禹城通裕阳光豪庭基坑工程施工工艺对周边建筑物的影响分析

毛 洁

(山东省物化探勘查院，山东 济南 250013)

0 引言

随着我国城市化进程的不断加快，城市地下空间的建设进入新的纪元，基坑工程建设向着规模更大、深度更深、环境条件更复杂的方向发展。这给基坑工程设计、施工和监测带来巨大挑战，如何保证基坑安全并尽量减小对周边设施的影响成为基坑工程研究的热点[1]。近几年来关于基坑及环境复杂设计方面有很多相关文献[2-5]，给后来的工程设计提供了相当多的参考和借鉴，但仍出现了基坑施工过程中对周边建筑物造成不同程度的损害，分析原因为4点：基坑设计时对周边环境不完全掌握，设计时出现偏差；施工过程中部分未能完全达到设计意图；施工过程中施工工艺对周边建筑物影响过大；开挖阶段，环境变形量迅速递增，是整个施工的关键。

本文以通裕阳光豪庭工程支护桩施工过程中出现的问题及解决方案来分析，结合调整后的施工工艺及施工顺序探讨施工工艺对周边建筑物的影响，为以后相似复杂环境基坑及基桩施工提供参考。

1 工程概况

通裕阳光豪庭位于山东省禹城市行政街以北，市中路路西。项目包括1、2、3号楼共计3栋住宅及地下车库，地上30层、地下2层。地下室埋深9.8 m，需采用基坑支护方式施工地下室。

基坑东西长约63 m，南北长约142 m，大致呈矩形，基坑深度9.65～10.40 m，基底标高为9.500～10.300 m。

基坑北沿距离围墙最近处约6.0 m，距离5层居民楼约20 m；基坑东沿距离围墙4.3～6.0 m，距离1层民房6.0～7.5 m，距离3层沿街楼约19 m，距离4层沿街楼约18 m；基坑东南侧距离围墙0.0～1.0 m；基坑南沿距离围墙4.0～5.5 m，墙外为行政街；基坑西沿距离围墙5.0～8.0 m，距离3～4层检察院办公楼(条形基础，基础埋深约1.5 m)约10 m，距离5层居民楼(条形基础，基础埋深约1.5 m)最近处约6.0 m(参见图1)。

2 场区工程地质、水文地质条件

根据钻探揭露，勘察深度范围内场地地层共分为13层，基坑开挖范围内地层由上至下分别为：①1素填土，②粉质粘土，③粉砂，④粉质粘土，⑤粉砂，⑤1粉质粘土。③粉砂轻微液化。

场地地下水属第四系孔隙潜水。浅层地下水补给来源以大气降水为主，同时还有灌溉渗入，地表水及外区迳流补给，地下水以0.2‰的水力坡度由西南向东北缓慢运动，勘察期间地下水位埋深2.90～4.70 m。

3 基坑设计情况

复杂环境中深基坑一般采用灌注桩支护[4-5]。本基坑采用灌注桩桩锚型式支护，按周边环境及地层情况不同设计分7个剖面，基坑坡底线距地下室外墙基础留1.2 m施工面，止水帷幕采用三轴搅拌桩，降水采用管井降水，锚固采用锚索。基坑支护平面布置见图1。

3.1 支护结构

上部1.5 m 1∶1放坡，下部采用排桩+预应力锚索支护，支护桩直径800 mm，桩长22.0 m，桩间距1.5 m；桩身混凝土强度等级C30，主筋HRB400热轧带肋钢筋，箍筋HPB300钢筋，采用一桩一锚，锚索孔直径为150 mm，杆体材料采用ØS15.2-1×7钢绞线，锚索注浆采用水泥浆，注浆固结体强度≮20 MPa。水泥强度等级为P.O42.5。

3.2 止水帷幕

在基坑周边设置单排三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，搅拌桩深度21.0m，有效桩长20.0m；设计参数为：Ø650 mm @900 mm三轴水泥土搅拌桩，按连续套接一孔法施工，桩心距450 mm，采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比1.2～1.6(可根据现场实际情况进行调整)，水泥掺量≮20%，宜通过现场试验确定最佳水泥掺入量。

图1 基坑支护平面布置Fig.1 Layout of the foundation pit support

3.3 降水井设置[6]

沿基坑周边紧贴基坑底边线内侧设置降水井28眼，井间距约14 m，井深16.5 m；由于基坑较宽，在基坑中间按20 m左右间距设15眼疏干井,井深约16.5 m。在基坑周围建筑物附近，布置20眼回灌井和8眼观测井，井深12.0 m。

