排桩-钢斜抛支撑在基坑中的应用

方玉华

【摘 要】排桩-钢斜抛支撑支护体系以其经济、抗侧刚度大且止水效果显著等特点，被广泛运用于基坑工程建设中。针对该支护体系的工程特性，选取南昌市江桥新市镇南社区小区项目深基坑工程为例，对其支护形式和设计思路展开研究，并对排桩-钢斜抛支撑支护关键技术进行阐述。通过现场数据分析，验证这种支护形式在工程中具有较好的支护效果。

【关键词】深基坑;支护设计;基坑监测;施工技术

中图分类号： TU753文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0169-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.080

0 引言

在我们城市建设中，由于工程复杂，基坑围护常常受诸多原因影响而采用针对性的基坑维护设计。江桥新市镇南社区小区项目位于上海市嘉定区江桥新市镇临洮路西侧、靖远路南侧。本项目地处江桥镇，地库为深基坑开挖，基坑呈不规则多边形，基坑临近市政道路、地下箱涵、高速公路，居民区的特点，在基坑围护工程建设中，对基坑开挖顺序、基坑支护等方式提出较高要求，基坑维护应具备优良的挡土和止水性能，更重要的是不能影响周边市政道路、地下箱涵、高速公路，周边居民区的安全性能。围护桩、钢构件与混凝土支撑的工程特性可以被排桩-钢斜抛支撑支护形式充分利用，确保基坑开挖阶段支护结构变形得到有效控制，从而保障基坑整体稳定性。

1 项目概况

江桥新市镇南社区小区项目位于上海市嘉定区江桥新市镇临洮路西侧、靖远路南侧。本工程由14幢号房及一层地下车库组成，地库开挖深度7.5m，基坑呈不規则多边形。基坑周长1195m面积29695m2。基坑围护边线东侧距临洮路3.7m，东北角为西泾海箱涵距离围护边线最近5.5m，南侧距17.6m为京沪高速北辅道，西侧距11.6m为高潮中心村（4F、5F居民楼桩基础），北距靖远路5.3m，道路下均埋设有雨污水管道。在整个项目的实施周期中，基坑围护工程是本项目的重点和难点之一。

2 工程地质条件

基坑开挖主要在基坑开挖影响深度内主要土层为①1、②1、②3、③层及⑤1-1层。基坑围护和基坑开挖时涉及到的地基土层为①1层杂填土（浅部主要为覆盖建筑垃圾，中下部以粘性土为主）、②1层砂质粉土夹粘性土（滨海～河口、褐黄～灰黄、饱和、松散、中等压缩性含铁锰质斑点，夹粘性土，无光泽，摇震反应迅速，干强度低，韧性低）、②3层砂质粉土（滨海～河口、灰色、饱和、稍密、中等压缩性。含云母，夹薄层粘性土，土质不均，摇震反应迅速，干强度低，韧性低）、③层淤泥质粉质粘土层（灰色，饱和，流塑，高等压缩性、含云母，夹薄层粉性土，无摇震反应，切面较光滑，干强度中等，韧性中等）。因基坑开挖面位于②3层中上部，该层土饱水、稍密状，含水量较高，渗透性强，易产生管涌、流砂现象。

水文条件：

基地浅部地下水属潜水，受大气降水和地表水体的补给，水位随环境和季节而变化，勘察期间所测得的稳定水位一般在0.90～1.80m左右，平均标高为2.99m，根据上海地区经验，潜水水位埋深一般离地表约0.3～1.5m，年平均水位埋深0.5～0.7m。

3 围护体系设计方案

本工程由14幢号房及一层地下车库组成，号房开挖2.65m，地库开挖深度7.5m，基坑周长1195m，面积29695㎡。基坑周边存有已建道路、管线及已建建筑，已建建筑距离基坑边最近15.2m，部分管线也均在开挖影响范围内。基坑占场地空间较大，地库周边号房环绕，针对该特点，方案考虑先卸土至号房标高，但卸土宽度需保证达到地库开挖的2倍距离以上减少土压力。号房和地库高差达到4.85m左右，周边号房和地库基坑形成号房深度和地库深度的阶梯式的深度。

本案基坑整体围护、分期开挖。即围护结构完成，并充分养护后，基坑挖去2.65m，可施作号房底板基础，再分区开挖至-8.65m施作人防结构，但地库结构底板完成前周边号房结构施工层高不得超过3层。待人防基坑回填后，再施工各向上的号房结构。

