深基坑支护施工方案优化探析

江丰收 （安徽江河水利工程建设有限公司，安徽 蚌埠 233000）

0 前 言

随着城市居民人口增加，城市公共生活设施及高层建筑迅速兴建，各类深基坑支护工程越来越多，人们逐渐重视支护方案的分析研究。深基坑支护作用不仅要保证坑底稳定、承担施工荷载，控制土体变形，而且要保证周围环境、建筑物的安全。大多数虽作为临时结构体系，但其施工方案选择是否合理，对工程施工期的安全、工期、经济效益有着很大影响。

基坑支护结构型式主要可分为以下几类：支挡式结构、土钉墙、重力式水泥土墙、放坡等。支挡式结构又分为：锚拉式结构、支撑式结构、悬臂式结构、双排桩、逆作法等。其选型应综合考虑下列因素：①基坑深度；②土的状况及地下水条件；③基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构一旦失效可能产生的后果；④主体地下结构及其基础形式、基坑平面尺寸及形状；⑤支护结构施工工艺的可行性；⑥施工场地条件及施工季节；⑦经济指标、环保性能和施工工期[1]。根据基坑周边环境、地质条件的复杂程度，考虑到施工工期和成本因素的影响，可在不同部位分别采取相适应的支护形式。徐州市水利工程建设有限公司在江苏省徐州市骆马湖水源地及第二地面水厂取水泵站工程中，对原设计支护方案进行了优化，取得了显著经济效益，赢得了徐州市委、市政府及省水利厅领导高度评价。

1 工程概况

徐州市骆马湖水源地及第二地面水厂工程，是解决徐州市居民生活饮用水的重点民生工程，设计取水规模为80 万m3/d，工程总投资24.8 亿元，主要建设内容：取水口、取水泵站、输水管线、加压泵站等。取水泵站位于徐州新沂市窑湾镇，占地面积约19.2 亩。站内建有吸水井和泵房、应急加药间、配电间、综合楼等建筑物。吸水井和泵房为一整体的主体结构，平面尺寸为：67.8m×29.6m， 深12.7m， 底板封底高程12.6m， 地面高程21.0m,开挖深度8.4m。取水泵站工程计划工期为18 个月。

2 方案优化

取水泵站工程建设场地原始地貌为鱼塘淤泥，基坑支护的土层主要是淤泥质粉质粘土、粉土夹粉砂。根据“徐州市骆马湖水源地及第二地面水厂取水泵站工程岩土工程勘察报告”，各土层物理力学指标如表1 所示。

表1

原设计方案为：在距离建筑物2.5m 基坑四周采用Φ1000钻孔灌注桩，间距1.1m,桩底高程5.8m,桩顶高程19.8m，外围增设Φ600 高压旋喷桩，嵌于两桩之间，形成截水帷幕，桩与桩之间通过桩顶冠梁连成整体。该方案的优点有：支护稳定性好；能控制施工期土体变形；能截挡周围土体渗水。但也存在着一定的缺点：四周全部采用钻孔灌注桩和高压旋喷桩，作为临时支护结构，成本高；质量控制难度大，节点工期长，不能满足总体工期要求；施工产生的泥浆影响周围环境。

经分析，基坑支护、泵房及吸水井地基与基础部分是该工程工期的关键节点，该工期直接影响着总体工程进度。因此在满足总工期要求和节约成本的前提下，采取何种支护方案保证基坑稳定是方案优化的重点。

根据施工方多年的深基坑支护施工经验，考虑到地质条件相对较好，高程14.3m 以下为粘土，透水性较小；泵站基础结构简单，施工期较短。综合考量后将设计方案优化为：因南、西、北三面原地处鱼塘、河道中央，高程14.3m～19.8m 土层为淤泥质粉质粘土，故三面采用钻孔灌注桩原支护方案,东侧地处鱼塘边缘，高程14.3m～19.8m 土层为粘土，选用钢板桩加内侧放坡，即东侧的支护方案为：在距离建筑物约15m 处施打钢板桩，桩长9m,钢板桩内侧留坡开挖，在高程17.0m 留置宽8m～10m 工作平台，一是保证钢板桩具有足够的锚固长度，以支撑挡土；二是平台供基础结构施工时吊装和混凝土浇筑车辆使用。内侧放坡为简易土钉支护结构， 坡度为1：1， 深度为4.5m, 坡面挂Φ8@200 钢筋网，喷射10cm 厚C20 混凝土。 由于土钉结构采用开挖和支护平行作业的方法，工作面不受限制，不仅缩短了工期，而且造价相对低廉。而采用钢板桩支护，防水性能好，施工快速简便，节点工期短，因能重复使用，费用低。

因该方案未设置防渗帷幕，为控制基坑开挖时周边土体大量汇水，方案实施前在支护桩的外侧5m 处设置降水井，进行井点降水。降水井在基坑四周均布，井管直径0.4m、深度15m。降水前修建沉淀排水系统， 降水井的水汇集到沉淀池内澄清后，通过排水管道排至河道。

为控制开挖时坑底少量渗水， 在基坑内周边开挖0.3m×0.3m 明沟，四角及东、西侧明沟中部设置集水坑，积水通过水泵排出。

基坑开挖过程中应对支护结构进行监测。在基坑的四周桩顶冠梁上设置位移监测点，定时观测冠梁位移量，防止冠梁因周围土体的挤压而变形；同时设置沉降监测点，及时观察地面累计沉降量，使其控制在规范允许值内。基坑开挖实际效果如图1 所示。

3 经济效益比较

原设计方案是周围全部采用Φ1000 钻孔灌注桩196 根，外嵌Φ600 高压旋喷桩196 根，四周桩顶采用1.5m×0.8m 冠梁连接。方案优化后采用钻孔灌注桩125 根，比原设计方案减少了71 根，节约资金135.14 万元；取消高压旋喷桩，节约资金57.31 万元；冠梁长度减少73m，节约资金15.25 万元。 增加了钢板桩3900m 和简易土钉挂网喷护费用，约33.8 万元；降水井数量增加了7 个，费用约2.1 万元，减少量和增加量相抵，节约投资171.8 万元。

原设计方案采用钻孔灌注桩、 旋喷桩各196 根， 冠梁215.2m，需工期约90d。优化后方案首先是钻孔灌注桩减少了，其次是因钢板桩施打工期短，仅用了5d 时间完成，而钢板桩内侧放坡是边开挖边放坡，平行施工，不存在占用工期，故该方案所用工期50d。两方案相比，节省工期40d。

4 结 语

随着工程建设的发展，各种基坑新问题不断出现，基坑支护技术水平的提高有赖于工程技术人员不断探析。对于地质条件复杂的基坑，只有综合运用各种施工工艺，才能制定出安全、经济、高效的支护方案。

JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.