复杂环境及地质条件下深基坑支护施工技术

张道通

（中国建筑第二工程局有限公司湖北分公司，湖北 武汉 430060）

0 引言

近几年，基坑施工成为人们热议的话题。一方面，随着城市化的深入发展，建筑施工难度不断增加，无论是特殊的地质条件，还是复杂的外界环境，对施工人员而言，均是极大的挑战。另一方面，高层建筑及超高层建筑成为建筑主流，此类建筑对基坑支护的要求比传统建筑更为严格。因此，围绕支护形式与施工技术展开讨论具有重要的现实意义。

1 项目概况

本工程基坑平面呈不规则长条形，支护周长约1 451.7m，基坑开挖面积约74534.8m2，开挖深度为3.30～13.70m。该基坑工程安全等级为一级，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。本工程采用单排钻孔灌注桩+锚索、灌注桩＋钢支撑、挂网喷射混凝土的支护形式，局部坑中坑采用土钉墙支护形式。止水帷幕为三轴搅拌桩。典型剖面如图1，2所示。

图1 单排桩+锚索+三轴搅拌桩

图2 单排桩+钢斜撑+三轴搅拌桩

2 深基坑施工难点

2.1 地下管线多

本项目为老城区改造项目，项目西侧、南侧、北侧城市道路既有管线数量较多，主要有水泥供水管线、煤气管和雨水管。这些管线给项目施工带来不少影响。

2.2 东侧地势存在明显高差

拟建场地为剥蚀残丘与冲沟堆积地貌，东侧、北侧为剥蚀残丘，东侧医院内路面高程40.000m。本工程基坑顶标高与医院内路面高程高差达到4m，红线处有浆砌石结构挡墙，属松散结构，极易倒塌，且基础埋深浅，与需施工的支护桩距离仅1～2m，施工安全风险大。同时场地东段为坡面，坡度45°～60°，高差4～7m，桩基无施工作业面。

2.3 岩层埋深浅，硬度极高

据勘察揭露，拟建场地在钻探深度范围内出露地层主要为石英片麻岩风化层，支护若采用桩基形式，则需深入中风化石英片麻岩、微风化石英片麻岩。而诸地层的硬度极高，取直径1 000mm微风化芯样轴心抗压强度达到7 000kPa，采用普通桩机无法施工。

2.4 水位高，易突涌

拟建场地西段为古河床，由北向南经过，据地勘揭露，基坑底部的隔水层厚度不均，局部由于隔水层厚度薄存在砂土中承压水与上层滞水的联系较强，基坑开挖时易发生突涌现象。

3 施工整体部署

本工程共有支护桩961根，三轴搅拌桩共计766幅，降水井114口，土方总量约50万m3，体量大，工期紧，施工难度大。结合工程地质特点，做以下施工部署。

1）支护桩及止水帷幕施工前，邀请具有专业资质单位对周边管线进行探查及标记，并对影响支护施工位置的管线进行改造至不影响支护体系施工。

2）东侧支护施工前，采用优质黏土分层回填、压实至桩顶设计标高以上2m作为桩基作业面。回填土作业面顶宽度23m，回填高度6～9m，回填土边坡按照1∶1.5的比例放坡，坡面挂网喷锚，顶面浇筑200mm厚混凝土面层作为防渗层（防止雨水渗透，发生边坡垮塌）及施工道路（桩孔部位留出）。

3）针对东侧和北侧岩层硬度极高的现状，经专家多次研讨，最后决定采用潜孔钻机进行引孔+大型旋挖钻机（三一重工SR405型）相结合的形式进行桩基施工。

4）针对地下水系丰富，极易发生突涌的特点，联系设计优化将波纹管井改为钢管井，以避免波纹管易变形及容易堵死影响降水效果。土方开挖中严格监测水位，严令禁止未降至作业面以下500～1 000mm前进行土方开挖作业。

