地下室基坑支护设计与施工探讨

2011-09-10

中国建设信息化 2011年15期

我国《建筑基坑支护技术规程》对基坑支护做出了明确的定义，并将基坑侧壁分为了三个安全等级。基坑支护常见的有排桩支护、地下连续墙支护、水泥土挡墙、钢板桩、土钉墙、逆做拱墙、放坡、基坑内支撑等型式。

一、地下室基坑支护的设计与施工概述

（一）地下室基坑支护的设计

地下室基坑支护需要满足结构稳定的要求，即能够满足承载能力和正常使用两种极限状态的需要。承载能力极限状态是指地下室支护结构遭到破坏，出现倾倒、失稳、滑动等情况；正常使用极限状态是指支护结构变形而影响正常使用，却没有导致结构失稳的情况。因此，地下室基坑支护设计要有足够的安全性能，在承载能力极限状态下不至于支护失稳，而且不影响附近设施的安全使用。在设计时要计算支护结构的变形、稳定问题，根据附近环境情况控制变形的幅度。

（二）地下室基坑支护的施工

地下室基坑支护需要根据具体的水文地质条件，选择合适的支护结构。在地下水控制方面，在基坑开挖阶段需要根据实际情况单独或者组合采用集水明排、截水等方法；

在制定施工方案方面，施工前要认真做好地质勘查工作，了解施工区域附近的地下管线情况，根据考察结果和工程要求制定可行的施工方案，具体内容包括支护结构设计、开挖顺序、开挖深度、机械类型、坑边载荷、排水措施、地下管线保护措施等等，要对基础施工做好支护措施，要有设计计算书和标注明确的施工图纸，施工方案必须由相关负责人审批确认后才可实施；

临边防护方面，在基坑施工时需要做好临边防护，根据具体深度采取相应的防护措施，临边防护栏杆与基坑边口不能小于0.5m的距离；

坑壁支护方面，开挖坑槽时的边坡要满足安全要求，坑壁支护以及地下管线的加固措施要满足基坑支护结构施工方案的要求，如果支护设施存在局部变形等问题，设计人员要及时制定相应的调整加固措施；

排水措施方面，基坑施工时需要根据施工方案做好排、降水等措施，采用坑外降水时要采取措施避免影响到附近的设施；

坑边荷载方面，基坑边推土与材料、器具堆放位置与基坑边距离和堆放数量要符合施工方案等相关规定的要求，当机械设备施工没能与基坑边拉开规定距离时，要在机械施工一定范围内采取有效的地面和基坑壁支护加固措施；

上下通道方面，基坑施工时要设置作业人员上下的专用通道，通道必须有牢固可靠的结构，通道设置的位置和数量也要满足具体施工需要，并符合安全防护的相关规定；

土方开挖方面，施工机械需要经过责任部门检查验收后才能够进场作业，要认真做好验收记录，另外还需要按照相关规定对操作人员进行培训和考核，操作人员必须熟悉机械作业的安全技术操作规程，持证上岗，在机械作业时要按照施工方案和操作规程挖土，不能破坏基底土层的原有结构，施工作业的位置要安全，在机械作业范围内不允许人员进入；

基坑支护变形监测方面，要根据施工方案做好基坑支护结构的变形监测工作，认真填写监测记录，对附近道路、建筑、管线等设施做好沉降观测，并做好相应记录；

作业环境方面，基坑内要有供作业人员立足的位置，立足处要保证安全和稳定，在进行垂直作业和交叉作业时要做好安全隔离防护措施，夜间施工等光线较暗的施工环境要设置充足的照明设施，而不能仅仅设置局部照明，以保证施工的安全、高效。

二、地下室基坑支护设计与施工的实例

1.工程概况

天湖住宅小区工程总建筑面积495000m2，高度为95.7m，设一层地下室，地下室由南区、北区地下室车库与人防工程构成，工程桩采用静压PHC高强预应力桩，地坪标高-0.9m，基坑开挖深度分别是4.78m和5.08m，开挖周长为1756m左右，开挖面积为98500m2。

2.施工环境情况

根据对基坑附近环境的勘察，本工程土质状况依次为素填土，厚约0.5～7.2米，局部缺失；杂填土，厚1.0～4.2米，局部分布；淤泥质土，厚0.6～10.95米，局部缺失；且淤泥层埋深从2米多到4米不等；粉（砂）质粘土，厚0.9～10.9米，局部缺失。本基坑开挖范围内的地下水主要是素（杂）填土中的上层滞水，受大气降水和地表排水等影响。勘察期间的混合稳定地下水标高为0.3～3.6米。

基坑四周临市政道路，其中南侧的左下角临原有的建筑地下室18米，西侧紧临兴港路，人行道下埋设了大量的地下管线，基坑开挖需要严格控制变形；基坑北侧距离道路15m；基坑东侧距离道路11m左右。

