談有限空間內(nèi)深基坑工程支護技術(shù)

楊 磊

(中央戲劇學院，北京 102209)

1 概述

隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，城市規(guī)劃的不斷推進，建設(shè)用地資源越來越緊張，很多新建項目選址在已有建筑物附近，施工作業(yè)空間受到制約。新建工程深基坑開挖過程中會引起場區(qū)內(nèi)土體應(yīng)力條件的重新分布，對基坑工程自身安全造成嚴重影響，導(dǎo)致周邊已有建筑物發(fā)生變形破壞。因此，需要對有限空間內(nèi)深基坑工程支護方案進行具體分析，通過采取可靠的支護方案和監(jiān)測措施，保證基坑及周邊建筑物的安全。

2 項目概況

中央戲劇學院工坊建筑高度18 m，采用框架結(jié)構(gòu)，地上4層，地下2層，地上建筑面積5 440 m2，地下建筑面積3 477 m2，基坑開挖面積2 033 m2，基坑開挖深度為10.46 m～12.16 m，屬于危大工程深基坑。根據(jù)JGJ 120—2012建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程，本工程的安全等級劃分為二級。

2.1 周邊環(huán)境狀況分析

工坊深基坑工程位于學校南部，周邊環(huán)境比較復(fù)雜?；游鱾?cè)緊鄰田徑場，基坑西北角有一個燈桿，燈桿高約20 m，燈桿基礎(chǔ)緊鄰基坑開挖面；基坑?xùn)|側(cè)為舞美教學樓，距離基坑邊緣11 m；基坑北側(cè)為市政道路宏福南一街；基坑南側(cè)為市政道路宏福南二街及現(xiàn)狀景觀河道。

2.2 工程地質(zhì)條件分析

工坊工程位于北京市區(qū)北部平原，主要受溫榆河沖積影響。根據(jù)場區(qū)內(nèi)土體的工程性質(zhì)和力學特征差異，土體自上而下分為8個大層，場地地基土層分布如下：①雜填土；②黏土夾②1砂質(zhì)粉土；③粉質(zhì)粘土夾③1砂質(zhì)粉土；④1砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土；④2粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土；⑤1粉細砂；⑤2砂質(zhì)粉土；⑤3粉質(zhì)粘土；⑥細砂夾⑥1黏土；⑦黏土層；⑧細砂夾⑧1黏土，⑧2粘質(zhì)粉土。場區(qū)內(nèi)包含三層地下水，第一層為上層滯水，穩(wěn)定水位埋深3.4 m～3.5 m；第二層為層間潛水，穩(wěn)定水位埋深11.8 m～12.1 m；第三層為承壓水，穩(wěn)定水位埋深20.9 m～21.7 m。水位受季節(jié)降水影響較大，呈現(xiàn)年季節(jié)周期性變化，變動幅度1 m～2 m。

3 深基坑支護方案

深基坑支護要求保證基坑安全，通過選擇合理的支護結(jié)構(gòu)形式控制深基坑周邊已有建筑物、道路、市政管線的位移，總體上需要滿足以下三個方面要求[1]：

1)確保基坑四周邊坡穩(wěn)定性，滿足地下施工機具具有足夠的施工空間。

2)確?；铀闹芟噜徑ㄖ铩?gòu)筑物和地下管線在基坑施工過程中免受損害。

3)確?；庸こ淌┕ぷ鳂I(yè)面在地下水位以上。支護體系通過截水、降水、排水等措施將地下水位降低至坑底以下，保證基坑滿足施工作業(yè)的要求。

3.1 支護形式選擇

本工程基坑支護設(shè)計主要考慮因素包括：

1)擬開挖基坑北側(cè)熱力管線和電力管線通過，需要將管線移至開挖面外；基坑?xùn)|側(cè)為舞美教學樓，基礎(chǔ)埋深3 m，支護結(jié)構(gòu)中的錨索施工需要考慮教學樓基礎(chǔ)的影響，同時應(yīng)選擇施工噪聲小的施工機具，降低對學校正常教學的干擾。

2)基坑?xùn)|側(cè)為材料和施工機械設(shè)備進出場通道，支護方案設(shè)計時需考慮上部荷載引起的側(cè)土壓力?；趫龅乜臻g的局限性，支護方案的具體支護形式與現(xiàn)場作業(yè)空間要相互協(xié)調(diào)。

