大型深基坑施工变形控制

黄善富

摘要:上海漕河泾开发区兴园技术中心工程属于大型深基坑。因我公司出于对经济效益的考虑，设计方案除基坑周围采用深层搅拌桩止水+钻孔灌注桩挡土外，基坑内仅设一道混凝土环形支撑的形式。较常规类似工程的做法内支撑一般要设两道或三道，以至于本工程基坑的变形控制难度相对较大。而通过对优化设计，合理部署土方开挖的顺序及流程，并加强基坑监测，实现信息化施工，有效控制了基坑的变形，确保了深基坑的施工安全。实践证明了制定的各类措施较为有效，可为今后类似工程施工起到借鉴作用。

关键词：变形；先期预控；土方开挖；基坑监测

1工程概况

上海漕河泾开发区兴园技术中心工程位于上海漕河泾开发区W15地块，基地面积32945平方米，本工程地下二层，地上二栋38层主楼和一栋3层裙房。建筑高度主楼152.65米，裙房14.45米。总建筑面积188294平方米，其中地上142438平面米，地下45856平方米。该工程的主要功能为商业和办公，建成后将成为该地区的标志性建筑。

2基坑围护设计

基坑围护形式采用深层搅拌桩止水，钻孔灌注桩及一道混凝土支撑（主楼区另设二道钢支撑）进行挡土及支护。坑内采用暗墩式进行加固土体，主楼电梯井落深区域采用双排旋喷桩封底、止水，并在落深区设一周钻孔灌注桩一道型钢支撑以保护其坑底土体稳定。

基坑周长约675米，开挖面积为23156平方米，呈多边形，基坑外自然地面相对标高为-0.6～-1.4米。挖深车库挖深为-9.85米，主楼区为-10.75米、-11.45米，区局部落深区深度为 -15.9米～-17.4米。具体设计形式详见图2-1 、图2-2。

3地质情况

依据上海岩土工程勘察设计研究院有限公司提供的《上海漕河泾新兴技术开发区兴园技术中心岩土工程勘察报告》，施工区域所涉及的地层见表1：

表1 地层地质情况表

4周边环境特征

4.1拟建筑物基坑东侧邻近桂平路，地下室边线距离红线约3.5～10.6米，红线外约5.0米为雨水、电力、煤气等管线。

4.2南侧近漕宝路，地下室距用地红线约6.8～9.7米，距漕宝路路边约15.8米。

4.3基坑西侧有一35KV变电站，该地下室边线距离红线3.2米，红线外16.0米处有一条220KV高压线通过（架空）。

4.4地下综合管线情况：桂平路下管线，有Φ1400雨水管和Φ450污水管各一根；漕宝路下有Φ600雨水管一根；桂果路下有Φ600雨水管和Φ450污水管各一根。

5深基坑变形分析

5.1深基坑变形现象

深基坑的变形现象主要包括墙体的位移变形，基坑底部隆起，地表沉降等。根据本工程的地质勘察报告、基坑设计形式、专家的论证意见及现场施工环境等方面综合考虑，该基坑墙体的水平位移变形存在的风险因素较大，是该基坑施工时重点控制对象。

5.2深基坑位移变形机理

基坑开挖后，围护墙便开始受力。在基坑内侧卸去原有的土压力时，在墙外侧则受到主动土压力，而在坑底的墙内侧则受到全部或部分的被动土压力。由于总是开挖在前，支撑在后，所以围护墙在开挖过程中，安装支撑以前总是要发生一定的先期变形。挖到坑底设计标高时，墙体最大位移发生在坑底面下1～2米处。围护墙的位移使墙体主动压力区和被动压力区的土体发生位移，墙外侧主动压力使得土体向基坑内水平移动。

5.3影响基坑位移变形的主要因素分析

5.3.1根据本工程基坑的设计形式，支撑设在-4.4米位置，相对于支撑上部的搅拌桩坝体为悬臂状态，且高度较高。另土方运输道路距离基坑相对较近，会产生较大的施工荷载。土方开挖后深层搅拌桩坝体顶部可能会产生向基坑内方向较大的水平位移。

