临近高危设施深基坑开挖支护方案浅析

邓国庆

（广州开投产业园投资有限公司，广东广州 510000）

1 工程概述

1.1 工程背景

新建珠三角城际轨道交通新塘经白云机场至广州北站（新白广）工程通过穗莞深南段直接连通珠三角地区两个核心城市—广州、深圳，有助于增强广州、深圳、清远、惠州、肇庆城市间的合作交流，有助于开辟白云机场、清远方向、深圳方向及珠三角东南部地区的快捷通路，形成“西环—穗莞深—佛莞”的城际外环，对加快珠三角交通基础设施建设，推进区域经济一体化发展具有重要意义。

1.2 工程概况

新白广项目以全线最大组合跨径70m+128m+70m连续梁上跨京珠高速公路，103#主墩位承台基坑开挖深度9.9m，平面尺寸23m×15m。

1.3 工程特点

（1）基坑距离广州市超高压燃气管道5m，距离京珠高速公路路基坡脚14m，位于两家产权单位安全控制区范围内；高压燃气管道属重大风险源，京珠高速属国家交通大动脉，产权单位对基坑开挖支护安全、变形控制提出严格的要求。

（2）依据钻孔桩记录分析，工点地质自原地面向下依次为：6.0m粉质黏土+4.0m粉砂岩（250kPa）+以下粉砂岩（450kPa）。经多方研讨，钢板桩打入深度应不小于14.5m，采用常规打拔桩机不能将钢板桩插打至设计标高，需利用特殊施工工艺或提前对桩位10m以下地层做好松动处理。

2 施工方案

2.1 方案比选

2.1.1 支护方案比选

钻孔灌注桩防护是最稳妥的施工方案，但较拉森钢板桩防护成本较高，而拉森钢板桩防护变形较大，本方案利用钢板桩+局部钻孔灌注桩双重防护结构，有效保证临近设施的安全，节约成本，如表1所示。

表1 拉森钢板桩与钻孔灌注桩方案经济比选

2.1.2 钢板桩打拔方案比选

基坑深10m以下的地质为粉砂岩（450kPa），高频震动打拔桩机不能将钢板桩打至设计标高，可采用静压植桩机打入或先行对地层松动处理后，再用高频震动打拔桩机配合震动锤打入；通过经济比选，最终选用先行引孔后打入的施工方案，如表2所示。

表2 拉森钢板桩打拔方案经济比选

2.2 总体施工方案

支护结构采用拉森Ⅳ型钢板桩+三层工字钢内支撑，基坑临近既有设施侧在钢板桩外围加设6根钻孔灌注防护桩并设冠梁，拉森钢板桩和钻孔灌注桩长度均为15m，采用小型旋挖钻机对钢板桩桩位引孔松动，高频震动打拔桩机打设钢板桩。

基坑随挖随护，基底超挖50cm后立即用混凝土封底，一级承台以钢板桩面为模板进行满灌，混凝土与钢板桩间采用泡沫板隔离，临近既有设施侧钢板桩拔除时同步对桩位空隙灌入细沙，控制周围土体变形。

3 工序重点注意事项

3.1 开工手续办理

按照国家相关法律法规规定，开工前须做好如下两点手续办理工作：

（1）基坑开挖深度为9.9m，且周围环境复杂，影响毗邻建（构）筑物安全，属超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，施工方案需组织召开专家论证会，并经监理、业主单位审批。

（2）本工点在高速公路和高压燃气管道产权单位安全控制区范围内，施工方案须经产权单位技术负责人审批，并向产权单位报批开工手续，签订施工、监理、业主、产权单位四方安全协议。

3.2 变形监测点布设及观测

按照《建筑基坑支护技术规程（JGJ 120—2012）》相关规定，对既有建（构）筑物及基坑本体布设变形监测点并按照监测频率测量变形值，对比规范限值，及时做出预警。

