大面积基坑的边坡土压控制变形

中建一局集团第五建筑有限公司 北京 100024

对于一些开挖面积大、深度又不大的淤泥质基坑，采用基坑内满布水平内支撑设计无疑会大大增加基坑的支护成本[1-3]。工程实践表明，利用基坑内部的预留土体及斜撑辅助进行基坑的设计及施工，可降低支护成本。

1 工程概况

杭政储出[2006]46号地块基坑工程位于杭州市滨江区滨安路与西兴路交叉口，由8 栋住宅和1 个整体地下车库组成，该基坑呈长方形，挖深9.25 m，设计主要采用钻孔灌注桩和1 道钢筋混凝土水平内支撑（局部为斜向钢支撑）（见图1），止水帷幕采用Φ850 mm三轴水泥搅拌桩，钻孔灌注桩长20.7 m，基坑东西长约225.9 m，南北长约223.5 m。

图1 基坑平面示意

基底土质情况：地下10 m厚度范围内为杂填土、粉质或淤泥质黏土。

针对面积较大的基坑这一实际情况，如果采用满布钢筋混凝土内支撑体系，无疑将大大增加基坑围护工程的造价，而开发商为了充分利用土地，基坑四周预留空间已被大大压缩，所以往往也无法采用放坡方式。为解决这一问题，在进行大面积基坑开挖时，在条件允许的情况下，采用基坑内预留土的方式进行基坑设计及施工是一种经济合理的方式。

2 基坑边坡土压控制设计及施工概况

基坑边坡土压控制原理：在基坑内部边围预留土方对围护桩进行支撑，即利用预留土的自重及本身具有一定的强度及抵抗变形的能力来达到减少基坑位移的目的，然后采用斜撑进行支撑后再进行预留土的开挖及后续结构施工。这种方法可以将预留土部位通过后浇带的方式进行结构预留，而不会影响主楼结构施工。

（a）基坑内边围预留土方参数为：高5 m，长12.5 m，剖面呈三角形预留，坡度1∶2；预留土方四周设置后浇带以保证其余部位结构施工。

（b）由于本工程土质为淤泥质土，流塑性强，为保证预留土体稳定性，采用如下措施对预留土进行加固：加大放坡坡度，按照1∶2比例进行放坡；增大护坡喷锚厚度至8 cm及内置Φ6.5 mm@300 mm×300 mm钢筋网片；③坡角处增加块石压底及用松木桩固定，以有效增强坡角稳定性。

（c）土压部位围护体系设计变形值：测斜管报警值的最大位移为4.5 cm，或连续3 d变形超过3 mm/d；基坑周边沉降监测报警值：累计沉降超过20 mm；水位监测报警值；坑外水位监测报警值：1 d内水位变化超过80 cm；支撑轴力测点报警值：支撑轴力≥4 500 kN。基坑开挖期间一般情况下每天观测一次，如遇位移、沉降及其变化速率较大时，则应增加监测频次。

（d）施工预留土部位的地下1层楼板时，要在楼板相应支撑范围留洞。设计时，在计算允许的情况下应保证斜撑留洞部位不影响结构主梁，以确保结构稳定性及后续传力带施工。

（e）基坑土方开挖应针对杭州地区软土的特性应用“时空效应”理论，以减少基坑无支撑的暴露时间，严格控制基坑变形。基坑开挖、支撑及垫层施工时应遵循“分层、分块、留土保壁、对称、限时、先撑后挖”的总原则，土方开挖面的高差应控制在1.5 m以内，按不大于1∶1.5放坡。最后厚30 cm的土方应采用人工开挖，严禁超挖。

（f）地下室底板部位的后浇带预留钢筋需进行防锈处理。

图2 预留土部位支护体系剖面

3 主要施工方法

3.1 工艺流程

基坑土压控制变形施工，首先必须根据要求确定预留土方的体量并预留准确，然后配合结构后浇带进行施工，待已完工底板上的牛腿施工完毕并达到强度后，再进行斜撑的安装，最后施工预留部位结构及传力带，达到强度后拆除斜撑。

3.2 操作要点

3.2.1 土方开挖

（a）第一步土方开挖至压顶梁处，待压顶梁施工完毕后达到80％强度，方可继续进行下一步土方开挖，土方开挖过程中，应严格确保不扰动预留土体，同时安排专业人员进行预留土部位的喷锚施工，确保随挖随喷，同时预埋Φ50 mm PVC管@3 000 mm排水孔，梅花形布置，后置滤水纱布及碎石。

（b）由于本工程基坑挖深9.25 m，且基坑底部主要为淤泥质土，为防止基坑开挖完成后坑底隆起，在土方开挖完成24 h内须立即完成混凝土垫层的施工，素混凝土垫层应延伸至围护体系边，并抓紧施工基础承台及大底板，以确保基坑稳定性。

（c）开挖完成后，首先按要求在坡脚进行松木桩的施工，然后再在预留土坡脚位置增加块石压底，防止因土质差而造成土体滑动。

3.2.2 压顶及牛腿施工

（a）压顶梁施工过程中，预埋件的定位必须准确，本工程按照偏差＜5 mm控制。考虑到压顶梁在现场施工过程中有可能因预埋件造成相对较大偏位，所以在后续牛腿的施工过程中，要求测放人员应根据压顶梁预埋件的位置来定位斜撑牛腿的相对位置，以保证压顶梁中的预埋件与牛腿保持正对状态（见图2）。

