复杂异形深基坑支护技术管理初探

孙 艳

山东华鲁恒升化工股份有限公司 山东德州 253024

1 工程概况

某化工厂新上50万t/a乙二醇项目，需配套建设相应地下事故池及生产废水池。为节约厂区土地，将事故池和废水池合二为一，中间由一道混凝土墙间隔。受周边建筑物影响，水池主体结构为一个地下不规则七边形箱型结构，高6m，东西方向宽33.2m，南北方向长49.8m。

水池壁及内墙厚度均为40cm，顶板厚30cm，顶板顶标高位于地下1.4m处。水池东侧池底设有集水坑，基础采用筏板基础，筏板厚度1m，筏板底为15cm厚砂石垫层，垫层底位于地下7.65m处。根据水池主体结构特征，基坑整体开挖深度为7.65m，集水坑处加深0.80m，基坑周长202m，面积约2400m2。

基坑范围内无影响基坑开挖的管线，但基坑周边环境复杂，如图1所示。基坑北侧5m处为待建酯化停车回收液罐，将与水池结构同步施工。基坑东侧地下埋深1.2m处有一条直径80cm钢制生产用循环水管道，距离水池壁2.8m；地上紧邻厂区道路和已建管廊，水平距离分别为8.7和23.2m。基坑南侧地下埋深1.5m处有110kV高压电缆，水池基础边距高压电缆最近的距离约2.8m；地上为厂区道路，距离18.6m。基坑西侧为已建管廊和罐区，距离分别为3.6m和10.2m。

图1 基坑周边环境

2 施工前期管理

2.1 施工重点和难点分析

在项目实施前期，组织厂内土建部门对本工程进行方案会商，详细分析工程特点，找出施工重点和难点，并探寻解决方案。

（1）本工程周边环境复杂，不具备放坡开挖条件，需采取支护开挖。受周边建筑基础及地下管线影响，无法进行拉锚支护，只能采用围护结构加围檩支撑的组合支护形式。而异形基坑支撑受力复杂，需通过计算确定合理支撑结构布置。

（2）工程计划4月中旬开工，7月底完工，为雨季施工，土方开挖受降雨影响大。同时，雨水下渗容易引起基坑变形，加大了施工风险。因此，施工时应加快进度，缩短项目周期。

（3）场地内存在较厚粉土层，土体透水性较好，含水量丰富，且周边建筑物处于降水影响范围内。为确保基坑顺利开挖，需采取合理的降水方案，既要快速降低基坑开挖范围内地下水位高度，又要防止过度降水引起基坑周边土体沉降。

（4）基坑周边环境复杂，西侧邻近管廊框架，东侧及南侧存在多条地下管线，距离水池基础边较近，最近距离仅2m左右。为防止基坑开挖对周边建筑物及地下管线安全产生影响，需加强施工过程中基坑监测，确保施工安全。

2.2 方案优化

钢板桩支护设计方案采用15m长拉森钢板桩加两层围檩支撑，方案实施前采用BIM对钢板桩支护施工全过程进行模拟，如图2所示。但支撑结构会影响土方开挖进度，经过工期测算，无法满足工期要求，且在后期对主体结构施工干扰较大。因此，为优化设计方案，加快施工进度，经与设计及总包单位沟通，将本工程钢板桩支护设计和施工单独招标，选定设计施工联合体中标单位，并将原招标价由90.3万元调整至83.8万元，节省了项目投资。

图2 钢板桩支护模型

项目实施前期组织钢板桩设计及施工单位进行现场踏勘，考虑基坑形状、开挖深度、场地周边环境、土层条件和工期要求等因素，本着安全可靠、经济合理、技术可行和方便施工的原则，经过计算分析和方案比较，将原基坑设计方案优化：为降低基坑垂直开挖深度，采用1∶0.8放坡支护，将基坑整体下挖1.5m；下部6.15m采用桩长12m拉森钢板桩支护，并优化支撑布置。

3 施工过程管控

3.1 钢板桩插打

场地整平后在钢板桩围堰四周开挖宽2m、深1.5m的沟槽，便于钢板桩插打，如图3所示。进场钢板桩首先进行平直度检查，检验合格后采用长臂挖掘机液压振动锤式打桩机，将钢板桩逐根打入；打桩过程中控制沉桩速度，确保单根钢板桩垂直偏差小于1/100。由于基坑为异形结构，常规转角桩无法使用，所以要求施工单位现场加工专用转角桩，确保围堰顺利合拢。

