大型深基坑施工技术简介

，

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

新建武汉至孝感城际铁路是规划的武汉城市圈铁路网的主骨架之一，位于1+8武汉城市圈北部地区。线路自汉口站引出，经后湖、天河机场至孝感市南区的闵集、王母湖、东城新区，止于孝感东站。其中天河机场段由1#明洞、天河机场地下车站、2#明洞三个工程组成，均采用明挖施工。由于武孝城际铁路下穿天河机场T3航站楼、交通中心，并与武汉地铁2号线天河机场延长线并行，为确保基坑安全、加快施工进度，经协调设计为一个大型共建深基坑。

天河机场共建基坑起止里程为DK21+084.65～DK21+687.65，长603m、宽87.6m、深19.7m。共建基坑支护开挖形式：上部为放坡开挖，高6.2m，坡脚设11m宽施工平台，下部为排桩+一道边桁架对顶支撑支护开挖，深13.5m。放坡开挖坡率1∶1，坡面挂钢筋网片喷射混凝土防护。排桩+边桁架对顶支撑支护开挖：支护桩、立柱桩均为钢筋混凝土钻孔灌注桩，支护桩直径1.5m、桩长30m、间距1.7m，桩顶设1.5m×1.2m钢筋混凝土冠梁；立柱桩直径1.0m、桩长28.15m～38.15m、矩形布置间距不大于9.5m，立柱桩顶设0.55m×0.55mm格构柱，高15.5m；边桁架对顶支撑采用C30钢筋凝土，支撑距桩顶为0.5m，两端支撑在冠梁上，中间支撑在格构柱上。基坑支护形式及支撑桁架平面布置见图1、图2。

图1 天河机场共建基坑支护断面

图2 天河机场共建支撑桁架平面布置

2 工程特点及难点

(1)基坑排桩支护部分面积约50000m2，深13.5m，为大型深基坑，施工安全风险大；

(2)基坑支护开挖长603m、宽度87.6m，设计为9榀边桁架对顶支撑，跨度大、支撑体系复杂；

(3)基坑周边有T3航站楼、交通中心、地铁2号线等工程同步施工，施工环境复杂；

(4)基坑在T3航站楼部位存在承压水，水文地质条件复杂；

(5)基坑支护开挖完成后，方可进行T3航站楼、地铁、城际铁路共建部分主体工程施工，工期紧。

3 主要施工技术

3.1 放坡开挖

原地面～26.6m高程采用放坡开挖，开挖前将原地面整平至32.8m高程，并在基坑开挖边线两侧各5m范围外修建梯形排水沟，排水沟底宽1.0m、顶宽2.5m、高1.0m，采用10cm厚C20混凝土浇筑。放坡开挖土方按照“纵向分段、竖向分层、台阶法作业”的原则组织施工，利用反铲、正铲、运输汽车等机械设备采用倒退方式分三层开挖，开挖高度分别为2m、2m、2.2m。每层开挖完毕后修整边坡，采用4台PS4J湿喷机初喷C20混凝土厚5cm，喷护作业分段、分片、自下而上进行，喷嘴与坡面之间的距离控制在0.6m～1.2m，喷射混凝土终凝2h后开始洒水养护。

放坡开挖完毕后，沿坡面搭设作业支架铺设φ8钢筋网片，间距15cm×15cm，钢筋网片采用φ20土钉固定，土钉长2m，梅花形布置，间距4m×4m，最后复喷C20混凝土厚5cm。为保证边坡防护质量，钢筋网片及喷护混凝土在基坑顶往外扩展不小于1.0m。边坡挂网喷护过程中需埋设φ50mmPVC泄水管，泄水管梅花形布置，间距4m×4m，在泄水管周围采用土工布及碎石设置反滤层，确保排水畅通。

放坡开挖完毕后，在26.6m高程距坡脚1.0m外挖设矩形排水沟，排水沟截面尺寸0.7m×0.7m，采用砖砌体并进行砂浆抹面，最后对施工平台采用C20混凝土硬化，厚15cm。

3.2 围护桩、立柱桩施工

放坡开挖完毕后，在26.6m高程采用8台SR-280旋挖钻分区域同步施工基坑支护桩、立柱桩，每个区域内支护桩按照跳桩法施工，跳桩间隔不少于3根，施工时必须等到钻孔灌注桩混凝土终凝后再进行相临桩基成孔。