（b）为增加牛腿抗剪切力，设计中增加了H型钢预埋，具体做法如图3。

图3 底板混凝土牛腿做法

3.2.3 钢斜撑施工

待地下室底板及牛腿达到设计强度的80％后，即可进行双拼Φ609 mm钢管支撑安装。测量钢支撑安装标高及水平位置，将压顶梁及底板上的预埋钢板上的混凝土浮浆清理干净，测量压顶梁与底板混凝土牛腿间预埋钢板的净间距，调整拼装的支撑长度。经复验无误后，再将钢斜撑架设到牛腿上，进行焊接施工。

为保证基坑稳定性，应由最薄弱点进行安装，即自坑边中间部位向两侧进行焊接施工。

3.2.4 预留土开挖

土方开挖面的高差应控制在1.5 m以内，按不大于1∶1.5比例放坡。最后30 cm土方应人工开挖，严禁超挖。开挖过程中应注意做好对后浇带部位钢筋的保护措施。

因受钢斜撑的影响，预留土土方开挖时整个操作面将受到一定的限制，故现场宜采用小型挖机逐一进行掏挖，并配合小型土方车辆运输。由于其余地下室已基本完成，故开挖的土方可以利用已完成的地下室上的坡道进行出土。土方开挖完成后必须在24 h内即完成垫层施工，以防止坑底隆起。

3.2.5 结构及传力带施工

传力带设计基本位于底板及地下室1层板部位，在施工过程中采用与结构一起整浇的做法施工。

（a）传力带的厚度必须满足换撑验算，若小于底板厚度，为减少混凝土工程量，可以在下部采用回填砂的方法，上部采用素混凝土传力带。同时增加隔离层，以应对主体结构沉降问题。

（b）地下1层传力带应与主梁相对应，以保证结构受力满足要求。

（c）地下1层传力带宽度较小时，可直接采取悬挑做法进行整浇；若宽度较大，则必须采用吊筋进行加固（图4、图5）。

图4 底板传力带做法

图5 地下1层传力带做法

（d）按照要求，传力带强度必须达到设计强度的80％后，方可拆除斜撑。

（e）由于斜撑穿过地下1层板，故在结构施工过程中应进行洞口的预留，大小为4.0 m×2.0 m（具体可按斜撑大小适当留设），洞口四周按照后浇带做法执行。

3.2.6 钢撑拆除

待地下2层结构及传力带施工结束且达到80％设计强度后，方可拆除支撑。拆撑期间，监测单位应加强对围护体和周围建筑物的监测。钢管采用气焊切割拆除，故需要先在切割部位下方搭设脚手架，切割前用塔吊吊住切割端，然后由气焊切割拆除，随后用塔吊将切除的钢管吊放至地下室底板上。

拆除过程中要随时注意基坑的监测数值，一旦发现出现位移过大或其他异常情况，应立即停止拆除作业，待查明原因后再作下一步处理。

3.2.7 结构预留洞口封堵

结构预留洞口按照后浇带做法进行施工。

（a）待钢支撑拆除完毕后，立刻对预留洞口进行封堵。

（b）洞口钢筋需按后浇带做法加密，封堵采用高一个标号的微膨胀混凝土进行浇注即可。

3.3 实施中应注意的重点

（a）设计过程中必须明确预留土体的具体参数，同时与结构设计单位沟通，要求在预留土体四周设置后浇带，以保证不影响其余部位结构施工及保证预留土体部位的后续斜撑施工。

（b）边坡土压控制主要利用预留土体的自重和本身具有一定的强度及抵抗变形的能力来减少基坑位移，故在开挖过程中必须保证预留土体的稳定及不受扰动，如有必要可在预留土体处增加被动区以水泥土搅拌桩加固。

（c）开挖过程中需保证表面喷锚随开挖进行施工，在未能及时喷锚的部位，应采用塑料彩条布等进行覆盖，避免雨水冲刷预留土体造成稳定性下降。

（d）为保证预留土体坡角稳定性，应及时采取施打坡角处松木桩、浇筑坡角部位垫层（有必要可加厚垫层）、增加石块砌压底、砌筑挡土墙等措施。

（e）施工过程中应加强基坑监测，出现异常情况应立即停止施工，查明原因后方可继续施工。

4 监测分析

本基坑工程中，设计单位已经对地表的最大沉降量和围护桩墙的最大变形做了规定。本监测方案在对基坑围护结构的受力变形进行分析的基础上，并结合《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—1999）、《浙江省地基基础设计规范》（DB33/T 1008—2000 J10036—2000）中的规定，结合以往工程监测成果，设计了相应的警戒值指标。

本工程在施工过程中，重点监测了两个阶段的基坑变形数据：土方开挖至预留土完成阶段的位移增量及预留土开始挖土至开挖完成阶段的位移增量，两阶段的位移总增量分别为4.71 mm及10.92 mm，小于设计要求及《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497—2009）要求；支撑轴力、坡顶沉降及水平位移等各项监测项目也均在设计及规范报警值范围之内。

5 结语

针对基坑面积较大而采用满布内支撑不经济的基坑，在条件允许的情况下，采用基坑边坡土压控制进行围护设计及施工能大大节省基坑整体造价，并能满足工期要求，取得较好的效果。通过预留土方与传统混凝土内支撑的工期及费用综合比较可以得出，本工程预留土方做法不仅可以直接节省约50 d工期，而成本节约也可达到约69.9％。但预留土部位的斜撑会对后续结构施工造成一定的施工困难，如后浇带部位钢筋的保护、结构预留洞口的预留及后期封堵、对结构的损伤等。同时在斜撑设计过程中也必须确保斜撑避开结构主梁位置，以确保主体结构安全及后续的传力带施工。