复杂环境下深大基坑围护变形控制技术

江志安

(中国水电基础局有限公司，天津 301700)

0 引言

地下连续墙被公认为是深基坑工程中最佳的挡土结构之一，具有刚度大、整体性好、抗渗能力强等特点。根据文献［1］［2］，对于深度较大的基坑，或是邻近区域存在保护要求较高的建、构筑物，或是采用逆作法施工时，首先选用地下连续墙作为围护结构。锚索是特点比较鲜明的支护体系，用锚索代替钢或钢筋混凝土支撑，可以节省大量钢材，减少土方开挖量，尤其对于面积大、支撑困难的基坑更有应用优势。锚索在非软弱土地层中有很多成功的先例，在控制变形方面也有成功的经验［3-5］。

1 工程概况

成都大慈寺文化商业综合体项目基坑围护面积68 000 m2，基坑深度13 m～16.8 m，支护轴线周长2 400 m。本工程位于古建筑群内，周边环境非常复杂。基坑影响范围内有笔帖室、章华里、马家巷禅院、广东会馆、欣炉等五座古建筑，其中广东会馆位于基坑之内将会挖成四面临空的状态，章华里、马家巷禅院和欣炉将会被挖成三面临空，上述建筑离基坑近，古建筑外墙皮距离拟建建筑外墙皮最近仅为5 m，对变形敏感度高，需要刚度大整体性好的支护形式。同时大慈寺庙宇建筑(属成都市重点文物保护单位)的东面和南面紧贴需要开挖的基坑，最近距离仅为4.5 m，对变形敏感度更高。

影响范围内地层从上到下依次为:第四系全新统人工填土层 (Qml4)的杂填土、素填土，第四系全新统冲积层(Qal4)的细砂层、中砂层、卵石层。

①杂填土:色杂，主要由砖瓦碎片、卵石及少量粘土组成，结构松散。

②杂填土:灰色，主要由粘性土、粉性土、砂土混少量砖瓦碎片组成，人工填土分布均匀，厚度2.8 m～4 m。

③细砂层:灰色，系长石、石英、云母细片、岩屑组成，松散，呈透镜体分布于卵石层顶部，最大厚度0.9 m。

④中砂层:灰色，系长石、石英、云母细片、岩屑组成，松散，呈透镜体分布于卵石层中，最大厚度3.6 m。

⑤卵石层:灰黄、灰色。一般粒径3 cm～9 cm，部分粒径大于15 cm，混少量漂石，根据《成都地区建筑地基基础设计规范》，可将其划为松散卵石、稍密卵石、中密卵石和密实卵石四个亚层。

图1为典型剖面的示意图。

场地地下水为埋藏于第四系砂卵石层中的孔隙潜水，大气降水和区域地下水为其主要补给源。砂、卵石层为主要含水层，具较强的渗透性。

图1 地质典型剖面示意图

枯水期现场地地下水水位埋藏9.00 m～13.00 m，标高为486.93 m～492.22 m。场地丰水期最高水位埋深约4.00 m，相应标高约为496.00 m。但由于场地周边建筑工地很多，大量降水井不停的降水，施工期间现场实测，水位一直在枯水水位高度。

2 设计控制措施

本工程主要问题就是控制基坑变形，尤其是古建筑一侧的基坑围护结构变形。考虑到地层的物理力学指标很好(见表1)，基坑整体的围护结构采用排桩，在靠近古建筑及大慈寺一侧采用地下连续墙。在支撑体系设计时，考虑基坑的形状及面积，以预应力锚索为主，在能用内撑的地方选择了钢管撑。在不能做支撑也不能用锚索的地方，采用逆顺结合的方法，预留部分土体提供反力并依次自上而下的进行结构施工。

表1 主要地层力学指标

在本工程中，大慈寺及广东会馆是最为关键和重要的建筑，以此处基坑支护为例进行简要说明:大慈寺是本工程的重点保护对象，地面下方严禁施工锚索，在大慈寺西侧，基坑深度约5 m，根据当地经验考虑使用桩径为1.0 m的悬臂桩支护方案;大慈寺南侧东侧基坑局部深度近17 m，其余为13 m，此处开挖深度较大，又没有足够的空间放坡，悬臂桩或悬臂墙无法满足工程稳定与安全的要求，更无法保证对大慈寺的保护。结合结构此处使用顺逆结合法施工，此剖面采用逆作法(见图2)，土石方开挖至－4.5 m后，在离开墙边5 m外按1∶1的自然放坡开挖到设计基底标高，以预留土体作为支撑。结构自上而下施工，土方自上而下的根据结构板层分层开挖，随着开挖深度变化，墙体外侧土压力和水压力转给结构板层承担。同时围护体系有足够的刚度，保证了古建筑的安全。

图2 逆作剖面

区域内除大慈寺外广东会馆最为重要，且施工是形成四面凌空的孤岛。故在其东西两侧采用对拉锚索工艺。广东会馆南侧因距离建筑最近，所以采用了混凝土支撑工艺。

本工程水位以下为密实的卵石层，施工降水不必考虑土体固结沉降带来的变形，因此工程降水以坑外水井降水为主，结合坑内疏干。

3 施工过程控制

基坑的变形控制绝不仅仅是设计方案所需要考虑的，在施工过程中更需要制定比较周密的施工方案，变形控制是种种具体措施的综合体现［6，7］及优化［8］。

3.1 地连墙施工

本工程靠近古建筑的一侧围护结构采用地连墙，因此地连墙的施工质量关系到整个工程的成败。地连墙的主要参数如下，墙体厚度:600 mm;墙体深度:18 m～25 m;墙体嵌固深度:4 m～7 m;墙体混凝土:C35;分幅长度:6 m～8 m;墙幅连接形式:拔管套接连接。