基坑立柱桩包括两部分，即下部桩基础及上部格构柱，格构柱在工厂加工、现场安装。施工时，桩基成孔后最后一节钢筋笼下放至距护筒顶3m时临时固定，然后采用QUY50履带吊吊起格构柱穿过钢筋笼至锚固位置，定位后采用“#”型钢筋将格构柱与钢筋笼焊接牢固，拆除钢筋笼临时固定支撑，下放格构柱至设计标高并采用[10槽钢焊接“#”架，将其固定在护筒两侧的方木上。由于混凝土桁架支撑高度1.0m，格构柱顶标高低于护筒顶面，因此在格构柱顶对角设两根1.5m长φ48mm钢管，以方便格构柱固定。立柱桩混凝土灌注完毕48h后采用黄沙回填格构柱段钻孔。

3.3 冠梁及混凝土桁架支撑施工

冠梁、混凝土桁架支撑施工前，根据冠梁、支撑高度对支护桩范围土方进行挖除降基。支护桩桩头凿除前，测量人员按照桩顶设计标高在围护桩桩身上打点画线，然后使用切割机沿桩身周围切割成圈，采用风镐凿除桩头。按照冠梁、桁架支撑位置浇筑10cm厚C15混凝土垫层，垫层混凝土终凝后铺设油毡、绑扎钢筋、安装侧模板、浇筑冠梁及桁架支撑混凝土。

冠梁施工时每隔2m预埋一块10mm厚钢板，钢板尺寸10cm×10cm，以便固定防护栏杆。防护栏杆高1.5m，栏杆立柱、扶手采用φ48×3.5mm钢管，栏杆立柱水平间距2.0m，栏片采用5cm×5cm角钢焊接，竖向间距30cm。冠梁施工完成后，沿冠梁顶采用普通烧结砖砌筑20cm高拦水坎。

3.4 土方掏挖

支护桩垂直支护范围内土方掏挖遵循“竖向分层、水平分段、对称、平衡、快速开挖、快速支撑、开槽支撑、先撑后挖、严禁超挖”的原则，掏挖时可先中间后两侧，利用两侧预留土的反压作用减少支护桩的悬臂时间和悬臂长度，充分利用“时空效应”，减小支护体系变形。

施工时，基坑两侧26.6m高程10m宽施工平台是基坑施工的主要纵向通道，支护桩垂直支护范围内土方掏挖施工分三个工作面，即在基坑纵向两端按10%坡度拉槽至基底，作为第一、第三工作面施工道路，在第5、6榀桁架间布置“S”形道路作为第二工作面施工道路，进入基坑道路两侧开挖坡度不大于1∶3，坡面压盖雨布防护。进入基坑道路形成后，先开始挖取周边土方，最后形成全断面开挖，注意基坑底部预留20cm～30cm高人工清理、整平。

桩间挂网喷射混凝土防护伴随着整个基坑掏挖过中，要随挖随喷，每挖出1.5m高并有足够的施工面后立即进行桩间喷护施工。喷射混凝土施工时先将低洼处大致喷平，然后自下而上分层、往复喷射，喷射速度要适宜，控制好风压。

3.5 基坑截排水及降水

3.5.1 基坑截排水

在基坑底部设置临时截水沟、集水坑，集水坑设在主体结构间，每100m布置1个，共布置12个，尺寸为1.0m×1.0m×2.0m。在26.6m高程两侧施工平台各布设2个集水坑，共计4个，尺寸为4.0m×4.0m×2.0m。

在基底每个集水坑内安装2台ISG65-160(I)A(H=32m，Q=50m3/h，7.5kW)水泵，及时将积水抽排至26.6m高程施工平台上的集水坑；在26.6m高程施工平台每个集水坑内安装2台ISG150-315A(H=28m，Q=187m3/h，22kW)水泵，及时将积水抽排至32.8m高程基坑顶排水沟，最后排至外围排水管网。每个集水坑内安装两台水泵遵循“一用一备”原则。

