浅析毗邻深基坑对原水管线施工变形的影响

王琦瑄，郭有忠

（宁波高专建设监理有限公司， 浙江 宁波 315199）

0 引 言

某在建项目为 8 栋 5～7 层教学用房，1 层地下停车场。教学用房建筑面积为 60 510 m2，地下室面积为 9 868.68 m2，属于框架结构。基坑呈直角梯形，原水管线从直角底边斜向通过。围护设计对原水管线采用门架式结构保护涵（桩基、地梁及混凝土盖板体系）对管线进行单独防护。基坑开挖深度为 5.4 m～6.0 m，采用排桩加支撑结构，地下室按后浇带分 11 个区块。临近原水管线侧4 个区块，基坑临原水管线侧按一级基坑标准设计，其他按二级基坑标准设计。

1 围护设计概况和施工要求

1.1 围护设计概况

围护设计对原水管线采用门架式保护涵单独防护，对原水管线设置垂直位移和水平位移监测，对临近基坑侧采用一级基坑安全标准设计。对工程施工提出比较严苛的要求，具体如下。

（1）原水管线保护涵做法。原水管线红线内 110 m长，采用 88 根 Ф600 mm 桩长 29 m 的钻孔灌注桩，上设地梁，由 300 mm 厚 C30 混凝土盖板组成门架式混凝土结构。

（2）原水管线水平及垂直位移监测采用管线上引测点8 点位布设。采用粘钢技术，用弧形铁板焊接 25 mm 钢筋引出地面。采用双套管方式，里层套管采用 PVC 管材灌注混凝土，钢筋居中设置，形成一定刚度。外层套管对里层套管留有一定间隙，使里层套管保持一定的自由度。根部在原水管线上浇筑混凝土墩固定。原水管线桩基施工前由专业监测单位取得原始数据。

（3）原水管线侧围护桩基采用 Ф 800 mm、长 24.5 m的钻孔灌注桩，18 根 Ф20 mm 三级钢，转角处延至 4 m。其他围护桩不同区域采用 Ф 600 mm、长 18.5 m～20.0 m的桩型，大多配筋为 12 根 Ф14 mm 三级钢。原水管线侧设置冠梁和围梁，其他区域在围梁标高处设置冠梁方式，采用角撑加中间对撑模式支撑。

1.2 围护设计对保护涵施工及桩基施工要求

原水管保护涵施工完成后，方可进行基坑桩基施工；桩基施工时须采取有效措施以减小桩基施工对原水管的影响。临近原水管侧桩基施工顺序如下：先施工围护桩止水帷幕搅拌桩（围护桩内外两侧双排），再施工支护桩（时间间隔 7 d 内），待支护桩施工完成后，方可施工基坑范围内的其他桩基。在桩基施工期间，必须加强对周围土体、邻近工程桩、邻近建（构）筑物和地下管线的观测，若发现异常变位，必须及时采取相应措施。为加快施工进度，经图纸会审，围护设计方同意基坑内桩基远离原水管线侧50 m 以外的桩基可以同步施工。围护设计对基坑挖土的具体要求如下。

（1）基坑土体开挖至一道支撑底，支撑体系封闭且混凝土强度达到 90% 标准值后方可开挖支撑下土体。

（2）支撑下土体分为 1～7 七个分区（临近原水管线侧从北向南依次 4～7 区，1～3 区里侧由北向南划分）开挖，施工流程为 4 区→7 区→1 区→3 区→5 区→6 区→2区，当某一区块开挖时保留相邻区块的土体，待前一区块地下室底板和换撑板带混凝土强度达到 80% 标准值后，方可开挖后一区块土体。

（3）坑边每个分区要求分块开挖，单个分块面积不超过 200 m2，待前一分块的垫层混凝土强度达到 80% 后，方可开挖下一分块的土方，坑边各分块沿基坑方向的分块长度宜控制在 15 m 左右。

（4）挖至底板底标高后，要求临近原水管范围内支护桩内侧 20 m 范围（其他区域 9 m 范围）内立即设置300 mm 厚 C25 素混凝土垫层，并且要求在 2 h 内完成。

（5）基坑开挖至支撑底标高后应及时设置混凝土支撑，支撑完成时间不超过 48 h；开挖至坑底后，及时设置底板垫层并施工底板，底板完成时间不应超过 7 d；支撑拆除应采用静力切割、分段跳开拆撑等措施。

