复杂地形环境下的深基坑支护与土方开挖施工技术

戴连双 张 丽 赵 迎 冯中超 王红兵

中国新兴建筑工程有限责任公司 北京 100009

随着城市现代化的发展，城市内土地利用率越来越高，为满足人员居住需求，对旧有房屋、厂房等土地进行拆迁新建的项目越来越多。经过多次拆建的地块，地下土质往往较复杂，地形环境为人工拆迁后形成，在基坑开挖过程中更容易发生土体失稳的情况，危及周边已有建筑物及设施设备。

针对拆迁后新建项目的地块，施工前，应首先进行施工勘察，结合现场实际地形、地貌、地质，复核基坑支护设计方案及土方开挖方案的合理性、可行性，深化、优化边坡支护设计方案，通过模拟分析流水及工序流程，反复推敲调整确定最终的支护方案及施工方法，保证边坡安全及土方开挖施工需求。

1 工程概况

广华新城小区配套学校项目总占地面积5.6万 m2，总建筑面积96 751 m2（地上46 530 m2、地下50 221 m2），建筑高度24 m，地上1/3/4/5层，地下2层，基础埋深约11.8 m。

项目分东西2个区，西区为5栋教学楼，地下1层和首层为公共学习、活动区，2—4层为教学楼，2层架空连廊连通各主楼；东区为生活服务楼和场馆，地下为餐厅、篮球馆、游泳馆、报告厅、车库，地上为操场。

原状基坑为占地约6万 m2的坑槽，坑内植被密集，地形起伏不定，基坑四周有配套完整、已投入使用的小区、市政道路、管廊等建筑及设施。

2 施工重难点

1）工程原状基坑的坑侧进出不等，坑面高低起伏，中心区域与场地四周高差约14 m，四周市政道路、管线、建筑物施工已完成，坑内地表有大量垃圾、渣土及植被覆盖，坑槽占地面积广、存在周期长，周边及场内环境几经变换，现状地质条件不明、地下管线及障碍物情况不清。开工前的场地条件摸查尤其重要。

2）项目进场前，基坑四周市政道路、管廊、雨污水管线、燃气、电力等基础设施建设已完成，基坑周边管线情况复杂。基坑边坡距市政道路仅3～6 m，基坑四周有管廊，管廊底标高在现状标高以下约10 m，有支沟进入红线内；市政雨污水管网已完成，有管井进入红线内；南侧有3道燃气管线，与支护桩距离不大于200 mm；北侧有管廊施工遗留，北侧前程路沿路有深度12 m、间距1.5 m×1.2 m梅花形布置的管廊土钉。

这一系列的问题，给项目基坑支护及土方开挖带来极大挑战。

3 方案优化

3.1 地下障碍物排查

与项目周边市政、管廊、燃气等单位及施工单位取得联系，充分了解现场周边管线情况，绘制管廊、雨污水管、电力管线等与项目基坑的位置关系图，具体如图1～图3所示。

图1 地块周边暗埋管廊平面位置

图2 地块周边雨污水管线平面分布

图3 地块周边电力管线平面分布

经与市政单位沟通，北侧前程路沿路有深度12 m、间距1.5 m×1.2 m梅花形布置的管廊土钉，确定地块北侧护坡桩在土钉影响区域内，布桩尽量避开土钉；南侧有3道距红线不大于20 cm的供广华片区范围内居民临时使用的燃气管线。

图1中，A段管廊基础底板标高为27.00～28.04 m，南侧外墙距红线5 m；有2道支沟进入红线范围内，支沟标高30.2 m；北侧管廊施工采用8～12 m长、间距1.5 m梅花形土钉墙护坡。B段管廊基础底板标高为26.16～27.14 m，东侧外墙距红线1 5 m。C段管廊基础底板标高为26.05～27.17 m，南侧外墙距红线14.45 m；有2道支沟进入红线范围内，支沟标高26.79 m。

