上順利，除靠錢塘江一側(cè)錨索倒冒水外，整個基坑見底后較為干燥。地下城主體施工也較為順利，但由于地下城主體施工時間較長，加之各種偶然因素，基坑施工過程中出現(xiàn)過三種異常情況:

4.1 咬合樁的咬合處被地下水撕開噴水的處理

上述情況比較嚴(yán)重的發(fā)生了四次，其中最為嚴(yán)重的一次在一個雨天，正值錢塘江漲潮。靠近錢塘江一側(cè)的咬合樁，有一處A、B樁咬合處突然被水撕開一道裂縫，裂縫長1.5m，寬10cm，水呈噴射狀噴出，幸好在第一時間被基坑安全巡守人員發(fā)現(xiàn)。各方按應(yīng)急預(yù)案聯(lián)合行動，各方人員迅速到位，搶險物質(zhì)及時運(yùn)到現(xiàn)場。首先用型鋼將噴水處頂牢，然后用沙袋疊堆三層，基本將強(qiáng)噴水制住。然后在坑頂用旋噴機(jī)注入摻有速凝劑的水泥漿，迅速堵住了噴水。

此次咬合樁處噴水，從開始到水被止住歷時1個小時左右，流水?dāng)y出大量的河沙，此時基坑底板鋼筋已綁扎，流沙在鋼筋籠中極難處理，若發(fā)現(xiàn)的晚，或堵水施工時間太長，流出的河砂會更多，基坑頂?shù)孛婵展乃裘娓?，甚至將會造成?zāi)難性后果。

四次咬合樁咬合處噴漏水的共同特點(diǎn)為:(1)四次噴漏水有三次發(fā)生在靠近錢塘江一側(cè)，說明地理位置對噴漏水有很大關(guān)系，也印證地勘報告表明的基坑地下水與錢塘江江水之間有水力關(guān)系;(2)噴漏水處均發(fā)生在咬合樁靠近基底處，符合基坑越深水壓力越大的規(guī)律;(3)每次噴漏出來的水都攜砂，這與基坑周圍是粉質(zhì)細(xì)砂土有關(guān)，水?dāng)y砂導(dǎo)致地面空鼓下陷，危及施工及基坑安全，處理方法是灌摻加速凝劑水泥漿。

4.2 降水受阻處理

基坑基本見底后，在靠近在建高層建筑一側(cè)有一條涌水帶，緊靠原設(shè)計(jì)中深井帶但深井無法將水降下去，而且導(dǎo)致基坑和高層建筑間高差的土釘墻塌陷，不僅危及正在修建高層建筑的安全，同時使基底的積水井、電梯井的磚態(tài)模難以實(shí)施。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查分析:這“降不下的水”來自正在建的西邊高層基礎(chǔ)一側(cè)，因該高層建筑的基礎(chǔ)比本基礎(chǔ)淺，且已施工完畢停止降水，本基坑比高層建筑的基礎(chǔ)深，符合“水向深處流”。分析研究后采取了以“攔截來水”的做法:(1)在本基坑靠近高層建筑一側(cè)加2~3排“朝天錨桿”其方法是在鋼管外壁打小孔，一端鋼管錘扁至封閉打入地層，再用1.5mpa的壓力向管內(nèi)壓入水泥漿，水泥漿從鋼管中噴入地層形成一道止水又擋土的屏障，確保高層建筑基坑水不流入本基坑;(2)在積水井、電梯井處因挖得太深，水?dāng)y砂嚴(yán)重處采用鋼板沉井;(3)增加降水深井?dāng)?shù)量。

上述措施實(shí)施后，水降下去了，積水井、電梯井順利實(shí)施。

4.3 土體側(cè)移值超警戒處理

當(dāng)?shù)叵鲁侵黧w從基坑里漸漸地“長高”，接近基坑外地坪時，三道支撐梁已拆除兩道，最上面一道支撐梁正著手拆除時，監(jiān)測單位報告:位于擬拆支撐梁的兩根側(cè)斜管的監(jiān)測數(shù)據(jù)已到達(dá)設(shè)計(jì)的警戒值40mm，且連續(xù)6天的側(cè)移值量每天以0.3mm的速度增加。