3.基坑支护方案

根据工程基坑的开挖深度和施工环境条件，考虑经济性、安全性、稳定性等原则，可以选择的基坑支护方案有3个：第一个是大放坡开挖，该方案经济性强，适合场地开阔并且地基条件好的工程，由于本工程受地质条件、周边环境限制较大，故排除此方案；第二个是土钉墙支护结构，该方案满足经济性、安全性、可靠性和施工便捷等要求，是一种多用于粉砂地基的自立式支护结构，比较适合基坑不是很深、对变形要求不严格的工程，本地区已有成功的案例；第三个是单排灌注桩加内支撑支护，该方案能够很好的控制侧壁位移，在技术可行的情况下能够提供土方开挖和运输的平面开口，该方案已有许多成熟的经验，但在本工程中开挖面较大，导致支护费用比较高。根据实际情况，本工程选择了PHCφ500-125-AB型管桩与土钉支护结合的支护方案。

4.基坑支护设计

周边大部分采用PHCφ500-125-AB型管桩与土钉支护。桩间距800mm，采用单节桩，桩长8～13米。管桩内灌芯，桩顶设置砼强度C25、断面600*900的冠梁；

南北区之间的场地，由于需要作为施工临时堆场，所以南区的北侧、北区的南侧，支护采用灌注桩加一道锚索。

在支护施工之前，应对周边场地进行整平至绝对标高4.20m以下；并应先摸清周边的管线分布情况，特别是西侧兴港路，支护锚管施工时，应注意避开周边的管线，可采用人工预成孔（如洛阳铲）的方法来判别管线的位置，必要时可通过局部调整支护锚管的间距或倾角来实现。

坡顶允许堆载除南北区之间预留空地自坡顶边线起初5米范围内为10KN/m2，5米以外为30 KN/m2外，其他剖面均为10KN/m2。

由于本地下室面积较大，应根据后浇带位置采取分块开挖、分块封底大方法施工。

基坑内局部承台厚度较大，开挖时应根据现场情况，采用木桩/砂袋等措施进行临时支护。

土方必须分层开挖，严格做到开挖一层支护一层，上层未支护完，不得开挖下一层。同时不得在大雨天开挖施工。每层开挖深度不超过1.5m，每段开挖长度不大于15m，且应间隔开挖。开挖后应及时对壁面进行修整。

要求在距基坑较远的地方设置一个临时土方堆场并开辟专用通道，挖出的土方应及时当班运走，当班不能运走时应停止开挖，严禁将土方堆于基坑四周造成支护结构负荷的额外增加。

本工程基坑开挖应进行基坑监测：主要监测土体变位，包括测斜、坡顶水平位移和沉降观测；周边工程桩倾斜；基坑周边建筑物及市政道路、管线沉降监测；地下水位。开挖前应先对基数进行测量，次数不少于两次。预警指标：基坑支护结构的水平变形限值为50毫米；应定人定时进行监测，及时通报基坑安全状况，当出现下列情况之一时，应及时通知有关单位，及时进行处理：（1）基坑支护结构的最大水平位移大于基坑开挖深度的1/200，或水平位移速率已连续三天大于3mm/天；（2）基坑底部或周围土体出现可能导致剪切破坏的迹象或其他可能影响安全的征兆，如涌土、隆起、陷落等；（3）邻近建筑物的不均匀沉降已大于规范规定的允许值，或倾斜速率已连续三日大于0.0001H/d，其中H为建筑物承重结构高度；（4）邻近建筑物的砌体部分出现宽度大于3mm的变形裂缝，或其附近地面出现宽度大于15mm的裂缝，且上述裂缝尚可能发展。

基坑降、排水采用了2级轻型井点为主、局部增设简易深井等为辅的降水措施和基坑四周设置地面排水沟、基坑内采用集水井等方式的排水措施；完成土钉墙和排桩墙的相关计算，采用的安全系数完全满足规范要求。

5.基坑工程施工

基坑开挖前规范冲设井点管，当基坑水位低于土层标高0.5m后进行土方开挖；使用反铲挖掘机分层、分片开挖，在开挖过程中每挖掘一定数量土方则进行素混凝土护坡或者土钉墙施工，施工完毕后再开挖邻段土方，按支护要求土方开挖要与土钉墙施工交叉作业、密切配合，避免产生坍塌等事故。在施工时，要在起支撑作用的混凝土强度达到设计强度的80%以后再开挖土方到设计基底标高，并在底板等混凝土强度达到设计强度的80%以后再拆除支撑的混凝土，底板、围扩桩等处的空隙也要用素混凝土浇筑捣实。为保证施工全过程动态监测的成效，根据设计及施工实际情况建立了整套的监测系统：设置了24个测斜孔，进行深层土体位移监测；设置了8个地下水测孔，监测基坑外地下水位；设置了16个测点，进行内支撑受力监测；安排专人定时做围护结构、附近环境的监测。另外，为了及时、有效的处理邻近建筑发生沉降、围护结构变形过大等可能发生的意外事故，安排了专人对施工进行监护。