图2中，北侧、西侧分别有2个市政管井进入红线，南侧有6个市政管井进入红线。

图3中，A段有3道电力支沟进入红线，B段电力埋线距红线20 cm，C段有1道直线井距红线2 m。

3.2 清槽深度预判

3.2.1 地质条件分析

广华学校新城小区配套学校项目属永定河冲洪积平原的中下部，地层除上部人工填土层外，其下均为第四纪一般沉积层，岩性主要为黏性土、粉土、砂土、圆砾等交互层。根据本次勘察揭露地层条件，本场区第四系覆盖层厚度大于50.0 m。

原址为化工二厂，经2011年污染土治理清挖回填＋市政管廊开挖回填＋燃气、雨污水、市政道路施工开挖回填＋外来单位建筑垃圾杂填，形成目前的现状基坑。

根据本次勘查现场钻探、原位测试及室内土工试验成果，按照地层沉积年代、成因类型，将拟建场区本次勘察深度60.0 m范围内的土层划分为人工堆积层、一般第四系沉积层2大类，并按地层岩性和物理力学性质指标，进一步划分为7层。

3.2.2 相关图形绘制

根据地勘报告，深入分析各层土质分布情况，初步确认各区域基坑开挖深度，进一步明确现状地勘报告中渣土、素土、砂土及粉质黏土的分布范围，绘制人工填土层底标高等值线（图4），并结合学校地块原状地形（图5）进行分析。

图4 人工填土层底标高等值线

图5 学校地块原状地形

3.3 原设计方案

基坑支护设计是基坑土方开挖阶段保证边坡安全的辅助手段，因地制宜地选择合理的支护方式将有利于保证边坡安全，提高土方开挖作业效率。

在2017年地勘单位勘查现场后，形成的初步基坑支护设计方案中，采用单排悬臂桩、双排悬臂桩、放坡喷锚3种支护形式组成的支护设计方案[1]。

如图6所示，深入调查场地条件，结合当前设计基础边线，拟对基坑支护设计方案进行优化。

图6 广华学校原设计基坑支护方案

4 基坑支护

优化后的基坑支护设计如图7所示。

图7 深化后的基坑支护设计

1）北侧管廊距离红线5 m、距槽边7 m。

①A段预计清底标高20.00 m（深14 m），设计采用双排φ800 mm支护桩，桩间距2.00 m，排距2.80 m，桩长20.00 m。桩间土采用土钉加固，土钉长度2.80 m，桩顶设混凝土盖板，断面尺寸3 700 mm×700 mm。考虑距槽边不足3 m范围内预计清底标高20 m（深度15 m），为保证桩身稳定性，桩顶设计卸土高度1.5 m，宽6 m，卸土范围采用喷锚支护。

②B段往东延伸段紧邻现状场地电缆，放坡时局部形成高差3.5 m的临空面，为确保3.5 m竖直边坡及整个边坡安全，在29.5 m标高位置施工钢管桩，桩顶设200 mm厚C20混凝土板。

2）西侧管廊距红线16 m，距槽边20 m，电力线路距红线1 m。

①C段预计清槽高度为26 m（深9 m），采用单排桩＋锚杆。

②D段预计清槽高度为23 m（深12 m），考虑避开电力管线、锚杆角度避让管廊基底1 m的需求，护坡桩采用单桩＋双排锚杆，锚索角度20°，第1道锚索距桩顶4.5 m。

③E段为西侧往北延伸段，利用现状坡面，采用双排钢管桩＋挂钢筋网喷射混凝土护面。

3）南侧有燃气管线距红线不足20cm，管廊距红线18 m，距槽边20～25 m。

①F段局部预计清底标高27 m（深7 m）区域，采用单排桩＋锚杆支护。

②G段预计清底标高30 m（深5 m）区域，采用单排悬壁桩支护。

③H段清底标高为27～28 m（深6 m），采用双排φ800 mm支护桩。

④I段预计清底标高26 m（深9 m），因槽边距红线2 m，考虑避让燃气管线等因素，采用单排桩＋锚杆。

⑤J段预计清底标高24 m（深12 m），因护坡桩在红线北侧30 cm，燃气管线在红线南侧20 cm，该段支护采用单排桩＋双排锚杆支护，锚索角度20°，第1道锚索距桩顶4.5 m。

