庆春路商贸大厦地下室基坑支护

邓高萍（广东重工建设监理有限公司）



庆春路商贸大厦地下室基坑支护

邓高萍
（广东重工建设监理有限公司）

【摘要】本工程主要从技术与经济角度出发，综合考虑深基坑支护方案，根据周边建筑物环境及地质情况来合理布置钻孔桩、高压旋喷桩以及多层井点降水，并对基坑位移、地下水位进行严密监测，从而取得较好的支护效果并在位于市中心的基坑施工提出相应的安全控制措施。

【关键词】深基坑；钻孔桩；高压旋喷桩；井点降水

1　工程概况

本工程位于庆春路与皮市巷交叉南侧，占地面积6公顷，总建筑面积27000.0m2，地下室2层，地上14层，总高50.0m，系框架剪力墙结构。

本工程建筑按结构分为A、B、C三区组成。其中A、B二区为第一期工程，C区为第二期工程。图纸轴线编号自西由东编号，基坑平面布置呈不规则形见图1。

图1　

地下室底板厚度1m，承台底标高-9.70m，厚1.80m，底板块石垫层标高-10.0m，电梯井局部最深处标高-10.40m，外墙板厚0.60m。室外地坪±0.00m，部分挖土最深为10.40m，大部分挖土深为9.70m。其开挖条件为：

地下室外墙北距庆春路临街商铺仅5.0m，东面轴线距6层民宅为6m，围护桩离建筑物为4m，两边紧靠临时道路。

场内无电缆、电线和煤气、上下水道穿越。地质情况见表1。

表1　地质情况

2　围护方案的确定

本工程地处市区主要干道边，周边建筑物距离较近，根据业主要求，工期要求也十分严格，故合理地采取围护形式是加快工期保证安全和降低围护造价的关键，根据有关专家和建设单位的建议，拟采用以下三种方案供在制定方案时选择：

⑴内撑外锚围护方案

根据实际地形状态，基坑内采用钢筋混凝土桁架或大直径钢管进行内支撑，并在可能拉锚的区段进行拉锚。

由于采用拉锚受周边环境影响，仅能在庆春路一侧和东南侧，可进行拉锚地段所占比例很少，故无法采用。若采用内撑方案，由于挖土将近10m，液压挖土机有效挖土深度只能在6.0m左右，若考虑成角度挖土，深度仅到5.4m，内撑桁架只能设置在-5.7m处，但由此带来工期较长和必须解决挖土机穿越支撑杆件加固技术及挖土机进入基坑二次路基问题，感到工期及费用压力较大。

⑵采用悬臂式支护方案

采用悬臂桩形，虽然解决了上述难度，但作为挖土深度将近10m，刚度要求较大，插入深度也较大，是否经济也存在一定问题。

⑶根据实际地形状态，分别采用链式、角撑及双排梅花形桩墙，原则为悬臂自立式桩墙。

①靠东侧宿舍一侧采用φ1000mm钻孔桩，由于长度约30m，在转角处加设刚性混凝土支撑，并在桩墙后面进行压密注浆，加固主动区土体；

②在紧靠庆春路一侧采用密型φ1000mm钻孔桩，并每隔2m设φ1000mm钻孔桩进行加固；

③在南侧离居民住宅仅10m，故按φ800mm双排梅花形排桩；

④西侧进行高压旋喷桩止水，形成止水帷幕；

⑤基坑内设二级井点，进行基坑内地下水位下降，确保施工质量和创造施工便利。在南侧围护桩外设井点对基坑外水位降水，减少桩墙压力。

最终经有关专家、业主及有关单位四次论证，确定方案三为最终方案。详见地下围护方案图（图2）。

3　围护桩墙的荷载、参数及内力计算

3.1荷载

⑴地面荷载：在实际施工中，围护外的建筑材料堆放及卸土后3.0m高度的地面仍需搭施工脚手架，为安全考虑，取地面荷载q=20kN/m2。

⑵水压力：围护桩外的井点由于挖土深度较深，井点排水后仍有一部分水压力对围护桩产生影响。

3.2设计参数

由地质资料及挖土深度可得以下参数：

3.3计算简图和计算公式选用

⑴采用古典库仑──朗肯土力学计算公式。

⑵采用德国H.BIUM弹性嵌固悬臂桩计算公式。

3.4计算简图（图3）

图中：

q——地面荷载；

Ei——土压力水压力；

Ep——被动土压力；

H——挖土深度；

μ——反弯点深度。

3.5计算结果

⑴悬臂桩入土深度为11.0m。

⑶配筋采用GBJ10-89第4.1.19条规定计算。

3.6桩顶位移计算

图2　商贸大厦一期地下室围护平面图

图3　

该围护桩属弹性嵌固悬臂梁，在土压力下，桩身绕桩脚下入土一定距离的反弯点（零点）转动，零点处桩身无位移，现近似按桩零点处刚性嵌固计算，地下水位按暴雨时，排泄迟缓，水位达地表考虑。

