高层基坑支护设计与施工

赵玉连（湖南省鸿腾建设工程有限公司，湖南 永州 425006）

深基坑工程是一项临时性工程，过于考虑安全问题会导致投资过多而造成浪费。过于强调经济效益又可能导致基坑失稳破坏。选择一个科学合理支护方案是深基坑工程成败的关键。

1 基坑支护结构的设计思路

对支护结构方案的选择和优化可按以下步骤进行:

(1)对于深度不大的基坑支护工程，应先考虑悬臂式支护结构，该结构主要利用基坑地面以下土体提供的土压力来维持支护体系平衡，主要结构形式为桩排支护结构和地下连续墙两类，当边坡土质较好，地下水位较低时可利用桩排支护结构。 而地下连续墙因具有良好的抗弯性、防渗性和整体性，且对周围环境影响较小，对地层条件适应性强，墙体长度可任意调节，适用于各种深度基坑的开挖，同时还可采用逆作法施工，因此被广泛采用。 在基坑开挖深度相对较大，且对边坡变形要求较高时，就应考虑对悬臂式支护结构增加内支撑的方法，使之形成混合式支护结构，支撑形式常采用锚杆拉接或内支撑形式。

(2)如悬臂式支挡不妥当，则可考虑其它形式的方案，如钢板桩、土钉、锚杆、拱圈、网状树根桩加固、逆作法等。设计人员应根据工程的具体情况，通过综合分析比较的方法来确定支护结构的种类、平面布置形式及其支护材料。

(3)设计时应充分考虑地下水的影响，它直接关系到设计方案的成败，如基坑土层为渗透系数较高的土层(如粉土、粉砂、圆砾等)时，井点降水法是一种经济有效的方法。采用该法不仅可使基坑处于干燥状态而便于施工，还可显著改善土层的物理力学性质，有效减少支护结构的内力和变形，从而可达到节约和安全的目的。

2 工程概况

某花园高层商住楼工程由4 座30 层塔楼组成，设有3 层地下室(其中负3 层为人防工程)，总建筑面积3.6万m2，建筑总高度93.4m。 基坑底面标高为-13.3m，主体采用框剪结构，部分结构转换梁设在负2 层，基础采用f500 高强预应力管桩。根据地质勘探报告，本工程场地自上而下各土岩层分别为:①人工填土层:厚1.6～9.4m，平均6.17m，属杂填土，稍湿，松散，由粉质粘土混建筑垃圾组成;②第四系坡积层:②-1 为粉质粘土层，厚1.1-5.2m，平均3.24m，稍湿一湿，可塑，粘性较差，含较多砾砂;②-2 为粉质粘土，厚1.0～5.8m，平均4.5m，稍湿，硬塑，粘性较差，含较多砾砂;③第四系残积层:粉质粘土，厚1.2～6.9m，平均4.35m，稍湿，硬塑，粘性差，含较多砾砂，最大粒径为f25，组织结构完全破坏，为含砾砂岩风化残积土，遇水易软化崩解;④白奎系沉积岩:以泥质粉砂岩为主，中、粗砂岩次之，局部为砂砾岩，泥、铁质胶结，厚层状，其中④-1 为全风化岩，厚4.4～16.4rn，平均9.6m，裂隙发育，组织结构基本破坏，岩芯呈坚硬土状，遇水易软化;-2 为强风化岩，厚3.5～19.4m，平均7.85m，裂隙发育，矿物成分显著变化，组织结构大部分破坏，岩芯呈半岩半土状，遇水易软化。

3 工程特点

本工程基坑开挖支护具有以下特点:①开挖深度相差大，为0.7～13.3m:②另一工程与本工程同时动工，基坑也进行开挖支护施工，造成基坑底面标高相差达4.3m;③东面埋藏有军用电缆，给施工带来一定困难;④周边建筑物间距过小，对基坑开挖的影响较敏感，如东南面的游泳池和高层住宅楼相隔仅为8～15m，高层住宅楼基础为CFG 桩基，锚索或锚杆易触及基础。

4 基坑支护方案

建设单位根据施工安全及场地施工运输条件，要求两个工程同时动工，故其基坑支护方案统一考虑和设计。综合考虑基础施工要求、场地地质条件、基坑周边环境状况、基坑开挖深度等因素，从安全、经济、可靠的角度出发，并进行了多方案比较，决定采用f150 钢管桩与锚杆锚网、人工挖孔桩与预应力锚索、锚杆与锚网等支护方式相结合的支护方案，并最终经有关部门审查通过并实施。