连续墙施工主要工艺流程为:导墙等临建设施建造→抓槽→清孔→钢筋笼制安及下设→浇筑导管下设(一期槽接头管下设)→浇筑混凝土(一期槽接头管起拔)。

在整个施工过程中，抓槽、清孔与接头施工最为关键。

1)抓槽:根据该项目地层特点，挖槽选用液压抓斗。墙段分为两序间隔跳挖，先挖一序墙幅，再挖二序墙幅。直线段部分分幅:三抓成槽，单幅墙段长度5.0 m～8.0 m(典型长度为7 m)。其中一序墙先抓两边再抓中间，二序墙先抓中间，再抓两边。转角部位采用L形转角槽。

2)清孔:此工序非常关键，尤其在逆作区，需要墙面有很高的平整度。采用ZX100泥浆净化器［9］和10 m3空压机组成的气举反循环清孔设备，同时采用膨润土泥浆固壁，要求使用的泥浆密度为1.03 g/cm3～1.05 g/cm3，马氏漏斗粘度40 s～50 s。

3)接头管下设及起拔:接头管施工也是影响墙体质量的关键。采用ZJ600卡键式拔管机［10］起拔接头管。拔管法施工关键是要准确掌握起拔时间，起拔时间过早，混凝土尚未达到一定的强度，就会出现接头孔缩孔和垮塌;起拔时间过晚，接头管表面与混凝土的粘结力使摩擦力增大，增加了起拔难度，甚至接头管被铸死拔不出来，造成重大事故。混凝土正常浇筑时，应仔细的分析浇筑过程是否有意外，并随时从浇筑柱状图上查看混凝土面上升速度的情况以及接头管的埋深情况。

由于混凝土强度发展越快，与管壁的凝结力增长越快，其起拔力增长的也越快，因此，必须准确的检测并确定出混凝土的初终凝时间，尽量减小人为配料误差。浇筑混凝土时，随着混凝土面的不断上升，分阶段作混凝土试件，从而更精确的掌握混凝土的初、终凝时间。

3.2 锚索施工

在锚索施工过程中，以下几点是平时施工容易忽略的地方，需引起足够的注意:

1)钻孔孔壁平直，尤其对于对拉锚索，对钻孔采用全站仪进行校对。防止锚索的高低参差不齐和相互交错。

2)自由段有两个作用:锚索伸缩及不影响锚固力的传递，因此在自由段和锚固段的砂浆之间用柔性止浆带分离，同时将自由段用波纹管包裹。

3)注浆时宜边灌浆边拔出注浆管。管口需始终处于浆面以下，注浆时应随时活动注浆管，待浆液溢出孔口时全部拔出。

3.3 降水及土方开挖

本工程采用管井降水，在施工过程中保证管井的质量，并及时做好水位观测。基坑内明排水沟及集水井不设置于基坑周边，距离围护体大于8 m。

挖土的原则概括为“盆式、分层、分段、对称”几个字，需严格遵守。运土通道要远离古建筑，在非内撑区运土通道一侧加密监测锚索内力及围护结构变形。

通过施工过程的严格控制，基坑工程整体的质量得到很好的保证，尤其是地连墙及锚索等关键技术的把控，使得工程非常圆满，见图3及图4。

图3 基坑开挖一角

图4 地连墙接缝处抽芯

4 基坑变形

主体结构施工到±0.00时，监测资料反映围护结构的变形极小，完全在设计允许的范围之内。以围护结构的水平位移为例，章华里和马家禅院一侧地下连续墙共33个水平位移观测点，最大累计值为6.29 mm;笔贴室一侧共9个点，最大值为5.04 mm;大慈寺共70个点，最大值为11.07 mm。各个古建筑地面及墙体未发现裂纹。

5 结语

1)该项目是成都地区首例地下连续墙工程，为以后地连墙在该地区的应用提供了经验，具有极强的参考意义。

2)地连墙在控制变形方面有其他结构无可比拟的优势，尤其是当周边环境对变形比较敏感时，地连墙的优势更为明显。

3)地连墙与预应力锚索的支护体系在控制变形方面有自身的优势，具体要根据地质条件来评价和确定。

4)本项目基坑较深、周围条件较为复杂，基坑围护方案采用了多种围护结构的形式。根据周边的环境采取灵活多变的结构形式，不但能节省投资，更能体现设计的价值和艺术。

［1］刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［2］中国土木工程学会土力学及岩土工程分会.深基坑支护技术指南［M］.北京:中国建筑工业出版社，2012.

［3］秦艳萍，陈春梅，王俊华.预应力锚索在基坑支护中的应用［J］.四川建筑科学研究，2008，34(3):133-135.

［4］姚劲松，曹 平，明守成.预应力锚索在基坑支护工程中的应用［J］.西部探矿工程，2005，105(4):45-46.

［5］赵 辉.预应力锚索在基坑超深开挖中的应用及分析［J］.建筑科学，2010，26(7):102-104.

［6］范建军，陈国云，于会永，等.砂性土地质条件下超大、超深基坑围护变形控制综合技术［J］.建筑施工，2013，35(3):177-180.

［7］陆 巍.复杂环境下的超深基坑综合施工技术［J］.建筑施工，2013，35(11):959-961.

［8］李书信，夏峰海，李文明，等.复杂环境下的深基坑施工优化［J］.建筑施工，2013，35(7):582-584.

［9］中国水利水电基础工程局科研所.泥浆净化机［P］.中国专利:ZL02235356.9，2003-10-08.

［10］中国水利水电基础工程局科研所.卡键直顶式拔管机［P］.中国专利:ZL02243684.7，2003-07-30.