复杂周边环境条件下高层建筑深基坑支护技术应用

魏东 上海铁路局合肥铁路枢纽工程建设指挥部

复杂周边环境条件下高层建筑深基坑支护技术应用

魏东 上海铁路局合肥铁路枢纽工程建设指挥部

如何在邻近铁路线及建筑物的包围下，在狭小的空间里开挖深基坑，对铁路行车和周边建筑物安全不造成影响，支护方案的选择很重要。通过对合肥站行包综合楼工程实例的介绍，分析支护方案的选择，阐述基坑围护施工要点，可为类似工程提供参考和借鉴。

深基坑支护；复杂环境；悬臂桩

1 工程概况

合肥站行包综合楼工程位于合肥站东南侧，用地面积2123.8m2，工程主体为12层的综合楼，框架结构，采用筏板基础，设一层地下室，基坑平面尺寸为64×44（m），基坑开挖深度为5.05m至7.3m。基坑侧壁安全等级为二级，局部为一级。基坑距离合肥站Ⅰ道11.7m，距离合肥给水公司4层办公楼1.9m，地下管线比较复杂，工程场地狭小。

2 土质条件

基坑开挖深度影响范围内的土层自上而下依次为第1层杂填土，第2层粘土，第3层粘土。地下水类型主要为粘土裂隙潜水，且埋深、流向等均无固定规律，属上层滞水，水量较小，水位埋深3～5（m）。该场地地下水对砼无侵蚀性，对钢筋无腐蚀性。土层物理力学指标见表1。

3 施工难点

基坑支护方案设计和施工主要考虑以下几个方面：

（1）确保基坑邻近建筑物及地下设施的使用安全。调查周边建筑物的基础形式及埋深，周边地下设施的位置、大小及埋深。

（2）工程位于市区，施工用地狭小，大型机械设备作业困难；邻近铁路，基坑围护施工作业存在安全风险。

（3）地下管线缆复杂。铁路沿线存在许多通信、信号、电力、给排水等管线缆，隐蔽设施无法提供准确位置必须采用“人工开挖探沟”的方法，探明管线数量及线路走向，制定合理的迁改方案。保证邻近的地下缆线管沟的不受基坑开挖的影响。

综上所述，周边环境条件复杂，应严格控制基坑变形，而施工场地狭小、土质差，距离建筑物、铁路又较近，如何控制好周围建筑物的变形和沉降，同时要保证既有线的运行，成为本工程的难点。

表1 基坑工程土层物理力学指标

4 围护方案的选择和确定

4.1 基坑支护结构的基本型式

（1）桩墙结构。

桩墙结构是指在基坑开挖前，沿着基坑边缘施工成排的桩，或者地下连续墙，并使其底端嵌入到基坑底面以下的结构。在基坑的分层向下开挖的过程中，就需要在桩墙的表面设置好支点，在选择支点型式时，可以根据工程的需要而确定，一般可以采用内支撑，也可以采用锚杆。

（2）土钉墙结构。

最常用的土钉墙结构，主要是在分层分段挖土的情况下，分层分段施做土钉和配有钢筋网的喷射混凝土面层。在这过程中必须要保证每一施工阶段基坑的稳定性，同时需要保证挖土与土钉施工是交叉作业。一般而言，要把土钉的水平与竖向间距，控制在l～2（m）之间。其基本的受力特点是通过斜向土钉对基坑边坡土体的加固，来进一步增加边坡的抗滑力矩和抗滑力，以便能够完全满足基坑边坡稳定的要求。

（3）重力式结构。

重力式结构可以满足该结构的抗滑移和抗倾覆要求，因为其可以在基坑侧壁形成一个具有相当厚度和重量的刚性实体结构，这样就可以通过其重量来抵抗基坑侧壁土压力。这种结构通常会采用水泥土搅拌桩，但是有时也会选择采用旋喷桩，让桩体相互搭接形成块状，或者格栅状等连续实体的重力结构。

（4）拱墙结构。

拱墙结构主要是通过把基坑开挖成弧形平面，如圆形、椭圆形等，同时沿基坑侧壁分层逆作钢筋混凝土拱墙，充分发挥拱的作用把垂直于墙体的土压力转换成拱墙内的切向力，这样就可以充分利用墙体混凝土的受压强度。因为墙体内力主要是压应力，所以可以把墙体厚度做薄些，因为在很多时候，不用锚杆或内支撑就完全可以满足承载力和稳定的要求。一般这种结构都会采用分层分段施工的现浇钢筋混凝土拱墙结构。

（5）放坡。

放坡是把基坑开挖成一定坡度的人工边坡，如果基坑较深，就可以考虑分级放坡，同时保证边坡自身能够稳定，但最主要验算的还是边坡的圆弧滑动稳定性。一般坡体需要选择某种形式的护面进行保护。如果坡体存有地下水，那就必须要在坡面设泄水孔，以便能够减少水压力对边坡的不利影响。在完成放坡后，其基坑开挖范围会加大，那就是说只有在周边场地许可的情况下才能采用。

4.2 应掌握的基本技术资料

在确定方案之前，需要对设计和施工需要掌握的技术资料进行分析研究，通过资料分析保证技术选择的正确性。在深基坑支护施工中需要掌握的基本技术资料有：工程地质和水文地质情况；基坑周边环境情况；拟建的建筑相关要求；施工条件；相关技术规范、规程和当地管理部门的有关规定；类似工程的调研等。

