紧邻地铁沿线深基坑工程施工技术研究

赵川，宋岳，崔建鹏

（中国二十二冶集团有限公司，天津 300000）

1 前言

随着城市化进程的不断发展，国有土地发展空间变得越来越紧凑，因此开始逐步由地上空间不断向地下空间发展，在发展的进程中不断衍生出大量的深基坑工程。因城市地下空间发展的复杂性，基坑开挖、支护等面临复杂的场地环境，施工难度越来越大。根据不同的地质条件和基坑特点，合理选择组合支护系统，保证施工安全，降低施工成本，已成为工程专业人员共同关注的问题。

国内学者对深基坑工程的设计与施工进行了大量的研究，冯龙飞等以广州地铁侧方典型深基坑工程为例，介绍了内撑式和双排桩2 种常用支护体系的特点及其工程应用情况，为地铁沿线附近深基坑工程提供设计和施工参考。余敦猛以上海某深基坑工程为例，采取混凝土支撑与钢支撑结合的支撑体系对基坑开挖进行支护，有效控制桩体水平位移。田贺维等对天津津塔深基坑采用地下连续墙、双圆环钢筋混凝土内支撑体系、高压旋喷桩做止水帷幕保障基坑的安全稳定。褚人猛针对场地受限的深基坑施工工程，采用“上翻下穿”开挖新工艺，解决土方开挖外运问题。目前，在复杂环境工况下，深基坑支护组合形式还不够成熟，还需要大量的工程实践进行合理优化，应因地制宜选择合理的支护体系。本文以天津市北辰区地铁沿线附近深基坑工程为例，对地铁沿线附近深基坑施工技术进行了研究。

2 工程概况

2.1 工程概况

本项目位于北辰区宜兴埠镇宜白路与均富路交口东北侧，紧邻地铁张兴庄站。该地块基坑周长约804m，面积约24300m2，基坑东西长77.5 ～87m，南北长303.5m，基坑开挖深度4.76 ～7.71m。工程北侧为市政道路宜白路，基坑上口线段距离道路主路约为23m，路面标高略高于场内地坪，存在雨水场外倒灌风险。南侧为铁路轨道，地下临近地铁3 号线，处于地铁50m 保护线内，周边环境复杂，对支护要求较高。西侧为已建道路均富路，基坑上口距离道路主路最短距离为107m，路面标高与场平高度近乎一致。东侧为空置地块，场地标高比本地块略低。

2.2 工程地质及水文条件

根据《天津市岩土工程勘察规范》(DB/T 29-247-2017)、《天津市基土序列划分技术规程》(DB/T 29-191-2009)及实测资料，在埋深50.00m 范围内，基土按成因年代可划分为以下8 层，如表1 所示。

表1 场地土层分布

初见水位埋深0.60 ～1.50m，静态水位埋深0.10～1.00m，地表水为潜水型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排出，水位随季节变化，年变化一般在0.50 ～1.00m。根据调查期间的地下水位观测值、天津地区地下水位的变化幅度，结合场地周边道路标高的综合分析，可认为场地的抗浮设计水位为1.80m 标高。场地地下水位较浅，无公害土壤分布。

3 基坑支护

3.1 基坑支护

（1）工程北侧及东西侧局部部位均采用预应力混凝土管桩+ 桩锚组合形式，管桩长11.5m，桩间距700mm，桩顶标高（相对）-2.70m，管桩上部设置800×500mm 冠梁，旋喷桩锚总长15m，桩径350mm（扩孔处500mm）水平间距1.4m，水泥掺量30%。管桩加固东侧长度为262.7m，西侧长度为160.1m，北侧长度为81.5m，整体长度为504.3m，具体位置如图1 所示。

图1 管桩+桩锚区域分布图

（2）工程南侧局部部位采用混凝土灌注桩+桩锚组合形式，灌注桩上部设置1000×600mm 冠梁，旋喷桩锚总长18/24m，桩径350mm（扩孔处500mm），水平间距2.2m，水泥掺量30%。灌注桩加固东侧长度为36.8m，西侧长度为137.5m，南侧长度为77.1m，整体长度为251.4m，具体位置如图2 所示。

图2 灌注桩+桩锚区域分布图

（3）工程东侧及南侧部分区域采用立柱桩+钢格构柱支撑形式，立柱桩桩径700mm，桩长14m，桩顶标高-7.00m，顶部预埋上部钢格构柱角钢，预埋深度不小于2m；在垫层浇筑前，角钢根部需设置止水片，上部钢格构柱柱长7.5m，采用4 根L140×12 角钢；角钢外侧焊接300×400×12mm 钢缀板，与角钢搭接部位三面满焊，钢缀板设置间距800mm，顶层间距650mm；角钢顶部500mm 需埋入冠梁，埋入冠梁部分角钢外侧以同方法设置钢缀板，钢缀板外侧每侧焊接4 根直径25mm 钢筋；钢格构柱间通过上部冠梁相连形成整体，冠梁截面尺寸1000×700mm（图3）。

