复杂环境及地质条件下深基坑支护施工技术

曹红卫

河北冶金建设集团有限公司 河北 邯郸 056000

近年来,地基施工问题成为了人们所讨论的焦点。另一方面，随着中国城镇化的进一步发展，施工难度日益增大,不论是独特的自然环境，又或是复杂的外界条件，对于施工来说，都是巨大的考验。另一方面，高层建筑和超高层建设是施工主导，该类工程对地基支撑的要求较一般施工更加严苛。所以，对支撑方式和施工方法展开讨论有很大的现实意义。

1 深基坑支护施工技术概述

1.1 概念

所谓的深基坑是指地基施工深≥5m，或者说是深＜5m,而基坑所处地质状况和周围环境又比较复杂的一种工程。一般应用在多层、超高层、地下停车库和大型建筑中，而深基坑支护则指的是为保证地下基础施工质量和深基坑环境的安全稳定，特采用支挡、支护和加固等工艺方法，以此保证施工安全。

1.2 特点

1.2.1 递增性

深基坑支护的递增性主要体现在深度方面和施工环境方面。从深度方面来说，随着建筑的日益建设，施工的技术也得到加强，深基坑支护的技术也日益提高，使得深基坑的深度在持续增加；从施工环境方面来讲，随着基坑深度不断增加，所面临的地下施工环境会越来越复杂，导致深基坑设计及施工难度会越来越大。

1.2.2 灵活性

深基坑支护工艺同其他工程相较而言，有着较高的实用性,这种工艺可以使地下资源充分发挥，可以解决现阶段中国土地资源紧张的现状，另外，深基坑支护的方法多样，可以适应各种工程建设条件的需要,在技术应用方面可选择性较强，并且各类支护技术可搭配应用，所以具有较强的灵活性。

1.2.3 施工难度较大

深基坑支护开挖既受地下开挖条件的干扰，也受地上的干扰，由于地下开挖条件非常复杂，且涉及分布复杂的地下管道，导致深基坑施工容易受到影响，并增加施工难度，甚至容易出现安全事故。同时，地面压力、路面承载力等地上因素会造成施工质量和安全均收到影响，从而提升了施工难度。

2 深基坑支护的类型

深基坑支护的类型很多，但实际施工中要根据施工水文地质条件、现场周围环境、地基深度和施工机械设备等状况决定选择哪些支撑类型。目前，常用的深基坑支护型式一般有排桩支护、深水底泥搅拌桩支撑、地下连续墙支撑、土钉墙支护等。

排土支护，是指利用柱列的间隙安装预应力钢筋凿口、钻(冲)孔灌注桩，作为建筑挡土结构的一种支护类型。该种支护方法措施简便，不要求设备,造价也较低廉，但由于基坑深度的增大，容易产生地基支护的损坏，一般采取加压灌浆的方式对被动区结构进行补强。

深部混凝土搅拌桩支撑一般采用钢筋混凝土做为硬化剂，使用深部拌和装置在土体深部对软土用砂浆硬化剂强力拌和，使之硬化并产生相应高度的混凝土桩墙，而形成支撑框架。该种支护方法措施简便、挤土轻微、无震动、无噪音，但容易对地下结构产生损伤。

混凝土板墙支护是利用将土钉进入混凝土体内，并在混凝土体上浇注水泥面层，二者联合作用产生的结构。该种支护方法虽然措施简单、工期较短、经济效益高，但路基的稳定性却不好，且对土壤的要求也较高。

此外，还有锚杆及支护施工技术。正如名字一样,锚杆式支护施工技术所使用的施工工具主要为锚索，施工者宜先将锚索一头置入岩石的中央部位，另一端则连接支撑构件,并同时使用一定的外部预应力，从而使岩土中每一种力均能够实现平衡，从而保证施工稳定性。此外，该技术具有较强的适应能力，在深基坑中均可以广泛应用。

3 工程概况

3.1 基坑工程概况

该项目是某一金融营业大楼,建设地址设在市中心区,东面是市艺术中心，南侧是规划路，西侧与北侧皆是河道。项目的总设计土地面积为11285.78m2，总面积为52501.24m2，当中，地上总面积为35667.61m2，地下室总面积为16833.63m2，由十五层的塔楼和三个裙楼构成，并包括二个地下室，总建设长度约69.20m。地基大致为椭圆形，东西边长约122m，南北边长约79m，地基最大挖掘深为9.7m，局部11.8m。

3.2 基坑周边环境状况

本工程项目的周边环境错综复杂，北面为距地基防护工程项目约3.8m处的道道桥基础整治工程，其下还敷设有电力管线、降雨和污水管线；西面为现状河道,距地基防护工程项目约13.5m；东面距地下基坑防护工程建设6.1m为现状主干道，管线施工大部分为给水、降雨、污泥、发电和数据传输；南侧则为投入施工的，距地下基坑防护工程建设约36m。

