减小无对撑式深基坑变形量技术研究

朱光彬，祁广攀，王 庆，赵志刚

（1.北京北投通城建设开发有限公司，北京 101100；2.河北宏安建筑工程有限公司 河北 石家庄 050031；3.山东省尚莱建筑工程有限公司，山东 济宁 272008；4.中信国安建工集团有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

基坑开挖会对周围环境造成影响，该问题日益突出，在基坑开挖时如何保护周边的环境受到广泛的讨论［1］。在整个基坑开挖施工过程当中，保证基坑开挖的安全，将基坑自身变形和周围地表、建筑物、地下管网的位移形变量控制在安全的范围内显得尤为重要。

本文从笔者所在项目的深基坑施工过程中面临的实际问题出发，将“减少无对撑式深基坑支护变形量”作为本次研究的课题。对此问题进行现状调查，分析产生问题的原因，制定相应的对策，最终通过对策的实施来解决发现的问题。

1 现状调查

北京某一在建项目规划总用地面积 62 686.9 m2，总建筑面积 110 530.5 m2，其中：地上建筑面积 78 619.0 m2，地下建筑面积 31 911.5 m2。

由于本基坑开挖面积大，东西向大跨度（约 160 m）无对撑，且基坑西侧与既有学校距离近（约 6～8 m），需严格控制基坑变形量。因此控制好基坑支护体系的变形量为本工程的重点难点，如图1 所示。

图1 基坑支护平面图

本工程面临以下几方面重难点：①本项目为北京精品住宅项目，公司要求工程质量达到“长城杯”标准，争创国家优质工程，建设单位也对本项目有较高质量要求；②本工程工期为 723 d，且深基坑工程为整个工程的基础，如果深基坑支护体系变形量大，必然造成工期拖延且提高项目风险、增加成本，将会严重影响后续施工进度；③基坑距离周围建筑物较近且地质情况复杂，基坑支护形式多样化，东西向跨度大且无对撑，差异变形不容易控制。

项目部组织人员以支护桩桩号为划分单元，以冠梁水平、垂直位移、立柱竖向位移、周边管线位移和周边建筑物沉降为数据依据，共 435 组数据，统计了基坑试开挖区的支护体系变形量，具体数据如表1 所示。

表1 监测点位统计表

从统计表可看出，试挖区监测点发生变形的点位较多，占 79.6 %。综上 4 条原因，项目部选定“减小无对撑式深基坑支护变形量”这一技术问题作为研究重点。根据选题理由中的统计表，试开挖区段支护体系发生变形点位较多。但支护体系的变形量难以定量标准，小组成员开设了专项会议，讨论判定标准，总结如表2 所示。最终确定了变形量预警值的 50 % 为判定标准，以此标准作为本次研究活动支护结构变形量是否符合要求的判定依据。

表2 变形量判定依据讨论表

根据上述判定依据，小组成员重新统计了试挖区监测点位如表3 所示。

表3 试挖区监测点位统计表

由于工程的重要性，小组针对 4 月 8 日的调查结果，对深基坑支护体系各项问题合格率进行统计，合格率按选题理由中小组讨论出的变形量达到预警值 50 % 为判定标准，分别从“冠梁水平位移较大”“冠梁竖向位移较大”“周边管线位移较大”“立柱竖向位移较大”“周边建筑物沉降较大”五方面进行分析，发现 51 个不合格点并将其做出排列图，如图2 所示。

图2 深基坑支护体系变形问题排列图

从排列图2 可以看出：“冠梁水平位移较大”为主要问题，占累计频率的 82.3 %，是无对撑式深基坑支护体系变形量大问题的症结所在。此次研究我们设定的目标为基坑监测变形量小于预警值一半的点位占 98 %。

2 原因分析

2.1 原因分析图

研究小组成员集思广益，采用头脑风暴法从人、机、料、法、环、测 6 个方面对“冠梁水平位移较大”进行原因分析，并绘制成系统图，如图3 所示。

图3 系统图

小组成员对末端原因进行统计，共有 9 项末端原因，主要包括：管线埋地时误挖、路面排水措施不完善、雨季抽水不及时、地表土体防渗漏措施未深化、基坑监测方案不适宜、基坑开挖流程未优化、角撑位置空间狭小、施工场地制约、操作人员对基坑特殊性不熟悉等。

2.2 确定主要原因

我们对以上 9 条末端因素进行了逐条分析，以便确定哪几条末端因素为要因。

2.2.1 管线埋地时误挖

小组人员在基坑试挖区域调查发现，在 3 4 8 ～366 # 灌注桩南侧与 203～265 # 灌注桩西侧排水沟施工时，由于灌注桩与帷幕桩间距小，个别位置存在挖掘机误挖到帷幕桩，使帷幕桩桩头发生轻微破损现象。帷幕破损容易导致桩间水土流失，进而导致冠梁水平位移加大。

通过小组人员现场测量统计，帷幕桩桩头轻微破损与否对冠梁水平位移无明显影响，此问题非要因。

2.2.2 路面排水措施不完善

小组成员通过检查发现，部分基坑周边路面排水措施设置不合理，存在排水沟过窄和坡度过缓现象，应在现场冲车泵、现场喷淋等部位加大排水沟宽度及坡度。调查分析，路面排水措施基本能满足排水需求，此条为非要因。