图3 钢板桩插打

3.2 第一层土方开挖

钢板桩插打完成后，将钢板桩围堰内外土方整体下挖1.5m，边坡采用挂网喷砼处理，钢筋网片由插筋固定，钢筋端部折弯钩向上嵌入土中固定钢筋网片。钢筋网应随开挖分层施工、逐层设置。喷射混凝土作业应与挖土协调，分段进行，同一段内喷射顺序应自下而上；喷射混凝土施工24h后，应喷水养护，养护时间不应少于7d。

3.3 基坑降水

第一层土方开挖完成后，进行基坑内降水。基坑降水按照封闭止水、按需控制性降水的原则，采用管井降水。降水井布置遵循浅井密布的原则，坑内设置12口降水井，井深14m，其中底板外设9口，底板内设3口。观测井基坑内布设1口，基坑外布设9口，井深同样为14m，用于观测降水时坑内外地下水位变化，指导挖土及回灌作业施工。土方开挖过程中，要求施工单位通过调节抽水管井数量，确保地下水位保持在开挖面下1m左右，不得超降。

3.4 围堰内土方开挖与支撑安装

按照先撑后挖的原则进行钢板桩围堰内围檩支撑安装和土方开挖。因基坑结构形状不规则，土方开挖分区分块进行。异形结构支撑受力复杂，要求钢支撑施工单位施工前必须提供详细的节点构造图，经设计认可后方可施工；支撑安装应采用开槽架设。围檩采用双拼HN500×200型钢，型钢支撑采用φ529×10圆钢管,长度不足9m支撑采用HW400×400型钢；型钢支撑与围檩满焊连接，且角部围檩必须焊接。

3.5 基坑监测

因该项目安全风险高，经公开招标，选择第三方监测单位进行基坑监测。常规监测主要测量基坑开挖过程中基坑水平位移及周边建筑的沉降情况，通过反馈的监测数据指导施工。图4为基坑变形监测现场。

图4 基坑变形监测

本项目钢板桩打拔采用振动法施工，地表振动易引起周边建筑物和地下管线变形，因此与常规基坑监测不同，在打桩机打拔桩过程中即开展基坑监测。本基坑为异形结构，拐角多，拐角处受力集中，围檩易受力开裂，因此在项目实施过程中，要求监测单位对拐角处围檩进行受力监测，以确保施工安全。监测发现，钢板桩最大水平位移仅为6mm，周边土体沉降和管线变形远小于许可值。

3.6 围堰内土方回填与支撑拆除

因设置支撑结构，水池壁及内部隔墙分两次浇筑，按照先填后拆的原则，池壁浇筑一层，土方回填一层，支撑拆除一层。为减少基坑变形，优化回填设计方案，将原设计的级配砂石变更为碎石屑回填，和施工单位一起现场试验确定施工方案。回填时，根据周边建筑物及地下管线变形要求回填不同材料，节约成本。在已建成管廊下回填碎石屑加10%水泥，回填稳定后经测量沉降值仅为2mm；其余部位回填碎石屑，加水后用振动棒震动，以保证密实度及强度。以上措施大大节省了回填工期，并减少资金约50万元。

3.7 钢板桩拔桩

围堰内支撑拆除完成并回填压实后，进行拔桩施工。钢板桩拔出时应考虑对周边环境的影响，根据监测数据及时调整拔桩速率。拔桩过程中要求施工单位通过高压旋喷注浆在钢板桩U型槽内回填水泥砂浆，防止拔桩后在桩位处产生孔穴，引起周边土体沉陷。

4 结论

事故池及生产废水池基坑是厂区内首次施工的异形深基坑，周边环境复杂，基坑形状特殊，开挖深度大，施工工期紧。通过以下施工管理措施，保证了项目施工的顺利完成。

（1）从源头入手，选择专业钢板桩设计、施工单位；改进设计方案，选择放坡开挖与钢板桩支护相结合的基坑支护形式；

(2）针对异形基坑支撑布置难点，引入BIM技术，优化支撑布置形式；

（3）引入第三方监测单位，增加对沉拔桩过程振动引起的土体沉降监测；

（4）增强钢板桩支护施工全过程管控，针对复杂环境下异形基坑支护特点，进行施工工艺改进和创新。