4 支护桩施工情况及出现的问题

(1)按照施工顺序应先施工支护桩再施工止水帷幕，防止先施工止水帷幕后支护桩钻孔时对止水帷带造成扰动开裂，影响止水效果。

(2)场地地层主要为第四系软土，支护桩长度也较短，为确保支护桩垂直度及加快施工工期，支护桩成孔采用KH-800B型长螺旋钻机，下笼采用DZ-40型振动锤振动下放。

(3)施工过程和计划相符，施工速度较快，采用“隔三打一”的跳打方式，主要是为防止成桩过程中相邻桩之间的窜孔及相邻桩距离过近，已完成桩混凝土强度较低在下笼时会出现离析等现象。

(4)施工过程对周边建筑物进行监测发现沉降速度过快，施工4天后发现东侧北段局部出现地面及平房个别地方墙体裂缝，项目部发现问题后及时停工。

5 原因分析及解决方案

5.1 原因分析

场地周边建筑均为20世纪八九十年代建造，房屋建造时分批完成，地基基础埋深浅，均采用天然地基，且地基施工质量不一；施工质量低，施工前已有一些非结构性开裂。采用长螺旋钻机施工支护桩，下放钢筋笼时振动器对基础振动，导致基础松散土密实。第③层粉砂轻微液化，地下水位的变化也是造成个别改建平房及院墙局部出现墙体裂缝的原因。

5.2 解决方案

(1)连续观测基坑边沉降变化，及时上报检测数据。改变东北侧施工顺序及支护桩施工工艺后确保不沉降后方可施工。

(2)先施工三轴搅拌桩，控制外部地下水水压力及软土层侧压力的影响[7-8]，三轴搅拌桩强度达到70%以后方可施工支护桩。并改变支护桩施工工艺，不再使用长螺旋钻机施工，改用回转钻机成孔，地基土基本不产生振动。

(3)三轴搅拌施工时，先在东南侧试验，并在外侧5 m，按间距3 m布设监测点，连续观测3天。无变化后方可施工支护桩。

(4)西侧建筑物距基坑约20 m，为减少扰动并能降低施工成本，西侧北端不再采用支护桩+止水帷幕的形式，而是采用SMW工法桩。SMW工法采用单排三轴水泥土搅拌桩内插H型钢，搅拌桩采用标准连续方式施工，搭接形式为套接一孔法及隔幅跳打的施工顺序[9]，搅拌桩直径650 mm，搅拌桩搭接长度200 mm，深度20 m，水泥掺入比≮20%，采用P.O42.5普通硅酸盐水泥做固化剂，施工时按现行《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)等规范的有关规定执行。H型钢按照插一跳一施工，加强段按照密插型施工，H型钢采用国标HN500×200×10×16。

(5)SMW工法桩施工时考虑对土体的影响，要求按图2顺序施工。

图2 SMW工法桩施工顺序Fig.2 Construction sequence of SMW piles

(6)原设计锚索为普通锚索，锚索直径150 mm，长度为22～26 m，锚固段长度为17～21 m，采用锚杆钻机成孔时考虑到会形成空孔，锚索成孔后，流砂会涌入套管内，造成锚索杆件无法下放到设计位置，孔口出现严重涌水涌砂现象[10]。锚索变更为旋喷扩大头锚索，采用一桩一锚，长度17～18 m，锚固段直径500 mm，锚固段长度9～11.5 m，采用旋喷桩机成孔，杆体材料ØS15.2-1×7钢绞线；腰梁是在锚索施工7天后安装。预应力锚索采用2根25A工字钢做为腰梁，工字钢之间用缀板焊接为整体构件，焊缝连接采用贴角焊，锚索端部采用专用锚具施加锁定力。变更后的支护剖面如图3所示。

图3 基坑支护剖面Fig.3 Profile of the foundation pit support

(7)以上设计变更后用理正深基坑支护软件进行计算，各项指标均满足有关规范要求。

6 完成情况及效果检验

6.1 完成情况

(1)改变施工顺序先施工止水帷幕，等强度≮70%后再施工支护桩。

(2)支护桩采用SJ150型回转钻机正循环成孔，采用三翼硬质合金钻头，全面钻进法。采用自然造浆，为确保地层不出现缩孔、塌孔，泥浆性能要求达到密度≥1.15 kg/L，含砂率<8%，粘度18～28 s。为确保泥浆性能，在指标不达标时采用部分人工造浆的方法，造浆的主要材料是膨润土和工业火碱，施工过程中使用膨润土30 t，火碱3 t。

