基于復雜環(huán)境下建筑大面積基坑開挖支護技術研究

梅煥明

（廣州市第三建筑工程有限公司）

0 引言

建筑基坑開挖是一項系統(tǒng)工程，涉及很多方面的問題，例如巖土與支護的相互影響、土力學中強度、變形、穩(wěn)定性等，具備極強的綜合性巖土施工難題?；趶碗s的城市規(guī)劃格局，所面臨的建筑、道路、管線分布高度集中的問題，基坑開挖又必須對這些進行必要的保護，而工程現(xiàn)場又不具備多段大面積放坡支護的條件，因此，怎樣在相對有限的空間里，既要確?；拥姆€(wěn)定性，又要最大限度地降低對周圍環(huán)境的干擾，已經(jīng)成為工程施工領域的難點問題之一，本文將從以下幾個方面進行研究。

1 深基坑工程中存在的問題

1.1 設計方案與施工技術的差異性

第一，設計單位在對深基坑工程實例制定施工方案時，針對支護體系和圍護結構的設計只是按照地質勘查參數(shù)進行穩(wěn)定性驗算，沒有對土方開挖、周邊環(huán)境變化產(chǎn)生的支護結構受力不均衡的問題進行重視；第二，對基坑沒有及時降水疏水或降水過度，將會導致基坑內(nèi)涌進外面的地下水、突涌、流沙、坑底隆起、基坑周邊土體固結下沉的不良現(xiàn)象；第三，降水與開挖的耦合作用導致基坑整體失穩(wěn)以及周圍建筑沉降破壞的問題；第四，基坑開挖后長時間沒進行支撐的問題，第五，未結合施工現(xiàn)場部署進行設計支護方案。對于以上存在的問題，施工部門必須認真分析施工技術對整體基坑工程安全的影響，研究出科學合理的基坑開挖和降水的方案。

1.2 缺乏相關技術方案的優(yōu)化比選

深基坑工程挖土的方式包括放坡挖土、中心島式挖土、盆式挖土、逆作法挖土，但在實際工程施工中，許多工程案例忽略了開挖方案進行定性、定量的優(yōu)化比選，而是簡單地側重對單一挖土技術的介紹與研究測算分析，同時忽略支護組合的施工時間差，造成坑壁失穩(wěn)變形的問題。

1.3 缺乏對降水情況的分析

對于降水施工技術大部分研究只重視對周邊地表、建筑物、地下管線的不良影響，卻忽略了對降水技術的分析，其中包括不及時降水和降水過度對基坑圍護結構的不利影響，對地下水流，上下游關系不了解，更缺乏對癥下藥的補救方案以及對控制效果的分析和評價。歸根結底，就是沒有對降水的施工掌控的關鍵點進行研究。

1.4 對基坑工程的動態(tài)管控不夠

在深基坑的施工中對事故的預警機制是很重要的，而當前的施工預警是根據(jù)深基坑施工過程的監(jiān)控數(shù)據(jù)。而根據(jù)通常的慣例，國內(nèi)外研究此類問題的標準只是重視研究有效的、精準度極高的技術和手段，卻總是忽略監(jiān)測結果對施工方案的修正意義。通常情況下，研究查找影響基坑施工原因主要是通過分析突變數(shù)據(jù)和波動較大的監(jiān)測數(shù)據(jù)來判斷，并在此基礎上對工藝效果進行評價，只要結果滿足既定的設計標準就可以，卻不能深度分析判斷影響基坑整體穩(wěn)定的具體的工序因素，更沒有機會去糾正一些違規(guī)的施工措施，對技術方案實施優(yōu)化就更無從談起了。總之，上述的核心的缺陷就是監(jiān)測數(shù)據(jù)僅起到事后評價的作用，缺乏應有動態(tài)管控。

2 案例工程概況

本案例工程是一個住宅小區(qū)的建筑工程項目，基坑的挖掘面積為48600m2，基坑呈現(xiàn)不規(guī)則的多邊形，基坑挖掘的深度為4.5m～5.30m，基坑之內(nèi)的局部高度差0.8m。基坑的平面圖和位置見圖1。