5.3.2钻孔灌注桩和混凝土环形支撑是基坑的主要受力系统。根据设计形式，支撑至基底间的灌注桩跨度相对较大，土方开挖后基底墙外侧土压力也相对最大，此时在基础底板未施工前，产生的位移变形风险较大。

5.3.3该基坑面积较大且较深，围护结构的施工质量是防止基坑变形的根本保障，土方开挖方式是控制基坑位移变形的关键因素。

6深基坑位移变形控制措施

6.1先期预控

6.1.1优化设计

为防止搅拌桩墙顶位移，适当加宽水泥土搅拌桩排数，增加坝体宽度，并在顶部加设锚杆和土钉。

为防止基地灌注桩根部产生较大位移变形，增设暗墩数量（水泥土搅拌桩土体加固用），并采用加厚配筋垫层作为临时底部支撑（垫层由原设计100厚改为300厚，并沿基坑5米范围内配φ12@150双层双向钢筋），减缓基坑底部位移速度。基础底板施工时，将底板与围护桩之间的空隙随底板混凝土一起浇筑，缩短换撑的时间，充分有效控制基坑底部的位移变形。

6.1.2制定可行性方案

根据工程的特点及变形控制目标制定详细的施工方案及监测方案。施工方案设计时，不仅要确定合理的开挖与支撑顺序，挖土参数(分层厚度、分区长度、开挖与支撑时间等)，安全措施等，还要充分考虑施工中可能出现的不利影响因素或险情，做好应急措施，保证在出现险情时能够及时采取措施制止。制定监测方案时，对预测变形较大的部位要进行加密观测。施工方案经过专家论证后方能实施。

6.2围护结构施工

围护结构施工要选择一个施工经验丰富的专业分包方承担。围护结构施工质量是防止基坑变形的根本保障，应控制的重点如下：

6.2.1深层搅拌桩施工要点

深层搅拌桩必须采用“二喷三搅”施工工艺，第一次喷浆量控制在60%，第二次喷浆量控制在40%，且两次喷浆提升速度控制在0.5米/min，严禁桩顶漏喷现象发生，确保桩顶水泥土的强度。

6.2.2钻孔灌注桩施工要点

必须严格按施工规程进行钻孔桩施工，确保成孔及清孔的质量，严格控制其截面位置尺寸、垂直度，复核钢筋笼尺寸、预埋件、保护层厚度、焊接质量。

6.3土方开挖

根据工程的特点及周边环境，为控制基坑的变形，确保基坑的施工安全，挖土期间必须遵循先撑后挖、分层、分区开挖，严禁超挖的原则。开挖时围护结构必须达到设计强度要求，并在地下水位降至基底－50cm处方能进行开挖。

6.3.1挖土施工流程

6.3.2挖土分层厚度划分

根据基坑的设计形式和特点，以支撑为界限划分为三层进行开挖，具体如下：

第一层表层土的土方开挖：自地表面至混凝土支撑梁底标高。

第二层砼支撑下土方开挖：自砼支撑梁底至基底标高。

第三层落深区（坑中坑）开挖：钢支撑以下至基坑底标高。

6.3.3分区开挖部署及开挖步骤

第一层表层土的开挖：

表层土采用盆式开挖方式，把整个基坑划分为5个施工区，先开挖中间对撑的区域，及时施工混凝土对撑，待对撑形成后方能开挖两边的土方。

土方挖至支撑梁底标高－4.8米处。因基坑较大，采用把大基坑转换为多块小基坑施工，采用盆式开挖，先挖基坑中间区域，土方完成后及时施工中间的对撑，对撑形成后再分别开挖两边的区域。

第二层混凝土支撑下土方开挖：

支撑下土方开挖是土方开挖的重点，按照结构设计的膨胀带或后浇带位置分为9个施工区，等于整个大基坑划分为9个小基坑进行施工，按照先后顺序在每个施工区内采用大小挖机配合传递式挖土，利用环形撑中央的空间及栈桥进行土方的挖运，一个区域土方完成后，及时进行此区域的垫层及底板施工。