(3)成孔时采用“隔三打一”的方式，减少对地层的连续影响，采用吊车下放钢筋笼基本没有振动，施工过程比较顺利。

(4)SMW工法桩施工时严格按调整后的施工工艺及施工顺序施工，成桩后立即下放H型钢。因为水灰比大及成桩速度较快，H型钢下放比较顺利。当出现型钢下放不顺的情况时采用钻机回撤重新搅喷的方式透孔后再下放，严禁采用振动器振动下放H型钢，以免造成振动引起土层液化，进而影响周边建筑物安全。

(5)旋喷扩大头锚索施工采用旋喷锚杆钻机施工，通过旋喷将锚孔扩大之后下入锚索成锚固体的施工工艺。成孔前，根据设计，定出孔位，作出标记。钻机开钻前，检查钻杆的角度及锚索的位置，确保钻杆在水平方向的误差在±50 mm以内，垂直方向的误差在±100 mm以内。自由段成孔直径110 mm，锚索锚固段成孔直径500 mm，与水平向夹角25°，扩孔的喷射压力≮20 MPa，喷嘴给进速度可取15～20 cm/min,喷嘴转速取10～15 r/min，喷射扩孔时，至少往返扩孔3遍，注浆时采取孔口封堵措施，防止突水带砂；沿锚索杆体每2.0 m设置一个定位支架，定位支架使各根钢绞线相互分离。

成孔后及时封堵孔口，若浆液硬化而未能填满钻孔，及时补浆。注纯水泥浆(水灰比0.4～0.5)，注浆过程中采用循环搅拌，随搅随用。

6.2 效果检验

(1)施工止水帷幕时经过检测未发现检测数据变化、周边建筑物也没有产生新的裂缝，改变支护桩成孔工艺及施工顺序后各种检测数据趋向稳定，周边建筑物没有产生新的裂缝，原有裂缝也没有继续发展。

(2)在施工旋喷扩大头锚索时在场地南侧空地处进行3组水平试验，锚索预应力值均能达到设计要求的350 kN。试验成功后才进行工程正式作业，施工过程中未出现涌水、涌砂现象，施工时也采用“隔三打一”的方式，施工过程中观测没有发现地层液化现象。锚索加预应力时对周边建筑物沉降及变形监测的时间进行加密，监测中也没出现明显变化。

(3)为确保在钻机施工过程中对周边建筑影响进行全面监控，本次施工及开挖过程中采用多种监测手段及基础施工信息化监控[11]，分别为基坑坡顶水平位移和竖向位移监测、基坑周边建筑物沉降监测、基坑深层水平位移监测、周边地下管线变形监测、地下水位监测、锚索内力监测等手段，监测时段为2015年3月20日至2017年8月23日，至基坑回填完毕，基坑支护结构和周边地表均未发生任何较大的位移和沉降，各项监测均未超出预警值范围(见表1)。

表1 基坑监测情况Table 1 Foundation pit monitoring data

基坑工程监测数据表明,基坑变形均小于设计报警值，基坑一直处于安全可控状态。由此可见，通过优化设计改进施工工艺,不仅加快了施工进度,而且能够避免因施工工艺选取不当对周边建筑物产生的较大影响。

7 结语

(1)采用先施工止水帷幕再施工支护桩，在支护桩与临近建筑之间形成一道柔性墙，在支护桩施工过程中对临近建筑地基基础起到一定保护作用。支护桩采用回转钻机成孔减小了对周边环境的干扰，采用吊车下放钢筋笼基本没有振动，对临近建筑物也没有干扰。

(2)无论是支护桩施工还是基桩施工时应考虑周边场地地层的抗干扰能力，还得考虑施工工艺对周边建筑物的影响，盲目施工不但会加剧周边建筑物已有裂缝的扩大还会产生新的结构性裂缝，危及周边建筑物的安全。施工过程中选择正确的施工工艺，有序地安排各施工工序，在软弱地层及周边环境复杂的情况下应采用对地层影响较小、振动小的施工工艺和顺序，才能保证施工的正常进行，才能保证最大限度地减少对外界的干扰。

(3)在周边建筑物比较敏感的区域施工时，要加大对周边环境的监测，监测时采用基础施工信息化监控尤为重要，发现问题及时调整，以减少对周边的影响。

(4)在粉土粉砂层且水量丰富地层采用旋喷扩大头锚索能有效克服涌水涌砂现象，确保基坑安全。