3.5.2 基坑降水

基坑T3航站楼范围基底以下中砂、粉细砂层含有承压水，需采取降水措施防止基坑发生流沙、管涌等问题，具体方法是在基坑底布设44口减压井，减压井直径φ600mm，深度20m，间距18m，单井涌水量约为1200m3/d～1500m3/d。减压井施工工序为：准备工作→钻机进场→定位安装→开孔→下护口管→钻进→终孔后冲孔换浆→下井管→稀释泥浆→填砾→止水封孔→洗井→安装排水管路及电缆电路→安装水泵试抽→试验→正式抽水→记录。减压井的排水管路独立于基坑截、排水系统。

3.6 基坑监测

基坑监测的目的：一是将监测数据与预测值相比较以判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数，做到信息化施工；二是将现场监测结果反馈设计单位，使设计能根据现场工况发展，及时对开挖方案进行调整，优化设计，使支护结构的设计既安全可靠又经济合理，达到信息化施工；三是保证基坑围护结构及周边建(构)筑物的稳定安全。

3.6.1 基坑监测项目

基坑监测主要项目包括：支护桩顶水平位移、支护桩钢筋应力、支护桩变形、支撑轴力、地下水位、水土压力、地表裂缝及地表沉降观测。

3.6.2 基坑监测方法

(1)支护桩顶水平位移：观测点设在支护桩顶部，每隔20m设置一个；采用全站仪及配套棱镜组等进行观测；观测频率为基坑开挖及主体施工过程中每2d 1次，雨天每天2次；

(2)支护桩变形：观测点设在支护桩上，每隔40m在支护桩内埋设测斜管；采用SINCO DIGITILT型钻孔倾斜仪配合专用测斜套管进行观测；施工时将测斜管固定在钢筋笼上，随钢筋笼一同下放至孔内，做好孔口保护措施；观测频率为基坑开挖及主体施工过程中每2d 1次，雨天每天2次；

(3)支护桩钢筋应力：观测点设在对应支撑内侧、对应支护桩悬臂段二分之一处，共埋设钢筋应力计6点，通过埋设的钢筋应力计进行监测；施工时将钢筋应力计对焊在钢筋的翼缘外侧，同时做好测量线路引出及测试匣保护措施，支护桩灌注完毕后检查应力计电路电阻值和绝缘情况；观测频率为基坑开挖阶段达到每次开挖面后观测1次，主体施工期间每2周1次；

(4)支撑轴力：观测点设在支撑距加载端3m～4m处，钢筋计焊接在横撑顶面上，直撑设5点、斜撑设3点，通过TC-21K手持式应变仪进行观测；观测频率为每2d 1次，均在夜间进行；

(5)地下水位：观测点设在基坑两侧，埋设水位管、水位计，间距40m，通过监测水位计进行观测；观测频率为基坑开挖阶段每3d 1次，主体施工期间每天1次；

(6)水土压力：观测点设在支护桩外侧，在对应钢筋应力计位置埋设钢弦式水土压计6点，通过压力计观测水土压力；施工时将土压力盒布置在预观测桩的钢筋外侧，随钢筋插入桩体；观测频率为基坑开挖阶段每3d 1次，主体施工期间每天1次；

(7)地表沉降：观测点设在基坑外以25m间距布置13组，每组4只，每组测点距基坑边的距离分别为1m、5m、10m、15m，采用水准仪观测；观测频率为基坑开挖及主体施工过程中每2d 1次，雨天每天2次；

(8)地表裂缝：采用目测和观测仪两种方法进行测试，裂缝总体分布可采用目测法，测试单个或典型裂缝采用裂缝观测仪进行测试；观测频率为每天1次。

3.7 支持体系拆除

主体结构施工完毕混凝土强度达到设计要求后进行基坑回填，基坑回填至结构顶面后即可进行支撑体系拆除。支撑体系拆除前，采用I40a工字钢和20mm厚钢板在桁架支撑上搭设操作平台，采用2台小型挖机配合破碎锤凿除支撑；支撑拆除时由第一榀桁架支撑开始边倒退边凿除，每榀桁架由中间向两端进行。

4 结语

该基坑面积大、开挖深、支撑体系复杂、周边施工条件差，但由于基坑支护方案设计合理，施工方案考虑因素充分、操作性强、措施得当，确保了基坑安全、节约了工期，使其成为大型深基坑设计、施工的成功实例，为后续同类工程提供借鉴。