深基坑施工应用时空效应理论的体会

郑永华

（福州闽龙铁路工程有限公司）

1 工程概况

1.1 基坑围护结构基本概况

基坑围护结构由钻孔灌筑桩+水泥高压旋喷桩（双层）+内支撑的围护形式组成。平面尺寸：长×宽=62.0m×17.5m，基坑最大开挖深度：14.20m。基坑内横向支撑自上而下共设四道，第1道是混凝土支撑梁（与冠梁联接），其平面布置简图如图1所示。

图1

第2～4道为钢管支撑梁，其平面布置简图如图2所示。

图2

根据设计图，同一平面上的各道钢支撑的横向间距为：

1.2 工程地质条件

拟建场地土层自上而下依次简述如下（相对标高为10.00～4.20）：

①1杂填土，揭示层厚为9.778～5.37m；

①2粘性素填土，揭示层厚为8.57～5.37m；

②淤泥质粘土、局部表现为淤泥，揭示层厚为5.37～0.67m；

④粘性土夹碎石揭示层厚为0.67～2.93m。

2 深基坑土方开挖及坑内支护的要点

深基坑的土方开挖与坑内支护是在基坑围护桩、止水帷幕结构施工完成后进行的，也是基坑项目施工的关键工序。项目工程开工前，要做好地表排水和坑内降排水，做好基坑的实时监测，做好资源配置，合理安排劳动力和施工机械，掌握和充分利用“时空效应”的规律，做好各施工工序之间的衔接，在最短的时间内完成开挖与坑内支护这两道工序组合的工况。

2.1 深基坑开挖原则

（1）根据“时空效应”的原理，工程界总结出基于时空效应的基坑开挖和支护设计技术，其基本点可用“分层、分块、对称、平衡、限时”10个字概括。软土地区大量工程的理论分析和实践都证明了这一技术的科学性和有效性[2]。

（2）基坑土方开挖后要及时架设钢支撑，并施加预应力，快速建立空间二次受力平衡，严格控制基坑底的无支撑暴露时间。

2.2 “时空效应”原理以及深基坑施工技术要点

（1）基坑工程的“时空效应”就是基坑支护结构的变形和周边地层的变形随时间推移而发展，也因开挖的空间尺度、开挖后的基坑暴露面积而不同，这在软土地基的条件下尤为突出[2]。我们要充分考虑基坑开挖的空间尺寸与土方开挖后变形随时间的发展特性，及时架设钢支撑和对钢支撑施加预应力。

（2）深基坑施工采用信息化施工，施工中认真做好实时监测，动态设计，建全信息施工制度，及时掌握每一次施工工况中的基坑围护结构及周围环境的变形变化值，如发现变形值异常，应及时调整开挖与支护参数以及基坑无支撑暴露时间。

（3）合理选择基坑开挖与支护参数是保证深基坑施工安全稳定的关键。

①土方开挖与支撑采用分层、分步、对称、平衡的原则开挖与支撑，选用的参数根据基坑的尺寸、土层的地质情况以及施工能力等来决定。根据以往的施工经验以及借鉴其他项目的施工经验，按立面分层，同层分段（块），限时完成每段的开挖和支撑工作，以提高基坑的稳定性和安全性，降低基坑开挖对周围环境的影响。

②本项目深基坑开挖与支护竖向共分五层（大工况），从第二层开始，纵向分为若干个段（小工况）。具体分述如下：

a.第一工况：原地面至第一道混凝土支撑梁

由于混凝土强度形成需要时间，故开挖与支护采用“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的传统施工方法。第一层地质属杂填土，根据设计图土方先全部挖至冠梁标高顶面，平均开挖厚度约2.30m，冠梁厚度和混凝土横撑厚度约0.8m，采用开槽开挖的方法，开槽宽度为混凝土梁宽度+1.0m（模板支撑）。

b.第二工况：第一道混凝土支撑梁至第二道钢支撑底面

本地层土质属粘性素填土，分层开挖厚度为3.5m，开挖前进方向（纵向）分段开挖考虑基坑坑底可以安装一根钢管支撑，将开挖分为17段（小工况）开挖，每个分段（小工况）自行完成开挖与支护的闭合循环。纵向放坡1：1，第一小工况基坑面最大长度为7.2m，基坑底每分段长度为：

L=4.2+15×3.64+4.3=62.5m，最大开挖尺寸为 7.2×17.5m2，最大开挖土方量约352m3，无支撑暴露时间限制在6h以内。

c.第三、四工况：第二道钢支撑底面至第三道钢支撑底面，第三道钢支撑底面至第四道钢支撑底面，这两个工况土质成份和参数一样

本地层土质属淤泥质粘土、局部表现为淤泥，分层开挖厚度为3.0m，开挖前进方向（纵向）分段开挖考虑基坑坑底可安装一根钢管支撑，将开挖分为17段（小工况）开挖，每个分段（小工况）自行完成开挖与支护的闭合循环。纵向放坡1：1.5，第一小工况基坑面最大长度为8.7m，基坑底每分段长度为：