（6）基坑临近原水管范围内侧壁与钻孔桩之间的空隙用素混凝土填实。

（7）基坑施工期间，严格限制原水管保护涵上的荷载，除了已考虑通车区域以外，其上不得通车和堆载。地下室侧壁与支护桩间空隙回填密实后，保护涵上荷载应≤35 kPa。

2 在建项目的地质情况和施工技术准备

2.1 在建项目的地质情况

本场地地基土主要由第四纪全新统和中、上更新统湖沼相、海相、冲积相地层构成，一般具有水平成层分布的特点。场地地层层序如下。

（1）第 ①1层为杂填土，主要由碎石、块石、建筑垃圾和黏性土等组成；结构松散，成分复杂，土质均匀性较差；全址分布，层厚 1.20 m～4.10 m，层顶标高 2.20 m～4.04 m。

（2）第 ①2层为黏土，呈灰黄色，软塑～可塑状态，属高压缩性土；层中含少量铁锰质结核，高干强度，无摇震反应，高韧性，可塑性较好，土面有油脂光泽，土质均匀性较好，局部区域缺失；层厚 0.50 m～1.80 m，层顶标高 －0.22 m～1.94 m。

（3）第 ②1层为淤泥质黏土，呈灰色，流塑状态，属高压缩性土，局部层顶含 20 cm 左右泥炭质土，局部含少量软塑黏性土，层中含有机质、腐植质；高干强度，无摇震反应，高韧性，可塑性一般，土面有油脂光泽，土质较均匀，层顶局部有腥臭味；具有高含水量、高孔隙比、高压缩性、低强度、低渗透性等不良工程地质特性，是浅基础的主要压缩层；全址分布，层厚 0.80 m～2.80 m，层顶标高 －1.20 m～0.96 m。

（4）第 ②3层为淤泥质黏土，呈灰色，流塑状态，属高压缩性土，层中含腐植质及贝壳碎片，局部含少量粉土、粉砂；高干强度，无摇震反应，高韧性，可塑性一般，土面有油脂光泽；土质均匀性一般，具有高含水量、高孔隙比、高压缩性、低强度、低渗透性等不良软土特性；全址分布，层厚 12.00 m～14.00 m，层顶标高 －2.70 m～－1.06 m。

（5）第 ④ 层为粉质黏土，呈灰色，流塑～软塑状态，属中偏高压缩性土，层中夹少量腐植质及贝壳碎片，局部含少量粉土、粉砂；中等干强度，无摇震反应，中等韧性，可塑性一般，土面光滑无光泽，土质均匀性一般；全址分布，升旗台、门卫区域未揭穿该层，揭示层厚为2.40 m～14.10 m，层顶标高－16.20 m～－13.80 m。

（6）第 ⑤1层为粉质黏土，呈黄褐色，局部灰绿色，可塑状态，属中压缩性土；层中含铁锰质氧化物，局部粉性含量略高；中等干强度，中等韧性，无摇震反应，可塑性较好，土面光滑无光泽，土质均匀性一般，部分区域缺失；层厚 0.60 m～14.00 m，层顶标高 －28.95 m～－18.18 m。

（7）第 ⑤2层为粉土夹粉质黏土，呈黄褐色，中密状态，湿，属中压缩性土，局部粉砂、粉质黏土含量较高；土质均匀性较差，土样表面粗糙，摇震反应快，低韧性，低干强度；实测标贯击数平均值为 20.4 击；全址分布，层厚4.10 m～19.00 m，层顶标高－32.99 m～－19.54 m。

（8）第 ⑥1层为粉土夹粉质黏土，呈灰色，中密状态，湿，属中压缩性土，局部粉砂、粉质黏土含量较高；土质均匀性较差，土样表面粗糙，摇震反应快，低韧性，低干强度；实测标贯击数平均值20.9击；全址分布，层厚1.80 m～8.00 m，层顶标高－40.29 m～－35.36 m。

（9）第 ⑥2层为粉质黏土，呈灰色，局部灰黄色，可塑状态，属中压缩性土，薄层状结构，含少量腐植质及贝壳碎片，局部含粉量较高；土质均匀性一般，中等干强度，中等韧性，无摇震反应，可塑性一般，土面较光滑；全址分布，层厚 1.30 m～7.50 m，层顶标高 －45.52 m～－39.10 m。