針對上述情況，各方責(zé)任主體負(fù)責(zé)人開會研究，經(jīng)實(shí)地考察和查閱了全部由監(jiān)測單位提供的監(jiān)測報告，比較一致的看法是:(1)測斜量的增加趨勢在拆除最后一道支撐梁以前就已經(jīng)發(fā)生，和正在拆除最后一道支撐梁并無關(guān)系;(2)側(cè)移量大的位置靠近地坪表層，土體深度側(cè)移并不大;(3)已有兩道換撐已做好，并開始受力;(4)警戒值設(shè)計(jì)時有適當(dāng)?shù)挠嗔俊?/p>

與會人員在綜合分析了各方面情況后決定:在加大監(jiān)測密度的同時，繼續(xù)拆除最后一道支撐梁。事實(shí)上，側(cè)移量在超過警戒值沒有繼續(xù)擴(kuò)大，最后一道支撐梁也順利地拆除，完成了由支撐梁體系受力過渡到由地下城結(jié)構(gòu)主體受力的轉(zhuǎn)換。

5深基坑施工監(jiān)測與施工效果

5.1基坑施工監(jiān)控措施

根據(jù)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案要求及建筑基坑支護(hù)規(guī)程要求，監(jiān)測單位制定的監(jiān)控測量方案的主要如下:

基坑外測點(diǎn)的布置。對從基坑邊緣以外1~2倍開挖深度范圍內(nèi)的需要保護(hù)的物體均作為監(jiān)控對象，離基坑僅12m遠(yuǎn)的大劇院兩個鋼拱角自然作為重中之重的監(jiān)測對象，分別布置了水平位移觀測點(diǎn)和垂直位移觀測點(diǎn)。對大劇院地坪，處于基坑與錢塘江之間的快速路也布置了相應(yīng)的測斜管。外擋錨監(jiān)測。主要是指錨桿拉力的監(jiān)測。內(nèi)支撐的監(jiān)測主要是對兩拱角的鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)的軸力進(jìn)行監(jiān)測。觀測頻率視工程進(jìn)展而定，基坑開挖較深和變異較大時加密監(jiān)測頻率，最密的為一小時監(jiān)測一次。

5.2實(shí)施效果

相鄰重要建筑物——大劇院建筑物沉降量微小，從而確保了其在施工期間正常使用。從基坑開挖到地下城主體完成持續(xù)16個月，期間，大劇院的兩個拱角累計(jì)沉降量僅2mm，地坪沉降3mm，無水平裂縫發(fā)生，確保了大劇院完好無損，期間還舉行了數(shù)場國際演出，達(dá)到了大劇院正常使用的目的。

擋住了錢塘江水對深基坑侵害，也確保了本基坑和錢塘江之間城市主干道的正常運(yùn)營， 確保了西面高層建筑的施工，確保了地下城深基坑及主體結(jié)構(gòu)的正常施工。地下城主體耗鋼材2萬多噸，砼6萬多m3，歷時16個月，期間經(jīng)歷了暴雨、大雪以及錢塘江漲潮，確保了基坑和施工人員安全。沒有引發(fā)周圍地坪坍塌和開裂，距基坑只有2m的圍墻都沒有發(fā)生嚴(yán)重開裂和倒塌。

6結(jié)論

筆者有幸參與本基坑項(xiàng)目建設(shè)全過程，深感到建筑深基坑施工有很大風(fēng)險，尤其修建在江河附近或重要建筑物周邊的深基坑風(fēng)險更大，稍有不慎，后果都是災(zāi)難性的。本基坑集深、大、險于一體，之所以能成功，至少得益于三個要素:設(shè)計(jì)方案、監(jiān)測方案和施工方案的合理和可行性?，F(xiàn)地下工程逐漸增多，舊城改造修建地下工程也會遇到類似情況，該深基坑的設(shè)計(jì)方案、監(jiān)測方案、施工方案都有其借鑒意義。

參考文獻(xiàn):

[1] 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程.JGJ120.

[2] 建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)程.JGJ/T111.

[3] 建設(shè)工程施工現(xiàn)場管理規(guī)定.國務(wù)院第15號令.