图3 立柱桩+钢格构柱区域分布图

3.2 地下水控制

本工程采用双轴水泥搅拌桩作为基坑止水帷幕，局部采用双排双轴水泥搅拌桩，个别部位采用高压旋喷桩。基坑降水采用基坑大口井降水和盲沟明渠降水相结合的方法进行。当基坑开挖至基坑底部标高时，沿基坑侧面和基坑竖向侧面设置宽300mm、深300mm 的盲石沟。盲沟与坑侧水池相连，形成排水系统。基坑积水排水措施采用排水沟结合集水井组合方式，并使用潜污泵强排至场外降水集水坑，集水坑应设置在场外位于地下水流向上游位置处。基坑底部及顶部在拐角处和适当区域设集水井，坑内汇水通过集水井抽排至坑顶排水沟后经三级沉淀池沉淀后排入市政雨水系统。

4 土方开挖技术

本工程基坑周长约804m，面积2.43 万平方米，场地内现状地坪相对标高约-2.240m，根据结构设计资料，地下一层车库垫层相对标高-7.000m，局部相对标高-9.950m，基坑开挖深度为4.76 ～7.71m。局部电梯井集水坑最大开挖深度达9.91m，需进行局部开挖，总挖土方量约12 万平方米。项目基坑周边荷载按15kN/㎡考虑，距离坡顶不小于3m。荷载宽度不大于6m。

土方开挖前应平整场地，清除场地地上、地下障碍物，待围护结构达到设计强度后方可进行土方开挖。土方开挖的顺序和方法须符合设计条件，遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。土方开挖应按照“对称、均衡、适时”的原则。土方开挖过程中加强对支撑以及钢格构的保护，在距离围护桩间35cm 范围内应采取人工清除桩面土体，防止机械碰撞。为防止超挖及对坑底土体和工程桩的扰动，机械挖土至距坑底30cm 左右时，采取人工挖除剩余土方。基坑开挖期间，应控制施工动态坡度不陡于1:1，土方开挖休止期应及时修坡，严禁在基坑周围堆放建筑施工材料，运土通道需要远离坡顶，出土口及运土通道位置应铺设钢板，必要时应进行局部加强。基坑开挖至设计标高后，应及时铺设垫层和浇筑底板，并顶实围护桩；基础施工完成后，按规范要求及时进行土方回填，分层夯实，保证其密实度。

5 施工技术参数

5.1 高压旋喷桩施工

高压旋喷桩采用42.5 级普通硅酸盐水泥，单桩水泥掺量不得小于30%，水灰比为1.0，可适当添加早强剂，提升速度应控制在10cm/min 以内。施工前应对井架进行检查，扩散直径不小于600mm，须与水泥土搅拌桩形成闭合止水帷幕，钻孔位置与设计位置的偏差不得大于50mm，桩体垂直偏差不大于0.5%。高压旋喷桩在正式成桩前，需进行试成桩工艺，以确定合理的施工工艺参数(压力、水泥浆量、提升速度、旋转速度等)，确保施工质量。喷射管分段提升的搭接长度不得小于100mm。高压旋喷桩28 天的无侧限抗压强度应达到1.2MPa 以上。当旋喷桩钻进困难时，需要用水泥浆充填湿液，以帮助钻头下沉。为了保证旋喷桩的质量，在施工完成并达到设计强度之前，基坑不应进行预降水。在高压旋喷桩与水泥搅拌桩接头处，应先施工水泥搅拌桩，再施工高压旋喷桩，以保证接头不漏水。

5.2 锚杆施工

锚索施工前，必须进行锚索的基本试验，基本实验中的最大试验荷载不应小于预估破坏荷载，锚索承载力设计值需根据锚索基本试验数据进行复核、确定，复核后方可进行该层锚索施工。施工前，应弄清基坑外侧建筑物基础和管线位置，锚索施工应避开基础和管线位置。锚杆成孔应采取隔孔跳打施工顺序，每根锚杆成孔后应及时注浆，严禁多根锚杆成孔后集中注浆。旋喷锚杆为加筋水泥土锚杆，高压旋喷桩成桩，围檩采用双拼20a槽钢；锚杆成孔、注浆、张拉等施工过程中应对周边环境加强观测，如遇异常情况应立即停止施工，并采取应急措施。