基坑周边存在市政道路、市政管线及已建小区，周边环境有保护要求，方案重点保护对象为已建小区、市政道路及管线。保护好号房的桩间土，不在施工过程中流失、松动。

设计经安全、方便施工、技术先进、经济、合理的比较采用下述方案：

3.1 号房基坑围护（开挖深度2.65m）

本案号房基坑开挖深度较浅，场地条件优越。因此号房基坑采用放坡的围护形式，放坡坡比1：1.5，挖边坡表层铺钢筋网片，80mm厚C20混凝土抹面，坡面铺设Φ6.5间距250mm×250mm（网格形）钢筋网片，并打设Ф12钢筋，钢筋长度1.5m，间距2.0m。钢筋主要对土体起到嵌固作用，对边坡进行加固，在保障边坡土地共同工作的同时确保提高边坡稳定，从而保障基坑开挖后保持稳定。

3.2 号房基坑与地库基坑高差围护（开挖深度4.85m）

地库基坑地处场地内部，周边邻近存在号房，号房和地库高差在4.85m左右，因此方案利用场地条件结合开挖工况采用先卸土至号房基底标高，再考虑做号房与地库间的4.85m高差加固。采用重力坝式围护形式，重力坝体采用双轴水泥土搅拌桩重力坝体坝宽设置为高差深度的0.8倍以上，重力坝体表层设置0.25m厚C25钢筋砼压顶板，搅拌桩桩身插入高差深度1.2倍。同时在重力坝体上设置1.5m长Φ12插筋使坝体形成整体共同作用。

3.3 地库基坑围护（开挖深度7.5m）

地库基坑西南角靠近已建小区民居，围护边线距离现场围墙最近2.7m，距离已建小区15.2m。该处基坑形状较规则，因此该处拟采用“排桩+一道水平支撑”的围护形式。

支撑采用C30钢筋混凝土边桁架、对撑、角撑支撑体系，根据开挖深度、地下室层顶标高和开挖工况共布置一道支撑体系。对支撑、角支撑和边桁架钢砼支撑利用了钢筋混凝土刚度较大牢固可靠的特性，基坑变形小的优点。在安全、经济、施工工期上找到了平衡点。该处基坑形状规则，因此布置边桁架支撑是比较经济的支撑系统形式。因此极大地利用了钢筋混凝土支撑的抗压性能。该方案将大部分水、土压力以支撑承担比较安全、可靠。

支撑位置根据开挖工况和土压力分布情况择优布置，力求布置的支撑杆件安全，占用空间较小、方便施工和经济。为减少基坑在换撑过程中的支撑梁和换撑体系间距较大的问题，将支撑设置在坑顶以下1.5m处。竖向支撑体系采用Φ700钢筋混凝土灌注桩内插等边角钢+腹板所加工的格构钢立柱。坑底以下采用和围护桩同工艺的钻孔灌注桩，格构柱插入灌注桩不小于2m。

基坑开挖采用分层分段开挖顺做方式。基坑根据支撑布置标高分工况开挖。同时绑扎浇注支撑杆件。灌注桩和已施工底板间浇注钢筋混凝土传力带，以用以施工完成结构提供抗力。

3.4 排、降水

由于基坑开挖深度未涉及承压水，同时坑底覆土厚度满足水头要求。因此降水为疏干井为主。同时在基坑坑顶和坑底需设置排水明沟或盲沟，排水沟可采用砖砌水泥砂浆封面。严禁排水倒灌入墙后土体，同时坑边做向坑内1%散水。

降水分为两个阶段：第一阶段 号房过程中的轻型井点降水。第二阶段 地库开挖中的轻型井点降水，降水管总管落低2.65m。

基坑应精确设置降水管和充足降水时间，以防止降水对周边环境影响。整个基坑形成止、降结合的形式，施工应由有经验的专业施工单位实施。

在底板处均设置砼传力带换撑，砼设计强度C30。当换撑完成并100%达到设计强度后，相应拆除砼支撑。本工程混凝土支撑，支撑拆除可采用人工拆除的方式。

4 施工方案设计

4.1 土方开挖

本案基坑分两阶段挖土，第一阶段先挖号房基坑至-3.800m。第二阶段号房施作基础，并充分养护后，再分块开挖至-8.650m。

基坑挖土施工应严格按照挖土方案原则进行，同时施工过程应采取并遵守以下技术措施要求进行：

（1）基坑开挖遵循“分块、分层、对称、限时、平衡”的原则，沿基坑周边留土宽度不少于2倍单层开挖高度，保护要求较低处先施工。当围护结构位移过大时，应采用抽槽开挖方式，先撑后挖土，单块土体的开挖支撑时间严格控制在24小时以内，以控制围护结构位移。分层厚度≤2.0m，开挖平台>6.0m，坑内台阶留坡1：1.8。不准挖机和土方车辆下到坑底。