桩顶位移公式采用：

式中：

f——桩顶水平位移量；

q1——水压力；

q2——土压力；

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Lv——桩有效弯位长度；

Bd——桩墙抗弯刚度。

4　降水与排水措施和土方开挖

基坑外布置五套微轻型井点，每套50m，采用6m长井点管，井点管的滤水管上口设在-7.0m处。

基坑内布置五套1级轻型井点，采用6m长井点管，井点管的滤水管上口设在-1.2m处。

坑内布置4～6只集水井，用钢筋做成笼状，落深于底标高1.5m，用水泵抽出地面水。

地下室土方量为35000m3，采用反铲式挖掘机挖土为主，人工修整为辅，挖土采用分三层开挖，第一层土挖至-3.0m，进行围护压顶梁及钢角架施工，并设置围护桩外的井点管，井点工作5d后，进行第二层土方挖至-7.0m，设置坑内井点管，在井点降水3夜昼后，再进行第三层挖土至设计标高。

5　施工过程中的技术处理

在地下室土方开挖的实际过程中，由于地质情况的复杂，在施工中遇到了一些问题并进行了技术处理。在土方进行第二层开挖，挖至-6.0m左右时，基坑侧壁出现流砂现象，使挖土无法进行，主要原因是梅花桩之间的高压旋喷桩成型较差，出现缩颈、偏位，空隙，止水效果减弱，因此，经研究采取了以下措施：

⑴增加基坑内的井点管，原单排井点管改为双排，增加降水量加深井点管深度与降低真空泵高度，用以增大水力坡度和充分发挥真空泵的真空度。

⑵桩与桩的空隙，凿开围护桩的钢筋，并采用φ10钢筋进行焊接，立模后用快速混凝土浇捣形成板墙。

⑶对东面五层住宅，在围护桩外靠近住宅基础用高压水泥进行二次注浆，防止降水过量造成住宅出现不均匀沉降。

⑷对梅花桩间下陷的土层采用草包土回填至地面。

6　桩体位移对四周建筑物的影响及围护效果

为了确保基坑施工安全及周围建筑物及道路安全，对围护桩位移、地下水位观测及建筑物进行监测。

围护结构的水平位移测斜管共布置8根，水位管4根，基坑南北边较长，各布置有3根测斜管，其东西周边各布置一根测斜管，后在开挖过程中，东面出现严重的流砂现象，导致测斜管挠度过大，测头不能顺利下行，在原有测斜管附近另打了一根测斜管，测斜管有效深度为24m左右。

基坑外围水位由埋设于压顶梁内4根水位管进行测试，有效深度10m，其中东西面也因流砂原因而另设过一根水位管。3-2号为另设，8号施工时被破坏。

基坑测点布置图见图4。水位测试结果见表2。

图4　

表2　水位测试结果

由上述图表分析可知：

⑴本基坑开挖深度深，面积大，施工期间又经常下雨，但各测点处最大位移均未超过6.0cm，围护设计是成功的。

⑵所有土体位移方向都朝向坑内，在开挖阶段随着时间的推移，位移也逐渐增加，开挖完结后，随着垫层和底板的浇筑，基坑的变形基本稳定，土体甚至有回弹。

⑶1号、2号、3号、4号、5号、6号测斜管处位移基本上是桩顶最大，呈现出一种悬臂结构受力状态，3-2号、7号测斜管由于埋设于加角撑短边中，其位移曲线并不表现顶部最大，而是类同于简支梁受力状态。

⑷本基坑土层粉砂土较多，开挖过程中易出现流砂现象，虽然采取了旋喷桩止水以及多层井点降水的方案，但未能有效地防止流砂的发生，以3-1号，4号和5号测斜管和位移曲线得到充分反映。

对东面5层住宅及对庆春路5层住宅的沉降观测结果最大为3cm。墙体无裂缝，住宅围墙及室外地坪裂缝为1.5cm，庆春路人行道有细小裂缝。

7　体会

本工程采用的悬臂自立式围护，根据所处不同的环境分别采用角撑、梅花桩墙、单排链状桩墙的支护方法，在经受了不良地质条件、危险环境和气候的考验后，基本达到了预期的效果和目的。

采用了密集式的井点排水方案，降低了地下水，稳固了被动土层，对桩墙位移的控制起到了较大的作用。

本工程是目前杭州悬臂式围护挖土深度较深的项目之一（挖土平均深度为10.0m）。但本方案采用梅花形桩布置旋喷桩，止水效果不理想，流砂现象严重，在压顶梁下部分地方出现较大的空洞，这是今后处理此类地基需引起重视的一个问题。

本工程的施工成功地为在粉砂土层中的深基围护取得了较为实际的施工经验和教训。●