（10）第 ⑧1层为砾砂，呈灰白色，湿，中密状态，属低压缩性土；主要矿物成分为石英、长石，颗粒以亚圆形为主，颗粒级配一般，均匀性较差，黏性土含量一般为5%～20%，粒径一般在 2 mm～30 mm 之间，最大粒径可达 40 mm 以上，超过 2 mm 的颗粒含量为 35%～55%，局部细砂、圆砾含量较高；实测标贯击数平均值为 47.3 击，重型动探试验杆长修正后平均击数为 11.8 击；全址分布，层厚 1.50 m～6.70 m，层顶标高 －48.08 m～－44.78 m。

（11）第 ⑧2层为粉质黏土，呈灰色或灰绿色，可塑状态，属中等压缩性土，局部含少量粉砂；中等干强度，中等韧性，无摇震反应，可塑性一般，土质均匀性较差，局部缺失；层厚 0.70 m～5.70 m，层顶标高 －51.99 m～－48.77 m。

（12）第 ⑧3层为中砂，呈灰色或灰白色，局部呈灰绿色，密实状态，湿，属低压缩性土，层中黏性土含量约10%，局部含少量圆砾、细砂，成分以石英砂、长石为主，中等磨圆，颗粒级配差；土性较好，土质均匀性一般；实测标贯击数平均值为 32.7 击；全址分布，部分勘探孔未揭穿该层，揭示层厚 1.10 m～6.80 m，层顶标高－55.82 m～－50.20 m。

（13）第 ⑨1层、第 ⑨2层和第 ⑩ 层的特性（略）。

2.2 施工前的技术准备

熟悉施工图纸，组织图纸会审和围护设计交底。编制原水管线保护涵施工方案并报备给原水管公司。招标确定有经验的基坑监测队伍，连同原水管线变形一并监测。监测方案召集包含原水管线公司的相关参建单位技术负责人进行论证，报备原水管线公司，各方共同执行。

（1）通过图纸会审和围护设计交底，监理单位、总承包单位和桩基单位的管理人员、装机负责人、挖机司机等了解原水管线保护涵施工措施的必要性和重要意义。

（2）现场挖探坑确定原水管线中心走向，两侧 3 m 设置警戒线，严禁机动车辆随意通行，对原出入口（经过原水管线的老的出入口）设置路基板，作为必要设备的进出通道。

（3）垂直原水管线布设挖机，挖设监测点，随时根据钎探专人指挥确定每次挖深，布设监测点。

（4）优化出土口，原设计经过管线上方的出土口改为东侧（原水管线位于基坑西侧）。

（5）调整基坑挖土顺序，原围护设计沿着原水管线方向 4 个分区，即 4～7 区块跳仓开挖，4 区块混凝土强度达到设计要求 80%，再开挖 7 区，调整为 4 区和 7 区同时开挖，一个区块混凝土强度达到设计强度 80% 后，开挖相邻5 区或者 6 区。

（6）为了减少挖土后对基坑深层土体位移的影响，垫层完成后立即施工换撑带。在围护桩侧设置直角梯形配筋混凝土换撑带，最低高度同底板混凝土高度，最高成 30°角到达围护桩边，以减少变形和拆撑所带来的影响。

3 保护涵和桩基施工对原水管线变形位移的影响

根据设计要求，先施工原水管线保护涵，再施工其他作业。在实际施工时，原水保护涵桩基施工，50 m 外工程桩同步施工（图纸会审，设计同意）。原水保护涵施工有88 枚桩基，4 台桩机管线两边各两台施工，钢筋笼从东侧调入，挖桩孔时，挖机从出入口处进出。监测保护涵和桩基施工对原水管线变形位移的影响，具体结果如下。

（1）基坑中工程桩施工，50 m 外施工，对原水管线无影响。

（2）4 月 22 日至 5 月 3 日，原水管线桩基施工，管线水平位移在 －2 mm～+2 mm 之间波动（高位矢量，考虑测量误差，基本不动），垂直沉降在 －0.7 mm～+0.9 mm之间波动，主要是挖机、装机本身荷载对附近点位和跷跷板的影响。现场布设桩架也是考虑浇筑混凝土罐车角度，尽量减少桩架和挖机（挖桩孔及运输钢筋笼影响）荷载对原水管线变形的影响。