5.3 管桩施工

施工前应做好物探工作，查清地下管线及地下障碍物提前进行处理，施工现场达到“三通一平”标准，满足施工机械及运输车辆通行需求。桩基施工不能影响附近建构筑物的正常使用和安全，必要时应采取有效措施，桩的施工顺序应考虑相互影响，采用现场试验确定施工顺序；应根据地质条件、贯入度、设计桩长等综合确定沉桩控制深度，以高程控制为主。当采用静压法沉桩时，桩体应同桩帽一起起吊，定位打桩机，将桩尖插入桩位，垂直度偏差控制在0.5%以内，当垂直度偏差大于0.5%时，应采取纠偏措施。管桩不宜截桩，截桩严禁使用大锤硬砸，沉桩完成后应对桩头高出地表部分进行妥善保护，并应随时将孔洞填平。

5.4 钻孔灌注桩施工

钻孔灌注桩的混凝土设计强度等级在水下为C30，主钢筋保护层厚度50mm，当桩身混凝土在水下浇筑时，可采取提高孔内混凝土强度等级的施工措施，以确保能满足桩身混凝土强度等级的要求；钻孔灌注桩施工垂直偏差应不大于1/200；钢筋笼采用焊接搭接时，单面焊接长度为10d，同一断面接头不得超过50%；施工方应详细了解工程范围内的土层情况，在灌注桩施工中，采取有效的施工措施，确保灌注桩不缩径、不塌孔，满足设计及规范要求；施工过程中应做好排浆工作，减少对环境影响。

5.5 双轴水泥土搅拌桩施工

搅拌桩采用42.5 级普通硅酸盐水泥，如无特别说明，水泥掺量为15%，水泥浆液水灰比为0.55，施工前先做比重测试，经测试确定后，具体施工时，控制标准以比重计测试为准。如水灰比在0.55 时仍难以施工，则需加水泥重量0.2%的木质素磺酸钙。如桩位处曾有地基处理后回填，回填部分及以下1.0m 段水泥掺量加大到20%。施工前必须测量平台高度，控制桩底标高，桩底标高误差应小于5cm，桩底标高应以两个搅拌头的中线为基准，桩位定位误差应小于5cm，桩的垂直偏差小于0.5%。现场进行第一批桩施工时，要严格把关水泥用量、水灰比、比重、泵送时间、搅拌头启动时间、到达地面时间、标高垂直控制方法。

6 基坑支护监测

依据项目施工图设计及规范要求，拟对基坑支护结构、坑外水位、3 倍基坑深度范围内的重要道路、地表等进行监测。具体监测项目如下：桩顶、坡顶水平位移监测；桩顶、坡顶竖向位移监测；桩体深层水平位移监测；支撑竖向及水平位移监测；周边地表垂直位移监测；周边管线监测；坑外水位监测；周边支护及环境巡视。

桩顶、坡顶的水平位移监测，沿基坑外侧围护桩顶部帽梁布置，每隔15 ～20m 左右布设监测点，每边监测点数目不应少于3 个，围护桩周边中部、阳角处应布置监测点。监测点应易于设置，便于观察，不易损坏，并能真实反映基坑支护结构顶部的侧向变形。

桩顶和边坡顶的竖向位移监测与桩顶和边坡顶的水平位移监测布置在同一点。桩深水平位移监测点沿基坑四周布置，与相应的桩顶水平位移监测点在同一截面上。支护竖向位移监测点应布置在基坑中部的立柱上、多个支护相交处及地质条件复杂的地方。支架垂直位移监测点与支架水平位移监测点布置在同一点上。

在基坑周边布设地表及道路沉降监测断面，断面线垂直于基坑边线，每个断面5 个测点，各断面距坑边及各点间相对距离为2m、4m、5m、7m、9m，监测范围约27m，覆盖3 倍基坑深度范围，共布置监测点位60 个。

基坑开挖和降水会引起基坑周围地下管线的变形甚至破坏。地下管道按其材料性质和接头结构可分为刚性管道和柔性管道。煤气管道和水管是刚性压力管道，是监测的重点，但电力电缆和重要的通信电缆也不能忽视。因此，基坑施工时，应对距基坑3 倍基坑深度以内的市政管线（并结合实际情况）进行沉降监测。

7 结语

（1）复杂环境条件下的深基坑工程，应根据变形控制要求和场地周边环境进行设计和施工，综合考虑场地条件、环境因素、经济效益和安全稳定等因素。

（2）在地铁沿线附近的深基坑工程支护设计施工中，采取立柱桩+钢格构柱支撑形式可有效控制基坑变形，有效保证基坑稳定和周边地铁等结构物安全。

（3）在土方开挖及基坑降水施工过程中，应加强工序控制，严格按照设计要求进行布井、监测、封井等工作，确保土方开挖时达到设计降水效果。

（4）深基坑支护施工受多方面因素影响，各部门应相互协调配合，以安全为第一要素，提高施工过程质量监控，加强基坑及周边环境监测，保证基坑安全稳定。