另外，还在基坑的西南角和东北角，依次设有了钢筋混凝土木工加工棚和建筑材料堆放场地；在北侧水道与围护中间，则搭建了二层的彩钢管房现场办公室；在南端和北端路面上设有泵车停泊地点；基坑设有2个出土口，发掘入口均在南端，土方外运至18km以外的堆土场地[1-2]。

3.3 工程水文地质条件

拟建场地市为亚热带海洋性地区天气，温热湿润，雨水充沛，四季分明，年平均气温约为17.8℃，多年平均降水量约为1600.31mm。现场地貌大部分为沿海冲积平原,地势较为平缓，地层绝对高度通常为3.5～5.0m，基坑开挖的影响最大深度区域内土壤分布主体为杂填土、粘土、泥沙、淤泥质黏土等。区域表层土壤大部分为潜水类型，并赋存着黏土、泥沙质等土壤，其水平变动大部分是受流域、时令、环境降雨等因素影响，变幅范围通常在2～3m，勘测期间测得的场地地下水最稳定水位在地表下0.14～0.87m，平均高度在2.96～3.56m。

4 深基坑支护施工

4.1 施工前准备工作

施工准备工作主要包括施工现场的清理工作、平台搭设工作、埋设钢护筒以及测量放样等。在施工时必须确保施工现场不存在其他杂质，确保地面平滑、干净，如有软地面则必须采用换填方法进行换填处理，然后将换填的土推平夯实；平台绑扎必须严格地按照规定进行,确保平台能接受在施工中产生的所有负荷；安装钢护筒时必须严格按照桩径来对护筒长度的内径加以控制，在该施工时，当钢护筒的埋深超过了2m，在护筒长度顶部超过了地面水平线展护筒桩的经放样，经过31cm的施工经放样后，该放样主要是按照施工图纸进行并开展验槽作业，坑的长度一般均在护筒长度直径以上，验槽完毕后便进行吊作业，在吊挂时还必须注意尽量将护筒中心和桩的中间出现的误差降低，一般应在3cm 之内，并且保证倾斜度在1%，以确保护筒稳定。

4.2 基坑支护方案

根据工程场地的环境条件特点，选择不同的支护型式时，对整个地基分部工程的工期、费用以及技术措施等均会产生各种影响，故应针对各种支护型式的技术特点、应用要求，合理地选用基坑支护方法。另外，地基的支护方法还应根据水文地质条件、基坑施工深度、地基周边环境要求、地下水状况等因素因地制宜地进行，切不可盲目地选用。

本工程地质环境复杂、地基挖掘深度大、周围无放坡空间,而且场地西侧、南、北城市道路的管线种类较多,主要是水泥供水管道、煤气管和雨水管。但上述线路对工程实施造成了不少干扰。此外，由于基坑支护时间需要横跨整个雨天和冬日，总工期较短,因此需要将基坑支护和降水以及土方交叉实施。根据上述因素和技术合理的原则，该项目选择了以下支护措施：使用一排钻孔灌注桩做挡土结构，在地基内安装了二道钢筋大直径水泥内支撑,在地基的侧墙防渗止水帷幕上使用了双轴运动砂浆搅拌桩，被动区局部用双轴混凝土搅拌桩加固，具体分析如下。

4.2.1 支护桩

支护桩是开挖灌注桩的一个成熟的方法，具有施工工艺简便、安全易于管理、开挖后对周围影响较小的优点，应用于软土领域。支护桩冠梁高度向自然地面降低约1.46m，其目的是使冠梁兼做为第一道支护围檩，也可减少支护时间、改善的效果，又不能使第一阶段悬臂挖土时的太大影响[3-4]。

4.2.2 内支撑系统

地基支撑结构中的水平压力一般有坑内支承和坑外拉锚二种形式来承受，鉴于该项目附近地质较差、河流纵横交错且地下管道丰富，坑外拉锚具有相当的风险，所以选择坑内支承的形式比较稳妥。内支承按照材质的不同分成水泥支柱和钢材支撑2种。钢支撑施工速度快、拆除简单、且可回收使用，可有效抑制支撑体系变化，但相对深大地基,其支撑量须适当增大，从而提高了成本，并相对加大了挖土困难。钢筋砼结构支撑钢度较大，对降低支护桩的高低变化、保证支撑构件质量的稳定性有着积极影响，此外砼基础有很大的施工适应性，更适用于复杂地形、超大规模的地基施工。

该项目的支撑体系布局包括：在沿地基竖向布置二个水平方向的砼基础，保证地基结构变形不大于周边路面桥梁的使用条件。第1道支柱顶面处高程为-2.000m，用桩顶冠柱兼做第1道支柱围檩。第2道支柱顶面处高程为-6.750m,用第2道工序支柱的围檩与钻孔桩相接，并扒开当前钻孔灌注桩的钢筋保护层，再使用二条宽度均为22.5mm的HRB400钢筋混凝土与管径各自的钻孔桩纵筋满焊搭设，焊缝尺寸均不低于310mm，用于联接第2道施工支柱的围檩。