第三层落深区（坑中坑）土方开挖：

位于基坑中间的落深区开挖，在基础底板完成，钢支撑形成后方能开挖，利用支撑之间的空间，采用小型反铲和人工结合的形式进行掏挖，土方的运输在上部的栈桥上采用长臂挖机倒土。

位于基坑边缘的落深区开挖，采取抽槽逐一开挖的方式，在主楼底板形成后立即加斜抛撑。（注意：在斜抛撑未形成前此区域留土后挖，留土标高-8米），斜抛撑形成后进行下部土方的开挖，挖至标高－11.45米进行落深区围檩和钢支撑的施工，再进行下部落深区的开挖。此区域的出土小型挖机和人工结合的形式进行掏挖，利用长臂挖机在栈桥边进行倒土。

6.3.4基坑开挖安全技术措施

基坑开挖必须严格按施工方案的部署和要求进行施工，并加强开挖过程中的监督管理工作，现场必须有专人指挥进行挖土。

车辆行走的路线及现场钢筋车间区域因受现场条件限制，距离基坑较近，堆载应符合设计要求。

严禁超载，严格执行挖机安全操作规程和安全技术交底中的各项规定。

在开挖过程中开挖面的高差控制在不大于3米，总坡度按1：3放坡。坑底垫层应在24小时内随挖随浇。

在挖土期间，一旦发现围护墙有渗漏，应立即封堵，确保基坑安全。

7施工监测及施工控制

7.1监测的内容

7.1.1周边环境监测

周边环境监测主要包括：地下管线的垂直及水平位移监测；周边建筑物的沉降监测。

7.1.2基坑围护监测

基坑围护监测主要包括：基坑围护墙体顶垂直；水平位移监测；基坑外地下水观测；

基坑围护墙体测斜；支撑轴力及立柱监测。

7.2监测频率

表7.2 监测频率表

注：1监测频率可根据数据的变化情况作调整。

2、当测量数据报警或有突变时应加密监测频率或增加检测点。

3、地下室结构施工完一周后监测结束。

7.3施工控制

施工控制以监测信息为主，利用监测获得的信息及变形预报的结果，及时地调整施工方案或采取紧急措施，将可能出现的险情制止在萌芽状态。本工程施工中的变形控制对象主要包括以下几项：① 支护结构及周围土体侧移量及变化速率；② 坑周地表沉降量及变化速率；③ 临近建筑物、道路、地下管线的沉降、倾斜等；④ 支撑构件位移量及位移速率。

当某一项目的变化累计值、变化速率或预测值超出控制指标时，应立即对监测数据进行综合分析，判断造成变形过大或增长过快的原因，然后根据工程特点及施工条件采取合理的措施排除险情。

8结束语

在该项目中，我作为建设方现场项目经理，全面负责该项目的施工质量、进度、投资控制与安全。我深深感到，深基坑工程是一项复杂多变的系统工程，施工过程中存在的安全风险因素较多，只有设计和施工的共同配合，才能达到消除施工隐患，避免安全事故的发生。根据上海漕河泾开发区兴园技术中心工程最终的监测数据与设计报警值进行对比分析：设计报警值一般区域最大变形>40mm，监测最大变形为38mm；临近建筑物最大变形>30mm，监测最大变形为26mm；主撑设计轴力4000KN，监测轴力3760KN，现场监测的数据均未超过报警值，因此证明兴园技术中心工程通过优化设计方案，加强围护结构的质量控制，合理布置土方开挖的顺序及流程，利用基坑监测数据进行施工控制，实现信息化施工，有效控制了深基坑的变形，从而确保了深基坑施工过程中的安全和顺利完成。

参考文献：

[1] 高大钊主编.深基坑工程（第二版）.北京：机械工业出版社，1999年10.

[2] 江正荣主编.建筑地基与基础施工手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2005年.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。