L=4.2+15×3.6+4.3=62.5m，最大开挖尺寸为 8.7×17.5m2，最大开挖土方量约339m3，无支撑暴露时间限制在5h以内。

d.第五工况：第四道钢支撑底面至基坑底层

本工况为基坑封底阶段，地层土质属粘性土夹碎石层，竖向分层开挖厚度为1.0m，纵向分为4段（小工况）开挖，每个分段（小工况）自行完成开挖与基底封底施工的闭合循环。开挖参数为：每分段长度为L=62.5/4=15.62m，即开挖尺寸为15.62×17.5m2，开挖土方量约273m3。此层是基底层，土方开挖后应尽快做好基底垫层和封底施工。

（4）冠梁与第一道支撑为钢筋混凝土支撑，土方开挖要在混凝土达到强度后才能施工，工期紧时要对混凝加早强剂。第二、三、四道支撑是钢管支撑。日常施工中，加强对基坑施工巡视工作，要及时对实时监测的成果进行综合分析。若发现异常情况，应立即暂停施工，待分析找出原因和加固好后方准继续施工。

（5）从第二层开始，每一分段小工况中土方开挖方法

①土方开挖方向以水池短边为起点，沿长边方向分段向前，安排两台长臂挖掘机在短边两侧对称开挖，严格控制基坑分段开挖时的纵向土坡坡度，在一个分段开挖区段内，开挖采用平行渐进流水作业的方法，即以每层基底平整出钭撑或横向支撑的位置后，立即进行钢支撑安装，由于分段长度与每层间钢管支撑的间隔不一致，开挖当累计到一根钢支撑的位置后，应立即进钢支撑安装。分段开挖作为一个小工况，只有完成开挖与支撑形成整体受力环后，才允许转入下一小工况施工。

②在每一个分段中采用先中间后周边，切忌靠近围护桩平行线挖深沟。内支撑投影线范围内的土方采用人工开挖。长臂挖机作业范围内的土方由长臂挖机开挖盘土到基坑外由自卸土方车外运；长臂挖机作业范围外的土方由人工开挖。每层间在前进方向放坡开挖。

（6）各层间横向支撑以及各工况基本情况如表1所示。

3 一点体会

（1）基坑开挖的空间尺寸和基坑支护每一工况的循环时间与基坑安全稳定密切相关，控制好每一工况的空间和作业时间，分段、分层、随挖随撑、稳扎稳打，控制基坑暴露时间在规定的范围内，是深基坑开挖与支护安全施工的关键所在。

（2）信息化施工是深基坑安全施工的保证措施，施工中要做好实时监测，掌握基坑施工中支护以及周边土体的稳定与变形情况，结合动态设计理念，及时调整基坑开挖与支护参数，为深基坑安全施工保驾护航。

表1

（3）运用“时空效应”原理的基坑参数选择与基坑的结构特性及尺寸参数、地基土的特性、施工能力有关。对于宽度长条形基坑，采用分层分块的开挖与支护的施工方法，可将基坑竖立面分成若干层，分层的厚度应尽量与横向钢支撑的立面间隔一致，在同一层面上又分成若干段，以达到分步施工的目的。当基坑开挖面积较大的建筑房建地下室，应做到均衡对称施工，根据施工能力分别考虑预留核心土、减小开挖空间、减小分层厚度和增设临时支撑等措施。

（4）做好基坑排降水工作，保证基坑开挖面干燥，提高基坑土体的自稳能力。

（5）规定在距基坑围护桩3.0m范围内不得堆载与弃土方，是减轻对基坑侧向土压力的措施之一。

（6）注重钢支撑的安装质量。施工前要检查围护桩基坑侧面墙的平整度，必要时用干硬性混凝土找平。施工时要做好测量放线和各构件对接，使各构件紧密结合，焊缝饱满，不得单侧单块钢板契入三角缝，起到横撑受压，钭撑抗扭的作用。

（7）按设计值对钢支撑施加预应力，对钢管支撑施加预应力的同时要考虑整体施加的原则，采用分级、均衡的办法，单点一次施加预应力值100%容易引起钢支撑和围护结构突变。施加预应力时应密切观察坑内支撑结构以及围护结构的变化，防止施加过大引起坑内结构和围结构变形。

（8）做好基坑施工期间的安全巡视工作，做好施工应急预案的组织工作。

[1]贾坚.软土时空效应原理在基坑工程中的应用.地下空间与工程学报[J].2005，8，1（4）.

[2]应惠清.深基坑支护结构和施工新技术.施工技术[J].2013，42（13）.