圖1 基坑位置（1012）及平面形狀示意圖

將要施工的場地根據(jù)鉆探得出地質狀況，依據(jù)地質的成因類型和地層時代，巖土層自上而下分為以下幾類：第四系全新統(tǒng)人工填土層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層、第四系中更新統(tǒng)坡洪積層、第四系殘積層及白堊紀泥質粉砂巖，中風化泥質粉砂巖，展現(xiàn)隨機分布的無規(guī)律性?；觾?nèi)部有三種類型的地下水分布：巖溶裂隙水、松散巖類孔隙水、上層滯水。根據(jù)工程場地勘察結果，從地下室的邊線到基坑開挖深度三倍的區(qū)域內(nèi)，現(xiàn)場東邊為42m 寬城市主干道，兩側分布著市政管網(wǎng)，與地下室邊線距離為10.5m；現(xiàn)場南邊為10m 寬城市次干道，兩側分布著市政管網(wǎng)，與地下室邊緣距離為6m；現(xiàn)場西側為B 小區(qū)，邊緣綠化地帶埋設著市政管道及電力電纜，與地下室邊緣距離為13.8m；北側為待建區(qū)域，與地下室邊緣距離為18.0m。

3 工程難點分析

第一，該項目基坑局部挖掘的深度大，最深可達到5.3m，附近環(huán)境管線較多，道路復雜，出現(xiàn)問題影響極大，辨別為一級危險源，對基坑整體的穩(wěn)定性和支護強度有較高的要求。第二，對周邊的環(huán)保要求極高，現(xiàn)場的東、南、西三邊臨近市政道路及住宅區(qū)，管線密布，對支護穩(wěn)定性要求極高。第三，深基坑挖掘的深度下不穩(wěn)定因素多，基坑底巖土層主要為強風化泥質粉砂巖，穩(wěn)定水位高程為-2.9～-4m，嚴重影響基坑疏排水及支護類型的選擇。

4 大面積深基坑開挖支護方案研究

4.1 深基坑工程方案設計原則

大面積深基坑施工，是一個復雜的完整的系統(tǒng)工程。施工中應確保支護的穩(wěn)定性、周邊建筑物、管線的安全，更要重視工程作業(yè)的便利性和工期的準時性，在設計的工期內(nèi)高質量地完成工程，更要考慮工程的造價。所以，在進行方案設計時，必須考慮工程的實際條件及施工部署，選擇適合工程的支護方式，設計的原則表現(xiàn)在下面幾個方面。第一，安全可靠性，保證安全是整體工程的關鍵。第二，技術可行性，雖然現(xiàn)代施工技術都具備安全可靠性，但深基坑大面積施工要根據(jù)工程的特點，結合工程的具體情況，選擇成熟的施工技術，切實保證工期和質量。第三，經(jīng)濟合理性和施工方便性，大面積基坑開挖工程，在考慮安全、可靠和技術的因素外，也要對工程的經(jīng)濟性和便利性進行研究論證，對各種資源進行整合，擇優(yōu)而定。

4.2 基坑施工方案比選

4.2.1 圍護結構

要充分考慮大面積基坑挖掘的深度、支護時長、周圍的環(huán)境和現(xiàn)場的地質、水紋條件，根據(jù)現(xiàn)場土體狀態(tài)選擇支護方案，對最優(yōu)的支護方案進行抉擇：土釘墻、掛網(wǎng)素噴支護、SMW 工法樁、灌注樁+錨索、地下連續(xù)墻。

4.2.2 地下水控制系統(tǒng)