以下主要对工程地质和水文地质条件、基坑周边环境情况、拟建工程建筑、结构和基础的相关要求这三个方面进行探讨。

（1）工程地质和水文地质条件。

地质勘察单位在现场勘察、室内试验和编制勘察报告工作中，不仅需要满足主体结构的勘察，还需要对具体的基坑支护工程的特殊要求进行勘察。应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确定勘察范围，排除环境限制无法实施的因素，需要在开挖边界外，按照开挖深度的l～2倍范围布置勘探点，如果是软土层，那就需要扩大勘察范围。如果遇到开挖边界外无法布置勘探点，那就需要通过调查取得相应的地质资料。

如果遇到地下水，那就必须要查明各含水层的水位分布、性质和各含水层的补给排泻条件和水力联系。分析施工过程中水位变化对支护结构和基坑周边环境的影响，要以试验得到各含水层的渗透系数和影响半径。

（2）基坑周边环境情况。

基坑开挖极有可能会引起地面沉降和水平位移，此时将会对道路和地下管线，特别是对周建筑物造成极大的影响，而且地下管线、周边建筑物地下室和基础等，也会对支护结构施工带来很大的影响，比如说在锚杆或土钉成孔时，可能会遇到周边建筑物地下室、基础或地下管线，此时就不能继续成孔。

周边环境调查的内容主要是包括以下几个方面：①支护结构影响范围内建筑物的距离、层数、结构类型、基础型式和埋深、建筑物荷载和结构使用状况；②基坑周边所有的地下设施，包括供水管线、电力电讯管线、燃气管线、污水雨水管线和热力管线等的位置尺寸和使用性状；③场地周边范围内的地表水汇流和排泻情况，原有地下水管渗漏情况等；④基坑周边道路的距离和车辆载重情况。

（3）拟建工程建筑、结构和基础的相关要求。

在进行支护结构的设计时，有必要考虑建筑物地下室的情况和相关要求。尽量避免完成支护结构施工后，才发现与主体结构之间的矛盾，造成事后处理的被动的局面出现。设计前应该考虑的因素主要包括这几个方面：①基坑边缘尺寸应保证建筑物地下室外墙、底板和承台边缘的尺寸及外墙模板安装空间的要求；②应该考虑外墙防水作法来处理基坑边缘与地下室外墙距离；③支撑、锚杆和腰梁的标高应考虑与地下室各层楼板的关系、是否利用楼板结构作为支撑、是否拆除锚杆和腰梁、拆除时间与楼层施工的关系等问题；④支护结构的设计受力条件是否受靠近基坑边的基础或桩基的施工影响；⑤地下室内外管线接口位置的标高是否与支护结构有矛盾；地下室车道出入口的支护措施。

4.3 围护方案的选择和确定

根据各种支护结构受力特点、适用条件、周边环境情况以及开挖深度，本工程设计方案选择采用上部放坡土钉墙，下部悬臂桩，桩顶设冠梁。由于受场地大小限制，放坡土钉墙放坡最大深度为2m，坡度1∶1。悬臂桩采用钻孔灌注桩，施工周期短。因锚杆较长，会对周边地下缆线造成破坏，影响行车及周边建筑物的安全，故不能采用。

桩间止水采用旋喷桩或者土钉墙，对这两种方案比较如下：

（1）旋喷桩。适用于地层中含软弱夹层，有利于基坑稳定。本工程基坑深度范围内主要为粘土，不宜采用，且工艺复杂、造价高。

（2）土钉墙。粘土透水性较差，降低深度后土钉墙满足止水要求。

5 基坑围护施工要点

5.1 悬臂灌注桩

遇到杂填土且地下水较丰富时，应采用埋设钢护筒，以防止土体坍塌掉入孔中；长螺旋钻机机长应严格控制钻进速度，随时调整钻机水平度，使之垂直度偏差不大于0.5%；必须要确保钻机的稳定，防止钻机侵入铁路一侧；采用跳桩施工，防止穿孔；钻机取出的弃土采用小型挖掘机及时挖除；为了确保冠梁的整体受力均衡，冠梁混凝土浇筑应连续进行。

5.2 土钉墙

在灌注桩桩身和冠梁混凝土强度均达到设计强度的75%后方可进行土方开挖。根据本工程支护的特点及边坡稳定性要求，基坑支护土方开挖按照分段分层进行开挖，每层开挖深度不超过1.5m，每段开挖的长度为10～20（m），开挖后作业面暴露时间不超过24h，上层喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可进行下层土方的开挖。在每层开挖支护时，应按照施工顺序：土方开挖、修坡、编制钢筋网、焊连接筋、喷射面层砼的工序进行快速施工。坡顶施工荷载不能超过设计值20kPa。

6 基坑、线路变形监测

（1）为确保基坑、周边建筑物及地下缆线的安全，在基坑开挖前，基坑监测单位必需按设计要求在冠梁、周边建筑、基坑外侧土体设置控制点，并及时进行变形观测，对这些数据进行分析，对可能的变化趋势作出判断并提出警示，如局部位置出现变形过大，应立即停止该段土方开挖，并及时回填部分土方，再由设计单位及时调整方案，做到动态设计，重点部位如高70m的通信铁塔等处要加强观测频率。

（2）按照《上海铁路局营业线施工安全管理实施细则》（上铁运发〔2012〕586号文），本项目属于邻近营业线施工范围，要对线路、路基进行位移观测。

7 结束语

为了保证建筑的安全和施工的安全，在建筑施工中需要采用合理的深基坑支护技术，需要综合实际情况，因地制宜选定有效的施工方案。对于合肥站行包综合楼工程，周边有大量变形较为敏感的浅基础，采用土钉墙和悬臂桩复合支护结构有效地控制了基坑位移，保证了铁路行车和周边建筑物的安全，且是最经济、最符合现场施工条件的方案。

责任编辑：万宝安 朱继东
来稿日期：2013-11-28