（2）当开挖深度有较大的差异时，一般优先开挖浅基坑表格，待垫层浇筑完后再进行深基坑的开挖，同时在开挖的过程中采取有效措施保障边抛的稳定。

（3）必须对挖出的土质松软、耕植土及杂填土进行挖净处理。

（4）垫层必须跟紧，同时需要分段进行验槽。

（5）为及时排除雨水及地面流水，要求地面及坑内应设排水措施。

（6）为保障机械顺利进场，要求其通道口对地基进行局部加固或铺设路基箱扩散压力。

（7）基坑开挖后避免长期暴露，更不得被水浸泡。

（8）施工期间对基坑外侧土体进行垂直、水平位移监测，要求检测频率为开挖后每天一次，此后根据实际情况进行调整。

4.2 降水

在项目中降水施工要求满足如下要求：

（1）疏干井在基坑开挖前4周必须布井完成。基坑开挖时，坑内的疏干井及基坑放抛开挖侧所布置的轻型井点应全部开放，并有提前3周的预降水时间。

（2）降水必须要在基坑开挖一周前完成，同时要保证底部降水对靠近基坑周边轻型井点无影响。

（3）在降水运行过程中随开挖深度逐步降低水头，利用信息化施工进行监测，确保发现问题进行及时的处理。

（4）要求坑底加固区外范围降水后水位距离坑底0.5-1m。

（5）井点检查工作和管路清洗应该在降水开始前做好，以便能够及时发现问题及时处理。

（6）为防止基坑中有雨水流入，要求基坑周围上部应做好排水工作。

5 基坑监测与信息化施工

测试所采用的具体项目如下：

（1）水平垂直位移的量测

基坑周边土体顶部位移、围护体顶部位移是改工程中的主要水平位移监测。而围护体顶部、周边道路等表层沉降是主要垂直位移监测。统筹情况下垂直、水平位移监测点布置在20-30m左右。

（2）测斜

主要目的是观测基坑开挖过程中围护体及土体位移。建议在基坑四面（围护体及土体内）埋置测斜管。围护体及土体内的测斜监测点时应相互对应，按垂直于基坑边线的直线分布。

（3）支撑轴力的测试

每個区域支撑布置传感器不少于2个，用于量测基坑开挖期间支撑内力的变化。

钢筋混凝土支撑梁内布置传感器每30m内不少于2个。

（4）地下水位的观测

建议布置坑外地下水位观测井，监测坑外地下水位的波动情况。

（5）邻近建筑物、构筑物的观测、应对西侧管线和民居进行布点监测。

6 对周边环境的保护措施

本工程周围道存在市政道路、市政管线及已建建筑，周边环境保护要求较高。

（1）对基坑影响范围内的道路、管线，已有建（构）筑物设置沉降观测点，基坑开挖期间加强观测，并根据监测结果及时调整施工进度，做到信息化施工。

（2）对基坑临近已有道路处，各边跨中被动区采用双轴水泥搅拌桩进行加固，以增加被动区土体抗力，减小围护变形和坑底隆起量，从而减小对周边环境的影响。

（3）在基坑开挖过程中充分利用时空效应的原理，尽可能减小围护体暴露时间。要求分块开挖长度不大于50m。

（4）在基坑开挖期间对坑外水位进行监测，围护体出现渗漏水，应及时封堵，防止由于水位下降对周边环境产生影响。基坑围护设计阶段应尽量避免止水桩发生漏水现象。保证基坑的100%的止水设计效果。

7 结束语

本文以项目基坑为例，对排桩-钢斜抛支撑在深基坑中的支护形式、施工要点等方面展开分析，得到以下结论。

（1）本工程基坑开挖深度7.5m，基坑开挖较深，在高地下水位的土地基中基坑工程具有一定的风险性。须采取必要的技术措施。

（2）根据对基坑稳定性，围护体位移及基坑开挖对周边土体的变形影响的分析，本方案可以满足基坑自身稳定性和环境保护控制要求。

（3）因本工程周边环境有一定的保护要求，在正式施工前，施工单位应编制详尽可行的施工组织设计，其中应包括切实可行的应急预案。

（4）在基坑工程施工过程中，应充分利用时空效应原理，分块对称开挖，基坑周边要做到限时开挖。

（5）施工单位应控制基坑周边行车面积，根据环境监测情况反馈，对环境保护要求较高的区域严格控制地面超载。

（6）基坑开挖前应保证有三周的预降水时间，降水开始前，需对基坑内外水位进行全面的监测，以确保降水效果和围护体的封闭性能。

（7）基坑施工过程中应加强对周边环境的控制，并根据监测及时调整施工速度和施工工况。

（8）项目完成后根据建设方反馈，本基坑支护效果良好，施工过程中对周边道路、地下管线、涵管及建筑物影响较小，在设计范围内。