（1）开工前对高速公路路肩及坡脚、高压燃气管道布设变形监测点，测点水平间距不大于20m，测点不少于3个，采集原始数据。

（2）先行施工钻孔防护桩及冠梁，施工完成后在冠梁上布设变形监测点，测点3个，采集原始数据。

（3）钢板桩打设完成后，在钢板桩顶面布设变形监测点，间距不大于20m，且基坑各边的监测点不少于3个，采集原始数据。

分级开挖作业时开始对监测点监测，开挖期间每天一次，并将变形结果传至工作群，由技术负责人分析后控制开挖进度，并决定是否对支护结构进行加强，开挖完成3d内数据稳定后3d一次，直至一级承台浇筑完成。

3.3 钢板桩插打

普通的做法是沿标记灰线插打钢板桩，施作精度受操作人员影响较大；本项目做法是先行加工第一层围囹，以第一层围囹为导向架插打钢板桩，及时因地质原因也会导致钢板桩不顺直，但不会出现较大偏差，同时避免了钢板桩侵入承台主体现象。

引孔处理后，利用高频震动打拔桩机插打钢板桩，钢板桩打入深度14.5m，受制于打桩机动力因素，局部钢板桩只能打入11～13m，依然不能满足设计嵌固深度要求，本项目做法是待钢板桩合拢后，利用25吊车配合90震动锤对未到位钢板桩统一做二次打入，这样利用液压钳式打拔桩机高效率特点和震动锤较大动力特点顺利完成钢板桩插打工序。

3.4 基坑开挖支护

根据基坑支护受力工况检算书，开挖支护工序转换过程如下：①围护结构内土体开挖深度1.9m，安装第一层内支撑；②开挖深度2.5m，安装第二层内支撑；③开挖深度2.0m，安装第三层内支撑；④开挖深度4.0m，浇筑封底混凝土。

基坑开挖前，将基坑四周1m范围内原地面进行硬化处理，并做好背向基坑的排水坡度，防止雨水在钢板桩根部渗透。

钢板桩接头均设置在内支撑节点位置，钢围囹加设时如有与钢板桩不密贴的地方须用型钢填塞缝隙，保证钢板桩所承受土压力尽量均匀传递至围囹。

3.5 基坑封底

第三层内支撑至基底深度5m，本段钢板桩受力最大，基底土质为粉砂岩层，干燥环境下强度较高，遇水则崩解，如基底软化将导致钢板桩嵌固深度不足，对整个基坑支撑体系受力产生不良影响，项目部制定50cm混凝土封底方案，可以将基坑内24根直径1.5m桩头连为一体，相当于在基底位置增加一道支撑保险，而基底位置坑内土体被动土压力最大，由此可见，及时封底工作极为重要。

3.6 承台浇筑

一级承台的浇筑将使基坑坍塌风险基本消除，项目部集中组织劳动力在最短时间内完成一级承台钢筋施作，为节省模板安装加固时间，钢板桩支护边线较承台宽度外扩20cm，将钢板桩作为承台侧模，但为防止承台混凝土与钢板桩直接接触，钢板桩拔除困难，采用硬塑泡沫板贴至钢板桩面层进行隔离，钢板桩相邻环凹槽空隙采用土袋随浇筑进度逐层填塞。

3.7 钢板桩拔除

临既有设施侧钢板桩拔除时须对管道和高速公路变形进行连续监测，为防止雨水侵入桩位缝隙导致后期周围土体坍塌，拔除钢板桩时，同步对桩位缝隙采用水沉细砂法进行填塞处理。

4 结论

（1）钢板桩支护结构从受力上讲没有问题，设置钻孔防护桩侧钢板桩变形明显小于其他部位，说明钢板桩防护变形相比于钻孔防护桩稍差，但考虑到钻孔防护桩支护结构成本明显大于钢板桩支护结构，如可以接受一定范围变形值，可选择钢板桩支护方案。

（2）钢板桩打拔机械最常用是高频震动打桩机，作业效率较高，成本较低，但动力有限；而震动锤打设钢板桩作业效率较低，机械动力较高；静压植桩机成本偏高，一般情况下不予采用。