3)基坑西側(cè)緊鄰新建完成的田徑場，基坑支護結(jié)構(gòu)不得破壞既有田徑場，同時要為建筑物主體結(jié)構(gòu)外部剪力墻施工預(yù)留足夠的支模作業(yè)空間，因此支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計要充分考慮空間的限制。

4)基坑南側(cè)為市政道路宏福南二街和景觀河道，其中宏福南二街為材料設(shè)備進出場通道。景觀河道多年前已做防滲處理，基坑方案設(shè)計時需要適當考慮河水對地下水的徑流補給，錨桿施工作業(yè)不能打穿河道防滲層。

根據(jù)工坊工程的現(xiàn)實情況，在應(yīng)充分考慮到現(xiàn)場的環(huán)境條件、空間因素和地質(zhì)條件的情況下，本著技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、安全可靠和便于施工的原則[2]，最終確定樁錨支護加局部噴錨為工坊項目的支護形式。

根據(jù)現(xiàn)場平面布置、地層及開挖深度的要求，共劃分為7個支護段如下：

1—1，支護深度10.46 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設(shè)2道預(yù)應(yīng)力錨桿；

1A—1A，支護深度10.46 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設(shè)3道預(yù)應(yīng)力錨桿；

1B—1B，支護深度10.46 m，采用簡易噴錨+樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設(shè)3道預(yù)應(yīng)力錨桿；

1C—1C，支護深度10.66 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設(shè)2道預(yù)應(yīng)力錨桿；

1D—1D，支護深度10.46 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設(shè)2道預(yù)應(yīng)力錨桿；

2—2，支護深度12.16 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設(shè)3道預(yù)應(yīng)力錨桿；

2A—2A，支護深度11.86 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設(shè)3道預(yù)應(yīng)力錨桿。

基坑開挖深度及平面布置見圖1。

3.2 地下水控制

本工程所在地地下水埋藏較淺，根據(jù)勘察資料場地自上而下分布三層地下水，對坑開挖有影響的地下水為第一層地下水，類型為上層滯水，水量較大，含水層為②1砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土。本工程采用止水帷幕加坑內(nèi)及周邊疏干井疏干的方式控制地下水。常用的止水帷幕形式有三軸水泥土攪拌樁止水帷幕、雙軸水泥土攪拌樁止水帷幕和高壓旋噴止水帷幕。

由于攪拌樁機架占用空間大，現(xiàn)場作業(yè)空間有限不利于施工，旋噴樁具有質(zhì)量有保證、強度高、與樁身結(jié)合更緊密的優(yōu)點，本工程選擇直徑1.1 m、間距1.2 m的高壓旋噴止水帷幕樁，止水帷幕樁與護坡樁咬合250 mm。本項目止水帷幕樁樁徑較大，旋噴樁采用三重管施工工藝，需要在正式施工前進行試樁，確定正式施工時旋噴樁的控制參數(shù)。旋噴注漿過程中如果出現(xiàn)壓力驟降、上升或冒漿異常時，應(yīng)查明原因并及時采取措施保證成樁質(zhì)量。

距離基坑上口邊線約1.0 m～1.5 m布置應(yīng)急疏干井，成孔直徑600 mm，井管內(nèi)徑300 mm，井深19 m，井底距基坑底部6.84 m～8.54 m。在基坑四周共布置有13眼應(yīng)急疏干井，間距20 m；在基坑內(nèi)部南北中線位置布置7眼應(yīng)急疏干井，間距15 m，具體分布見圖1。

3.3 土方開挖要求

基坑工程開挖施工是決定深基坑工程成敗優(yōu)劣的關(guān)鍵工序，施工中必須科學地解決基坑本身的穩(wěn)定性和控制地層變形這兩個方面的問題?；娱_挖會引起基坑周邊土體向坑內(nèi)移動的趨勢，產(chǎn)生側(cè)向主動土壓力，進一步導(dǎo)致支護結(jié)構(gòu)發(fā)生位移，從而引起基坑周邊建筑物、構(gòu)筑物出現(xiàn)變形。