該項目基坑挖掘深度最大可達5.3m，基坑底在地下水位之下，降低后地下水位應在基坑底面0.5m～1.0m，降深水位大約3m，如果利用密閉的止水帷幕，會產(chǎn)生很高的造價。同時基坑勘測顯示地下水位的降低對這個土層沒有太大的沉降影響，所以決定不采用慮密閉止水帷幕。但基于地下水位比基坑底要高很多，降低基坑內(nèi)的地下水位可采用管井降水措施，為土方開挖創(chuàng)造干燥的施工條件。

4.2.3 支護方案比選結果

通過上面的方案比選，得出下面的結論：第一，該項目基坑的東、南、西三面支護的深度為4.50～5.30m，支護方案為以灌注樁+內(nèi)支撐（角部設置鋼筋混凝土抗拉板），出土坡道為灌注樁+拉錨式，樁間掛網(wǎng)噴砼；第二，該項目基坑的北側段支護深度為4.5m，周圍的環(huán)境并不復雜，結合技術的分析和經(jīng)濟的對比，本段工程利用“土釘墻”實施支護；第三，地下水的控制措施，基坑內(nèi)利用水紋的上下游關系設置U 型井點降水，提高經(jīng)濟性及有效率，同時亦綜合考慮方便機械進出基坑；同時考慮避免降水影響范圍過大，應采取回灌措施（在井點外4m 處設置回灌點），同時坑底和坑頂排水設施為排水溝組織地表明水。

表1 基坑支護類型比選

5 深基坑支護結構設計

5.1“組合式支護”模式

結合施工中的成熟的經(jīng)驗，該支護模式設計參數(shù)為前后排樁徑1m、1.3m 的間距，排樁頂部的冠梁規(guī)格為1.0m×0.8m。設計驗算的數(shù)值取基坑開挖最深的地方。通過理正基坑支護設計軟件的驗算結論，對基坑支護結構相關現(xiàn)象進行分析，包括整體穩(wěn)定性、地表沉降、內(nèi)力位移等，經(jīng)過計算得出下面的結論：第一，基坑整體的穩(wěn)定性符合規(guī)范要求，安全系數(shù)為Ks=1.549＞1.30。第二，基坑完全符合抗傾覆的設計標準，Kov=1.237＞=1.200。第三，支護底部具有很好的抗隆起穩(wěn)定性，基坑深度也符合抗隆起的穩(wěn)定性。第四，基坑突涌的安全系數(shù)相對穩(wěn)定，底部土具備抗承壓水頭的穩(wěn)定性，嵌固深度與構造要求相符合、具備很強的抗傾覆能力、整體滑動穩(wěn)定性符合設計要求。

圖2

5.2 地下水控制系統(tǒng)研究

基于現(xiàn)場的地下水位比較淺、水量不大，處理措施不選擇密閉式止水帷幕，主要以管井降水。第一，布置降水井的距離為35～40m，把地下水位降低到基坑底-0.5～-1m 范圍，降水井為500mm 的孔徑，濾管采用PVC 管，直徑為300mm，井底巖面的入基不能低于1m，降低的水位至不得大于1.5m。第二，截水溝的設置位置為排樁冠梁邊設置，用作攔截地表面的雨水，同時在坡底每隔20m 及拐角處設置集水坑，用于接納坡腳排水渠內(nèi)的積水，然后采用水泵抽排進三級沉淀池沉淀后匯集水排入市政排水渠道。

6 結束語

通過對以上工程實踐的研究分析，本案例工程為深基坑大面積開挖解決了技術難題。通過認真全面分析基坑周圍的環(huán)境和地質、水紋條件后，采用的施工方案為組合支護技術，即灌注樁+內(nèi)支撐、灌注樁+拉錨式、“土釘墻”的支護方式，采用的管井和排水明溝的組合方式及回灌技術，運用地下水上下游關系結合施工機械進出通道，合理經(jīng)濟有效運用U 型布點降水，實踐的結果表明各項技術指標均符合設計要求，坑內(nèi)的疏排水措施也科學合理，即能充分保障施工安全，又可以創(chuàng)造充足的施工作業(yè)面，確保復雜環(huán)境下建筑大面積基坑開挖支護的順利進行。