（3）4 月 25 日至 5 月 9 日，考虑基坑开挖导致沉降变形为负值且可能性较大，先行施工基坑内围护桩内侧纵横搅拌桩加固土体施工。水平位移在 －2 mm～+2 mm 之间波动，垂直沉降在 －0.7 mm～+0.6 mm 之间波动。

（4）5 月 1 日开始距离原水管线 30 m 外开始施工，个别桩机也在 30 m 内作业。至 5 月 22 日，原水管线水平位移在 －2 mm～+2 mm 之间波动，垂直位移在 －1.3 mm～+0.5 mm 之间波动。

（5）5 月 13 日至 5 月 19 日，保护涵梁施工；5 月16 日至 5 月 23 日盖板吊装。垂直位移在 －0.3 mm～+1.1 mm 之间波动，水平位移在 －2 mm～+2 mm 之间波动。至 5 月 22 日，垂直位移在 －1.3 mm～－0.4 mm 之间波动。分析认为，随着各种因素的综合作用，保护涵本身沉降对管线影响较大。

（6）5 月 10 日，围护搅拌桩止水帷幕施工，至 6 月 7日结束。根据围护设计要求，围护桩 7 d 内同步在搅拌桩间施工。在此期间，也有个别围护桩先行施工区段。至 6 月 7日，水平位移在 －2 mm～+2 mm 之间波动，垂直位移在－1.2 mm～－0.6 mm 之间波动，总体沉降。搅拌桩微弱的挤土效应和钻孔引发综合沉降作用。

（7）工程桩全部结束于 7 月 11 日。7 月 12 日垂直位移在 －0.8 mm～－0.4 mm 之间波动，水平位移在－2 mm～+2 mm 之间波动。

4 挖土工艺等对原水管位移变形的影响

围护支撑混凝土强度达到设计标准后，按照围护设计要求及论证的挖土方案，4 区和 7 区一起开挖。由于塔吊吊装运输繁忙，集中力量抢 4 区板块，取得监测数据后，挖7 区板块，最后一起开挖 5 区和 6 区。挖土自 8 月 1 日开始开挖，9 月 9 日完成。在此期间，宁波经历了一个半月的高温干旱季节，为控制原水管线变形创造了极为有利的条件。实际作业条件、工艺不同，变形情况也就不同。每天监测 2 次，监测数据通过微信群通报总承包单位、监理单位和围护设计单位。

（1）4 区块开挖严格按照围护设计要求自 8 月 1 日开始开挖，挖至底板垫层标高取得当天深层土体位移数据变形较大，达到 11.62 mm。当晚整体垫层浇筑完成。整体板块完成后放线承台、地梁边线，对承台、地梁混凝土进行切割凿除，并且开挖承台、地梁土方，按普通正常工序进行下步施工。设计方要求挖土到标高后 7 d 内完成底板混凝土浇筑。由于各种原因，至 8 月 27 日 4 区块混凝土底板才浇筑完成，实际用时为 27 d。

（2）8 月 9 日，7区开挖，按设计方要求依然按 15 m分块开挖，承台、地梁同步开挖。当天对底板垫层、地梁垫层、承台垫层可浇筑部分浇筑混凝土垫层。第二天完成临近围护桩侧能施工的换撑混凝土（部分因承台影响无法施工）。分区块开挖于 9 月 1 日底板混凝土浇筑完成，历时 18 d。

（3）5 区、6 区位于中间对撑两侧，因前期其他区块开挖，只有一个出土口可用。邀请设计方现场指导。根据现场实际情况、深层土体位移变形情况，以及对原水管线位移的监测数据，决定一起开挖。仍然按 15 m 分块开挖，前两天支撑处留有角部土方（台风影响出土），第三天开始增加出土量。底板垫层、承台垫层、梁垫层施工滞后 4 d以上（小型挖机未及时进场、对撑下空间狭小难以作业等因素）。5 区和 6 区自 9 月 2 日开挖至 9 月 27 日混凝土底板完成浇筑，历时 26 d。

（4）选取影响最大的变形位置作为监测点。4 区第一天开挖变形 11.62 mm，角撑部位，当天完成垫层；第二天的日变形量为 3.76 mm，随后均在 0.3 mm 以内。7 区的角撑部位，前四天的日变形量分别为 0.65 mm、4.98 mm、7.56 mm 和 3.58 mm，随着垫层、换撑逐步浇筑完成，变形速率趋于稳定。5 区和 6 区的对撑部位临近原出土口（未使用），前几天的日变形量依次为 0.42 mm、0.06 mm、7.62 mm、2.75 mm、2.36 mm、1.82 mm、1.35 mm，实际施工时，前两天出土慢，留有角部土方。垫层浇筑完成后，第二天的变形速率大幅下降；换撑做好后，日变形量在 0.3 mm 内波动，随后逐渐稳定下来。

