论基础工程中基坑支护的方案及监测分析

贺松

（中国有色工业昆明勘察设计研究院，云南 昆明 650000）

在工程中地下室、地下商场、地下车库、地铁车站等建筑施工，其中都会面临着深基坑工程。深基础工程其造价一般为整幢建筑总造价的20%－30%，深基坑支护结构的费用也约占工程总造价的10%左右。而城市中深基坑工程常处于密集的建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程附近，虽属临时性工程，但其技术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构，而且基坑支护关系到临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施和地下结构施工的安全。

经过工程实践的筛选，形成了适合于不同地质条件和基坑深度的经济合理的支护结构体系，水泥土搅拌桩和土钉墙是我国目前的5m以内及10m以内首选的支护形式，土层条件好时，15m左右基坑亦经常使用。水泥土搅拌桩的布置型式有：实体式、空腹式、格构式、拱型或拱型加钻孔灌注桩，既可以浆喷也可以粉喷。土钉墙可以单独使用，也可以与其他支护型式联合使用。对于5－10m深软土基坑，常采用钻(冲、挖)孔桩、沉管灌注桩或钢筋砼预制桩等，并可作各种布置，如需防渗止水时，则辅之以水泥土搅拌桩、化学灌浆或高压注浆形成止水帷幕，有时亦用钢板桩或H型钢桩。

当基坑深度大于10m时，可考虑采用地下连续墙，或采用SMW工法连续墙，并根据需要设置支撑或锚杆，如遇特殊结构物(如地铁盾构的工作井、排水泵站、取水构筑物等)则采用沉井或沉箱。基坑开挖与支护设计应包括下列内容：(1)支护体系的方案技术经济比较和选型；(2)支护结构的强度、稳定和变形计算；(3)基坑内外土体的稳定性验算；(4)基坑降水或止水帷幕设计以及围护墙的抗渗设计；(5)基坑开挖与地下水变化引起的基坑内外土体的变形及其对基础桩、临近建筑物和周边环境的影响；(6)基坑开挖施工方法的可行性及基坑施工过程中的监测要求。

1 建筑工程的地质情况

本文主要针对某工程2个项目 (A区和B区)对软土地区的基坑支护方案进行分析讨论，并对监测的方法进行简单介绍，该工程项目附近的地质情况(表1)如下：

表1 项目附近地质情况

2 地基基坑支护方案的分析比较

2.1 A区一层地下室深约5.0m的基坑

2.1.1 放坡开挖的方案

当项目周边条件许可时，其中放坡开挖的方案绝对是最经济可行的方案，毕竟开挖深度内的地基土为素填土和淤泥，因此采用边开挖边放坡的施工方法，绝对是最经济的可选方案。

2.1.1.1 放坡比例取1:1.5，基坑深5.0m，水平放坡长7.5m。

2.1.1.2 坡面处理采用钢筋网喷射混凝土保护，采用φ6@200双向钢筋网，C20细石混凝土50mm厚。

2.1.1.3 排水措施：坡顶坡底设排水沟，并做好坡顶地面的排水措施，坡面设间距3m的泄水孔梅花型布置，并保证积水及时排出基坑。

2.1.1.4 由于开挖后的基坑底面基本上均为淤泥，为防止基底隆起变形和施工机械的正常操作，在基底铺设0.3－0.5m厚的砂石垫层。

2.1.1.5 局部由于淤泥影响无法放坡时，采用松木桩、钢板桩等临时措施以满足放坡要求。

2.1.2 悬臂墙的方案

假设项目在进行施工时，其周围道路已经在施工，因此无法进行放坡施工，那么可采用水泥土墙或予应力管桩也算是比较经济合理的支护方案，其中的水泥土墙使用水泥搅拌桩或高压喷射注入土体内水泥，使土体与水泥形成抗压抗剪承载力较高的块体，其受力状态为重力式挡墙，这种形式在软土地基中基坑深度小于6m的基坑支护中较为常用，而且可以兼作挡土和止水双重作用。而管桩悬臂方案是排桩的受力形式，利用管桩承载力高的特点，由悬臂管桩承受全部的侧向力，并结合其他方法达到挡土止水等目的。

2.1.2.1 水泥土墙的方案

针对目前场地地质的情况，采用水泥搅拌桩作为支护体系用以加固基坑底面以上土体，形成重力式水泥土挡墙，经过初步计算，其水泥土墙宽度2.5－3.0m，置换率0.9，挡墙嵌固深度8.0m，桩的有效搭接宽度150mm。那么按搅拌桩30元/m的计算，水泥土墙每米的成本为5000元。