5 基坑支护结构施工

5.1 施工要求

(1) 支护结构施工前，应仔细查明场地范围内的地下管线情况，做好坡顶地面截水、边坡体有针对性的排水和基坑内开挖土方时临时降水措施。

(2)做好材料、施工机械的准备工作，需送检的材料和机械仪表应及时送检。

(3) 施工单位必须在施工前编制好详细的施工方案及安全保证措施，并经有关部门审批。

(4)钢管桩施工前放线定位必须准确，控制与基坑平行方向的孔位误差<5mm，并严格控制钢管桩的垂直度和搭接长度，要求垂直度误差<0.01L(桩长)。

(5)基坑开挖应自上而下进行，每层锚杆为一个开挖层，每层开挖深度应在该层锚杆下0.5m 范围，及时支护和严禁超挖，注意开挖时施工机械不得碰及已完成的喷锚面和锚杆头。

(6)喷射混凝土施工应分段分片依次进行，同一分段内由下而上进行喷射，每次厚度≥30mm，注意喷头与受喷面垂直，且控制好水灰比，保持混凝土表面平整、湿润光泽、无干斑及滑移流淌现象，同时保证喷射压力。

5.2 施工工艺流程

钢管桩施工流程为:放线→钢管桩钻孔、清孔→安插钢管、注浆→分层挖土→分层分段锚杆孔施钻→清孔→安插钢筋、注浆→修整锚面土方→安装锚面钢筋→喷射混凝土。

土方开挖应与喷锚支护配合进行施工，要求分层、分段开挖支护，实行循环流水作业方式，其施工流程为:土方开挖→初喷速凝混凝土→机械钻孔→锚杆施工→注浆→钢筋网及焊筋→终喷速凝混凝土及养护(锁定)。

采用分层分段的开挖方式，分层次数与锚杆排数相同，上层锚杆注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及进行下层锚杆施工，一般应在上层喷锚支护完成2 天后才能开挖下一层土方。

5.3 动态设计和信息化施工

在施工过程中及时收集土方开挖所揭露的地层和地下水位、水量等资料，并与原设计依据进行对比，如存在差异应及时通知设计方和有关各方，将新收集到的有关资料整理后，以文字、图表的形式递交给设计方作为参考，在向有关主管人员汇报并征得设计方同意后，施工工艺和参数也应作出相应调整。

(1)土方开挖时注意观察揭露土质情况，如土质较差则应缩小开挖段的长度，并抓紧时间施工，尽量减少坑壁裸露时间并加强观测。

(2) 施工过程中应严格按监测要求进行基坑监测，对获得的数据应及时整理和分析，发现异常则应采取相应的处理措施，并及时通知设计方等。

(3)在基坑开挖施工过程中，应派人员轮值巡视基坑周边的变形情况，如发现细小裂缝则应及时用水泥浆修补，如裂缝较大则应采取紧急处理措施并及时通知设计方等。

(4)施工过程中观察地下水的变化情况，如发现水量较大则应加密布置泄水孔引水;在正常天气情况下，如已布置的泄水孔水流量突增，则应注意观察周边排水沟、地下管线等是否开裂渗漏。

(5)施工过程中应根据进度和工程需要，及时进行施工机械和人员的调配，以确保满足工程要求。

(6)发现异常时，技术负责人应迅速组织技术人员进行研究分析，同时通知设计方，以确定措施后由施工方进行处理。施工人员应全天轮值巡查基坑安全，并根据施工进度及工程需要及时调配施工机械和施工人员，以保证满足施工需要。

(7) 土方开挖施工时必须保证及时提供喷锚工作面，即在基坑边缘按分层分段要求开挖L≥25m,D≥l0m的工作面，使喷锚施工得以连续进行。

6 结语

经过2个多月的施工，本工程在业主、设计、监理及监测等单位的紧密配合下，基坑支护施工顺利完工，对锚杆、锚索及人工挖孔桩的抽测评定全部合格，经有关部门验收通过，完全符合设计要求，达到了预期效果。 完工后经连续监测，基坑顶边和桩顶变形微小，对周边建筑物未造成任何影响，整个基坑支护结构的设计、施工、监测均能严格按现行标准执行，在安全、可靠的前提下取得了良好的经济效益，得到了建设单位及有关部门的好评，同时为下一步的施工创造了良好的基础。

[1]张在明.地下水与建筑基础工程.北京:中国建筑工业出版社，2001.

[2]唐业清.基坑工程事故分析与处理.北京:中国建筑工业出版社，1999.

[3]高大钊主编.深基坑工程[M].北京:机械工业出版社，1999.

[4]赵花丽，傅少君.深基坑工程的现状与发展[J].孝感学院学报，2005.