本項目基坑工程對開挖過程提出了以下五點要求：

1)當支護結(jié)構(gòu)強度達到開挖階段設(shè)計強度時，方可進行土方開挖；對采用預(yù)應(yīng)力錨桿的支護結(jié)構(gòu)，應(yīng)在施加預(yù)應(yīng)力后，方可開挖下層土方；對基坑?xùn)|側(cè)上部土釘墻部分，應(yīng)在土釘、噴射混凝土面層的養(yǎng)護時間大于2 d后，方可開挖下層土方。

2)開挖至錨桿、土釘施工作業(yè)面時，開挖面與錨桿、腰梁、土釘?shù)母卟畈灰舜笥?00 mm。

3)開挖時，挖土機械設(shè)備不得碰撞或者損害錨桿、腰梁、土釘墻墻面。

4)當開挖揭露的實際土層性狀或地下水情況與設(shè)計依據(jù)的勘察資料明顯不符，或者出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，不明物體時，應(yīng)立即停止挖土，在采取相應(yīng)處理措施后方可繼續(xù)挖土。

5)挖至坑底時，應(yīng)避免擾動基礎(chǔ)持力土層的原狀結(jié)構(gòu)。

3.4 變形監(jiān)測

基坑的理論研究和工程實踐已經(jīng)確定理論、經(jīng)驗和監(jiān)測相結(jié)合是指導(dǎo)基坑工程的設(shè)計和施工的正確途徑。

本項目施工空間局限，深基坑屬于危大工程，基坑開挖對基坑周邊既有建筑物影響大，在基坑開挖過程中需要對支護結(jié)構(gòu)的水平位移、豎向位移、深層水平位移、錨桿應(yīng)力、地表周邊建筑物及地下管線、周邊的圍護結(jié)構(gòu)及地表沉降進行動態(tài)監(jiān)測。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集分析和整理，了解基坑開挖對施工環(huán)境、地下土層、基坑周邊建筑物的影響并及時進行調(diào)整。

本工程布置水平位移監(jiān)測點4個，樁頂、坡頂水平位移及豎向位移監(jiān)測點19個，道路及周邊地表沉降觀測點38個，錨索應(yīng)力監(jiān)測點17個，深層水平位移監(jiān)測點8個，地下水位監(jiān)測點2個，周邊建筑物沉降監(jiān)測點6個，周邊地下管線沉降監(jiān)測點7個。所有監(jiān)測點均嚴格按照規(guī)范要求均勻分布在基坑及重要建筑物四周。

監(jiān)測周期從基坑工程施工前開始，直至地基工程完成回填為止?；庸こ痰谋O(jiān)測頻率應(yīng)根據(jù)基坑開挖的施工進程、施工工況以及其他外部環(huán)境影響因素的變化及時調(diào)整。一般在基坑開挖期間，地基土處于卸荷階段，支護體系處于逐漸加荷狀態(tài)，應(yīng)適當加密監(jiān)測，當基坑開挖完成后一段時間、監(jiān)測值相對穩(wěn)定時，可適當降低監(jiān)測頻率。本工程基坑最大設(shè)計深度12.16 m，在基坑開挖深度0 m～5 m時，監(jiān)測頻率為1次/3 d，5 m～10 m時，監(jiān)測頻率為1次/3 d，大于10 m時，監(jiān)測頻率為1次/2 d，本工程基坑開挖正處于北京雨季，應(yīng)在突降大雨或暴雨時加強監(jiān)測頻率，如出現(xiàn)緊急狀況應(yīng)立即啟動應(yīng)急預(yù)案。

4 結(jié)語

1)基坑支護結(jié)構(gòu)屬于建筑的臨時結(jié)構(gòu)，在有限空間內(nèi)進行支護應(yīng)盡可能少占用后期主體結(jié)構(gòu)的工作面。

2)在保障主體結(jié)構(gòu)地下部分施工安全的前提下，支護方案的選擇應(yīng)充分考慮經(jīng)濟效益，根據(jù)不同的施工環(huán)境做有針對性的調(diào)整，避免盲目套用。

3)支護設(shè)計方案要充分考慮現(xiàn)場的施工條件及施工工藝的可行性，降低對周邊環(huán)境的影響。

4)基坑開挖過程需要做好基坑監(jiān)測工作，通過施工單位和第三方的動態(tài)監(jiān)測能有效預(yù)防基坑事故的發(fā)生，降低基坑開挖對周邊建筑物及構(gòu)筑物的影響。