2.1.2.2 预应力管桩的方案

利用预应力管桩承载力高的特点，沿基坑边施打预应力管桩，再辅以搅拌桩挡土止水，共同形成基坑支护体系，主要受力构件为预应力管桩，承受全部的侧向土压力。根据地质情况初步计算，φ500管桩间距1.0m，打入强风化岩层。桩顶做冠梁将各桩水平相连，后面补打一排水泥搅拌桩，管桩长按20m考虑，搅拌桩长9m，初步估算支护造价4200元/m。

2.2 B区三层地下室深约15.0m的基坑

2.2.1 周边的环境分析

如果根据规划的图纸，那么该地块的四周均为道路，预计在该工程施工时周围的道路已经施工完毕，而且为了留下足够的施工场地，该工程的基坑不可能采用完全放坡的形式，因此该工程的基坑支护将是一项很大的投资项目，所以必须在详细勘查的基础上经过多方案比较来减少在基坑支护中的投资。

2.2.2 其方案分析

在流塑性淤泥质土中设计支护结构时，首先要考虑支护结构自身的刚度以控制基坑变形。由于本场区周边空地有限，故不可能采用完全放坡形式；且由于淤泥层蠕变大，故在淤泥深度范围内不宜采用土钉墙支护形式；而基坑深度达到15.0m，也不宜采用搅拌桩重力挡土墙结构。所以本场区的基坑支护形式必须经过认真计算、多方案比较，充分考虑淤泥的不利影响和地下水渗流的影响。

2.2.2.1 土钉墙支护方案

由于该场地淤泥层和填土层只分布在深度9.0m以上，有些深度只有6.0m，下部均为土质较好的粉土砂土、砾砂，土的力学性质随深度变好，含水量、孔隙比、压缩系数减小，可以作为土钉锚杆的锚固介质，如果场地条件允许，上部采用完全放坡的形式，下部分段采用土钉墙进行支护，是种较为经济的支护方式。该支护方式应穿过砾砂层，起到止水的作用，否则，砾砂层为高透水层，受海水影致基坑排水降水困难。如果不能满足要求，则应沿四周作搅拌桩止水帷幕。

2.2.2.2 悬臂桩加内支撑方案

采用钻孔桩作为支护结构，钻孔桩进入全风化层，桩径φ为900mm,桩间距为1.2m，深度约为18m，钻孔桩上部空2m放坡和作锁口梁。桩的有效长度为16m；钻孔桩用C30砼，保护层厚50mm，配14根φ为22mm的螺纹钢筋。钻孔桩间做搅拌桩用作档土和止水，阻止钻孔桩间土流动。内支撑设两道，选用桁架式钢管结构,详细布置须经过计算确定。

2.2.2.3 悬臂桩锚杆支护方案

主要的支护受力构件仍采用钻孔桩，上部淤泥层范围内根据场地情况尽可能采用完全放坡形式，在下部土质较好的深度范围内设2或3道锚杆支撑体系；无法放坡的淤泥深度范围按悬臂桩进行设计计算，在锚杆与桩连接处设钢筋混凝土腰梁作为锚杆与桩的传力构件，并在钻孔桩间作φ350的搅拌桩作为止水帷幕。

2.2.2.4 地下连续墙方案

地下连续墙方案的造价很高，如果根据建筑方案的地下室布置，能够将用作基坑支护的地下连续墙兼作建筑的地下室外墙，则可以根据地下室的结构布置来进行支护结构设计，这样可以降低支护结构地下连续墙的综合造价。该方案须根据建筑方案设计并在经济比较合理的情况下才建议使用。

3 监测

3.1 对周边环境的监护

充分了解包括基坑周围相当于基坑开挖深度的2－3倍范围内地上的建筑物、高耸塔杆、输电线缆、古建文物、道路桥梁，以及地下管线、人防、隧道、地铁等设施和障碍物。如发现既有建筑物等已有裂损倾斜等情况，应收集其详细资料，并在必要处做出标记或摄像、绘图等。然后对调查对象承受地基变形的性能做出分析鉴定，确定应采取的监护方法。以及对基坑的影响并在基坑支护设计中加以充分考虑。

3.2 开挖过程监测

对开挖过程实施跟踪监测，并将信息及时反馈，充分掌握支护结构和基坑内外土体移动，随时调整施工参数，优化设计，以确保施工安全顺利进行。施工监测的作用还在于检验设计的正确性，并有利于积累资料，为今后改进设计理论和施工技术提供依据。

3.3 基础施工过程中的监测

基坑支护施工完成基坑开挖后是支护结构受力最不利的阶段，基坑支护监测应延续到地下结构施工完并回填一定深度的土。在该阶段应密切注意监测数据的反馈信息并对支护结构的安全性有充分的了解，如有异常应及时采取措施，防止意外事故的发生，该阶段的监测内容方法与开挖过程的相同。

[1]曹长鹏.基础工程中钢板桩的施工工艺[J].山西建筑，2009-07-01.