4）放坡区域。K段根据现有地形，采用1∶1.75二级放坡，土钉墙支护。

5）根据不同区段的支护形式，绘制支护影响区域内障碍物与构筑物位置关系图，如图8所示。

图8 地下构筑物与护坡桩位置关系

5 基坑施工及土方开挖

5.1 整体作业区划分

根据现状地形条件，将基坑分为20个作业区，开挖时由中心向南北，由西向东进行，基槽土方开挖清底＋基坑支护作业同步进行（图9）。

图9 土方阶段施工分区

5.2 施工部署

1）第1步，护坡桩施工流水主要分为3个作业段，1段为1区→19区→11区，2段为14区→15区，3段为18区→17区→16区。

2）第2步，在护坡桩施工时，基坑内部低洼区域同步展开清底施工，施工流水为：2区→3区→填土侧向放坡区→5区→6区→8区→9区→7区→4区。以此实现基底验收及地基处理施工及时插入。

3）第3步，基坑周边土方纵向开挖根据支护施工要求分区、分步进行，分东、西、南、北4个区域分别考虑，整体考虑西侧→南侧→北侧→东侧。南侧、北侧均由西向东流水，西侧、东侧由南向北流水。基坑可分2～5步挖至槽底，每步最大挖深不宜大于3.0 m。

5.3 施工技术要点

1）A段双排桩施工。北侧双排护坡桩范围挖沟槽，沟槽宽4 m，深3～6 m，清除地层内混凝土块、土钉等障碍物后，采用素土填平。桩位严格按照施工图坐标放线定点，采用长螺旋成孔，边旋转钻杆，边清除孔边渣土。钻孔过程中随时观察钻机运行电流数值和地层土质状况，避免深层土钉卡钻问题[2]。

2）I段、J段单排桩施工。因该区域护坡桩距燃气管线500 mm左右，直接成孔有拉断燃气管线，造成安全事故的隐患。为避免该问题，采用钢板护壁的临时保护措施，先挖沟槽，找出燃气管线具体位置，预埋2 cm厚护壁钢板后，填平至作业面，待桩身成形后，再将钢板取出。

3）钢管桩施工。钢管桩设置区域，在有一定坡度的斜向平台上，施工重点是做好成孔质量及桩身垂直度的控制。成孔前为保证桩的垂直度，需由水平尺前后、左右调整好钻机的平整度。为控制桩位偏差，成孔前先用仪器精确定出桩位，每个桩位上钉上筷子，开钻时，钻头中心对准筷子头[3]。为保证桩径，开钻前要用尺子测量钻头尺寸，发现直径不够时立即调换或补焊钻头，钻机累计达到200 m之后要测量钻头一次[4]。

4）锚杆施工。本工程南、北、西侧均有已施工完成的地下管廊，所有锚杆均穿越红线，经过管廊底部。锚杆施工时严格按照施工图纸要求，加强锚杆锚固水平倾角的施工质量控制[5-8]。

5）基坑清底开挖。根据作业区块不同，分不同阶段预留临时马道进出土方，保证槽内交通顺畅，提高效率。

5.4 基坑监测

为准确判断基坑边坡在土方开挖及结构施工过程中的稳定性，需要对基坑支护结构和周围环境的变化进行监测，并及时整理观测数据，以便指导现场施工。监测的内容有：护坡桩顶部水平及竖向位移、锚索轴力、支护结构深部水平位移、周边道路沉降、坑边地面沉降等。

6 结语

在复杂地形条件下的深基坑施工，应结合现场地形及地质条件，灵活调整土方开挖及基坑支护施工部署，实现多阶段施工同步开展，提高施工效率。

针对不同开挖深度、作业条件等现场实际情况，设置不同桩型的支护方式，有效地解决了基坑支护作业场地狭小、工作效率低下的缺陷。施工过程中，合理组织支护及土方开挖作业流水顺序，可以有效地提升工作效率，解决了复杂地形条件下支护桩施工难度大、基坑开挖深度大、施工场地狭小等一系列问题，提高了土方开挖作业效率及边坡安全性。