4.2.3 立柱和立柱桩

坑区水平支护体系的竖向支护结构，为格构的井字型钢构支架和柱下钻孔灌注桩。格构式井字型钢构柱缀板和角铁的连接方式采用围焊，顶端伸入预应力砼的标准支座中500mm，下部伸入立柱桩中不低于3m。标准立柱桩使用长度为805mm钻孔灌注桩，并尽可能采用工程桩代替以减少费用。

4.2.4 止水帷幕

止水帷幕使用的双轴运动混凝土搅拌桩，在实施前应做好工艺试桩结果，通过试桩可以了解施工区域的地质情况，并设定钻孔深、灰泥结合比、喷浆实施下沉和上升速率、喷浆速度、喷浆施工压力等建筑施工技术参数，以确保止水序幕的建筑品质。此外，还可采用套接一孔法施工,搭设较饱满，止水质量也可达到本工程对止水的要求。

4.2.5 加固被动区

为了减少地基变化，降低对周围环境的冲击，在地基下方的支护桩的一侧设置有混凝土搅拌桩对被动区混凝土体的强化，同时还可以降低支护桩的内部力量进行配筋，但总成本却不会提高多少。加固的混凝土搅拌桩长度为500mm，桩顶高程为-10.500m，桩底高程为-15.100m，混凝土的掺量为15%。

4.2.6 基坑降排水

因为地基距离周边交通、城市管线以及既有楼房很近,加上基础土由不透水的黏性土壤组成，传统的降水方式效益不佳。为了防止雨水对附近地面造成的沉降，本项目并未采取排水措施，只是通过排水沟明排的方法进行坑内外排除和拦截地表水。

4.3 施工工况

该项目基坑结构为地下二层,基坑结构底板结构面高程为-9.350m，底板垫厚底高程为-10.350m，电梯井已挖掘至-12.600m。基坑开挖总深为9m，整个地基的总施工规模大约为9000m2，土方总量大约为85000m3。但因挖掘深大、地质条件较差和施工的天气条件等因素，土方施工方式是按照“分层、分块、小空间、对称施工”的原则，总体分成2区则、6个块、3楼进行建设。主要在施工工况下做到以下几点。

（1）当支护桩到达所设置高度后，平整场地并将其高度限制在-0.50m以内。（2）从第一层挖土至第一道水平基础底高程约为-2.900m，开挖至第一道基础、围檩(兼支护桩冠梁)。（3）当第一道基础和围檩混凝土超过总施工高度的80%时，当施工至第二道工序的基础高度为-7.750m，进行施工至第二道基础和围檩。（4）当第二道基础的围檩混凝土超过了工程高度的80%时，施工至底板处的垫层底高度为-10.350m。（5）电梯井、集水井等局部或超深部分混凝土体必须先用机械带挖掘至1～2m，之后用人力挖掘，同时砼基层也必须随挖掘随混凝土，即基层必须在现场施工24小时内全部混凝土完毕。（6）浇注水泥底板并延长至支护桩边。（7）当底板钢筋超过设计抗拉强度的80%时，将第二道钢筋直径混凝土基础。（8）建筑地下室面层模板；待地下室第一层楼板混凝土超过设计强度的80%后，再拆掉第一道钢筋砼基础。（9）进行地下室其余基础部分的浇筑，回填土面的夯实。

5 基坑检测结果

该项目的施工面积大，施工深度大，周围环境复杂，为保证地基本身和周围环境的安全性，基坑施工过程中委托技术检测机构按照规范标准的实际状况对支护桩的位置和立柱沉降实施检测，并对基础直径较大的轴向动力、其他构筑物和地下管线的沉降情况进行了观察，若有反常现象，应立即进行观察，并采取相应措施。

根据施工检测报告表明，自基坑施工至回填土段结束，支护桩的累计侧向下沉量最大值为40.4mm，支立柱桩的最大下沉量为20.6mm，基坑周围楼板的最大下沉量为25.32mm，其他地下管道的最大下沉量均为6.62mm，其变化量均在设置的警戒值内，并且，将支护横向断面的最大轴向力量作用于地基东南隅的下道基础上，最大轴向能力为7200.24kN，此值在支护横断面设置的最大限制承载力之内。所以，地基开挖对周围环境的冲击完全可控。

6 结束语

深基坑开挖不可避免的污染周围环境，怎样把污染减少到最少，这是岩石工程界一直以来研究的课题。本文根据某项目现场现状，首先依据前期水文地质数据和项目本身特征，并兼顾安全与经济效益选定地基支撑措施，然后开展施工工况分析，最后有针对性地开展基坑检测，在观测成果上证明了该项目采用深基坑支护工艺的合理性和有效性，为今后各类项目深基坑支护实施工艺提出参考。