（5）上述 4 个区域分别开挖，根据从挖土开始到底板完成的监测数据，分析得出对应影响原水管线的垂直沉降变形趋势如下：分区挖土区域临近原水管线监测点位沉降变形增大，4区垂直沉降在 －1.5 mm～－0.6 mm 之间波动，7 区垂直沉降在 －1.6 mm～－1.1 mm 之间波动，5 区和 6 区垂直沉降在 －1.6 mm～－1.1 mm 之间波动；总体略微呈跷跷板效应，最终垂直沉降在 －1.6 mm～－1.1 mm 之间波动。

（6）拆撑后原水管线变形情况如下：水平方向向基坑侧位移 1 mm～2 mm，垂直方向对应点位每天沉降0.1 mm，未报警。

5 原水管线变形控制总结

本基坑考虑原水管线变形，按围护设计要求挖土施工。实际按照机械分层挖土→人工修土→混凝土垫层→放线→切割承台地梁边线→破碎垫层→挖地梁承台土方→破桩→承台地梁垫层→小应变检测（比较整洁的工作环境进行）→砖胎膜→回填土→垫层修补→卷材防水→防水保护层→钢筋绑扎→木工支模→浇筑底板混凝土等工序施工，环节多，塔吊周转材料繁忙；涉及挖土、截桩、泥工、钢筋工、小应变检测、钢筋笼长度检测、木工等多个合同作业班组。因此，即使充分协调与准备，也有各种意想不到的情况而产生影响。管理措施落实不到位、机械故障、设备不能及时进场、材料周转不及时、截桩不能及时进行、混凝土运输车的道路高峰期等因素，都会影响施工进度。按照围护设计要求，挖土到标高后垫层 4 h 完成（紧急情况下只需 2 h），7 d 浇筑完成底板混凝土。这是一般施工组织难以完成的。本项目最终将原水管线的变形控制得比较好，经历打桩、挖土、底板混凝土浇筑完成全过程，控制原水管线变形未报警。从本工程桩基施工和基坑开挖入手，分析得出原水管线变形的影响因素。

5.1 桩基施工对原水管线变形的影响

（1）原水管线保护涵桩基施工对原水管线垂直位移影响较大，主要是装架和挖土机械荷载的影响，施工时尽量避免这些荷载直接作用于原水管线上。

（2）基坑内工程桩施工对原水管线变形影响较小，可以忽略不计，但要注意机械等荷载远离原水管线作业。

（3）基坑内土体搅拌桩加固、围护桩止水帷幕搅拌桩可以抵消部分桩基施工对原水管线垂直沉降变形的影响。不必拘泥于先后程序对变形的影响，只需考虑桩基施工相互影响即可。

（4）保护涵自身结构重量对原水管线变形影响较大，设计时注意到对桩基摩擦承载力进行复核，保证桩基长度。

5.2 基坑开挖对原水管线变形的影响

（1）本项目在挖土期间，正赶上该地区持续约一个半月的高温干旱天气，淤泥质土失水板结快，有效阻止了深层土体的位移变形。

（2）原水管线保护涵的先行施工，从设计角度有效控制住了基坑挖土给原水管线变形带来较大的影响。

（3）原水管线保护涵和基坑间间距较小，主动土压力较小，对基坑变形影响有利。

（4）基坑内搅拌桩纵横交错，加固措施比较有利，施工中注意到搅拌桩的水泥用量，必须满足设计要求。

（5）挖土至设计标高后，及时浇筑混凝土垫层和换撑带，显著降低了深层土体的位移变形速率。这是非常重要的施工技术措施。

6 结 语

控制原水管线变形需要从源头围护设计抓起，业主单位必须充分考虑影响变形的各种因素，包括待招标的施工单位综合素质不确定性和施工环节多等不利因素，即使围护设计要求再严谨、再严苛，也要考虑现场施工的可行性。另外，业主单位还要充分考虑围护设计质量、基坑造价控制、工期等并予以重视。基坑设计是否牢固是工程最终成败的决定因素。此次施工过程中的一些经验总结对以后类似工程的设计和施工有所裨益。