5）严格按照GB 50497—2019《建筑基坑工程监测技术标准》规定及图纸要求，并结合本场地内外的实际情况进行监测，现场进行初次监测后，方可进行土方开挖施工。

4 施工要点

4.1 支护体系施工

因为岩层硬度极大，支护体系中支护桩施工应主要注意以下几点。

1）大型旋挖钻机的市场保有量较低，每台钻机的价格极其昂贵，一旦损坏，维修成本高，维修周期长，而且重新引进如此大型的旋挖桩机的难度极大，因此，施工过程中合理控制钻进速度及转动力度，避免卡钻及钻机损坏，否则对施工进度的影响极大。

2）大型旋挖钻机的施工成本高，同时对作业面的承载力及操作面的大小要求较高，施工前应做好场地准备及协调，以避免窝工造成的巨大经济损失。

3）钢管斜撑区域支护施工过程中，留土区域需待地下室底板施工完成并达设计强度80%后，利用底板进行后换撑，方可拆除钢管斜撑。

4.2 降水施工

1）结合地质情况，西侧古河段砂层较厚，降水井成孔设备应优先选用正循环回转钻进泥浆护壁钻机施工工艺，避免此地质条件下反循环钻机清孔导致发生塌孔。

2）井管下放完成后应在井管外围四周均匀地投入直径1～3mm连续级配石英砂，保证渗水效果，并起到反滤的作用，回填至底板底下1.5m采用黏土封管，防止雨水入渗。

3）成井后及时采用空压机洗井，从滤管顶端至底端依次进行，井内水位应淹没洗井头，吹出孔壁的泥浆和管底沉淤，直到水清不含砂为止。

4.3 土方开挖

1）开挖前应核验边坡和基坑位置及开挖尺寸线，分区段开挖施工过程中应经常检查平面位置、坑底标高、坑壁坡度、排水及降水系统，并应随时观测周围的环境变化。

2）施工顺序应遵循计算工况，开挖需遵循先撑后挖的原则，垫层随挖随浇，即垫层必须在见底后24h内浇筑完成；无垫层暴露面积宜不大于200mm，减少土体蠕变引起的变形。

3）土方开挖必须遵循自上而下的开挖顺序，分层、分段按设计要求进行，严禁超挖；将基坑开挖造成的周围设施的变形控制在允许的范围内。

4）基坑内所有的深坑开挖必须待普遍开挖深度的垫层形成并达到设计强度要求后，方可进行深坑的开挖。

4.4 基坑监测

本项目的监测内容主要是地表变形程度、围护桩顶位移程度、附近现有建筑沉降程度、深层土体位移、支撑轴力与地下水位变化情况。在开始挖土前，相关人员就应完成布设监测点的工作，详细记录初始数据，为日后对比及分析环节的开展提供便利。

监测实施过程中应注意以下方面。

1）监测的范围应考虑基坑深度3倍范围内建（构）筑物。重点考虑基坑对周边的管线、道路、房屋、人员的影响，开挖前应对周围构筑物现状拍照并检查记录。

2）基坑从开挖至回填前，需安排专职人员对基坑周边进行巡查，如发现异常情况，及时采取相应的措施确保基坑安全，必要时进行回填。

3）首次基坑监测未完成前，不得进行基坑开挖。

4）在施工过程中，基坑边坡顶部的侧向位移与当时开挖深度比超过0.5%时，应密切观测，并分析原因。若超过1.0%并不收敛时，应及时采取应急措施对支护结构进行加固处理。

5）在施工过程中加强地下水位的监测。

5 结语

通过以上的分析能够看出，本工程深基坑支护的特点主要是周边环境复杂和岩层过硬、地形复杂导致的施工难度大，在前期施工策划阶段，应当反复比选并调整方案内容，确保施工难点可得到相应处理，在此基础上，对保护措施加以落实，通过动态管理与信息施工的方式，达到全面管控施工风险的目的。事实证明，这样做既能够保证施工质量，又可将施工速度提升到全新高度，施工单位自然可以获得更可观的效益。