2.2.3 雨季抽水不及时

在施工现场对雨后基坑周边抽水作业进行检查。检查部位为 201～292 # 灌注桩西侧土体，共发现了 16 个积水点位。通过小组人员现场测量，施工现场雨季抽水及时，不同时间抽水对桩间水土流失没有明显影响。因此，雨季抽水不及时对主要问题“冠梁水平位移较大”无直接影响。此条为非要因。

2.2.4 基坑与帷幕间土体的防渗措施未深化是否造影响冠梁位移

小组人员在支护桩与帷幕桩间距大、小两种情况下，分别抽取 20 个点位。对每个点位的桩间土渗水情况进行观察，记录渗水与桩间土滑移情况。通过表格计算，间距大时，发生渗水和桩间土滑移的频率为 35 % 和 20 %。间距小时，发生渗水和桩间土滑移的频率为 10 % 和 5 %，绘制出柱状图，如图4 所示。

图4 柱状图

通过图4 可看出，支护桩与帷幕桩间距大时，桩间发生渗水与土滑移的频率明显高于间距小的情况，两者差别较大。因此，地表土体防渗漏措施未深化对主要问题“冠梁水平位移较大”有较大影响。此条为要因。

2.2.5 基坑监测方案不适宜

本工程的基坑监测方案编制严谨，符合设计及规范的各项要求，能满足本工程特殊工况的监测工作。基坑监测方案不适宜对主要问题“冠梁水平位移较大”无直接影响。此条为非要因。

2.2.6 基坑开挖流程未优化

小组人员对试挖三个区段的冠梁位移变化速率进行了统计，将统计数据绘制成柱状图如图5 所示，可看出 94～128 # 支护桩段位移数据变化速率明显高于其他两个区段。小组人员通过讨论沟通，发现此区段的开挖流程必须重新优化，避免由于开挖流程不合理造成冠梁位移继续加大。

图5 冠梁水平位移变化速率图

通过上述调查分析与现场测量，基坑开挖流程未优化对主要问题“冠梁水平位移较大”有较大影响，此条为要因。

2.2.7 角撑位置空间狭小

小组人员在作业空间狭小位置随机挑选 30 根支护桩，又在空间宽敞位置随机挑选 30 根支护桩，逐根检查桩身是否有破损露筋等机械碰撞现象。并记录冠梁水平位移累计值＞5 mm 的支护桩，如图6 所示。

图6 桩身破损柱状图

通过图6 可看出，施工作业面狭小时，发生桩身破损与位移过大的情况要多于施工作业面宽敞位置，两者差别较大。因此，角撑位置空间狭小对主要问题“冠梁水平位移较大”有较大影响，此条为要因。

2.2.8 施工场地制约

经检测分析有临时堆载与否，监测点的冠梁累计位移量基本差别较小。因此，施工场地制约对主要问题“冠梁水平位移较大”有较小影响，此条为非要因。

2.2.9 操作人员对本基坑特殊性不熟悉

通过小组现场检查，施工现场操作人员基本能通过考核，未通过考核的作业人员业实际操作水平较高。因此，操作人员对工程特殊性不熟悉对主要问题“冠梁水平位移较大”影响较小，此条为非要因。

2.2.10 要因确定

通过对以上 9 条末端原因进行逐一确认，小组共找出 3 条主要原因，基坑开挖流程未优化、角撑位置空间狭小、地表土体防渗漏措施未深化。

3 制定对策

3.1 对策表

小组成员针对 3 条要因，制定了对策，如表4 所示。

表4 对策表

3.2 对策的实施

3.2.1 细化施工方案

明确作业空间大小所对应的挖机型号，角撑位置作业时加强现场指导管理。

小组成员在施工图纸上对空间狭小区域做出了划分，具体划分见下图。对应图纸划分区域，在施工现场做出明显警示标识。针对施工操作空间大小合理安排挖机型号，制定合理开挖方法做出排班计划表，根据计划表做好每次的班前教育。每隔一周对现场操作人员进行培训讲解，并组织考试，考试不通过人员必须进行二次教育。现场作业时，加强指导工作，有问题及时发现，避免类似问题的再次发生。

3.2.2 按本工程特殊性优化土方开挖整体流程

根据现场基坑周边实际情况确定优化区域，按实际施工需求优化开挖出土顺序及流程用优化开挖流程后的开挖方案指导出土施工。

3.2.3 深化帷幕桩与支护桩间地表土的防渗漏措施

统计确认本基坑帷幕桩与支护桩距离较远部位，并在支护图纸中标注。针对标注的部位，制定具体深化措施在原设计给定旋喷护坡范围外，增加防渗措施，具体做法为挂网喷细石混凝土，厚度 50 mm。

4 结语

本工程具有基坑开挖面积大，东西向大跨度、无对撑，且基坑西侧与既有学校距离近的施工难点。通过细化施工方案，明确作业空间大小所对应的挖机型号，在角撑位置作业时加强现场指导管理，并按本工程特殊性优化了土方开挖整体流程，深化了帷幕桩与支护桩间地表土的防渗漏措施。通过以上研究、分析并实施，减小了本工程支护体系整体变形量，达到了“基坑监测变形量小于预警值一半的点位占 98 %”这一目标。本项目也取得了“结构长城杯”的奖项，得到了质监站、总公司、监理单位、设计单位等各方的肯定。Q