深基坑围护方案设计、施工及位移变形监测技术

王伟 WANG Wei

（中铁二十五局集团第四工程有限公司，柳州 545007）

1 工程概况

鼎华城水岸佳园位于柳州市柳北区，地块北侧为白露大道，西侧为规划路，东侧为水天一洲小区，南侧为滨江西路。该地块的序号为4 号地块。本次工程包括1#～11#楼及一层地下室，本工程共11 栋楼，包含：1#楼3 层幼儿园，2# 楼32 层住宅楼，3#、5# 楼33 层住宅楼，4# 楼为门卫室，6# 楼26 层住宅，7#、8# 楼20 层住宅，9、10# 楼为19层住宅，11# 楼为2 层农贸市场及垃圾站。总建筑面积211879.12m2。

图1 本项目基坑位置示意图

根据钻探结果及区域地质资料，场地岩土层在钻探深度范围内，揭露有4 个主要土层：①素填土；②可塑状粉质黏土；③强风化白云岩；④中风化白云岩。

设计基坑开挖深度3.7～7.2m，周长约为1271.5m。

2 基坑支护方案

本项目基坑存在面积大，各部位开挖深度相差大，基坑周边长，周边各区段面邻不同的复杂条件等特点。部分区段具有放坡开挖的条件，而有些区段紧邻重要的既有（构）建筑物，确保既有（构）建筑物及基坑工程安全的压力非常大。本项目基坑支护原设计方案以放坡及灌注桩支护两种形式，且放坡开挖及灌注桩支护均仅按最不利区段各设计了1 种方案，支护施做的工程量大，造价高。本项目根据各区段不同地质情况及外界条件，精心设计、科学优化了支护方案。在确保基坑安全的基础上，采取适度设计，即不浪费支护的过剩支护功能，使施工成本最低，工期最短。最终本项目基坑支护方案设计如图2 所示，其中采取放坡开挖的区段，根据深度、地质情况的不同，设计了支护参数不同的C、D 两种方案。灌注桩防护区段，设计了A、B、E、F等4 种不同支护参数的方案。

图2 基坑总体防护方案示意图

2.1 放坡开挖段支护设计

本工程放坡开挖区段为C、D 段，C 段总长218.39m，D段总长46.64m。最不利地质的C-C 断面、D-D 断面基坑深均为7.3m，采用二级放坡，设1m 宽马道，第一级边坡高2.3m，第二级边坡高5m，C-C 断面第一级边坡坡比为1∶1，第二级边坡坡比为1∶1.2。D-D 断面第一级边坡与第二级边坡坡比均为1∶1。边坡开挖修整后及时设置泄水管并喷射100mm 厚C20 砼面层，封闭暴露的土体，土体暴露时间不得大于4h。泄水管采用φ50PVC 管制作，长约400mm。泄水管埋设间距为上下2500mm、水平2500mm，呈梅花状布置。泄水管安装前钻设φ5～8 孔洞，布置外包尼龙网，并填充碎石。泄水管按照5%的坡度向下倾斜安置。在边坡顶进行地面硬化宽度不小于10m，防止雨水渗透土层里导致边坡坍塌，按照5%坡度向外，以防雨水流入基坑里。CC 断面、D-D 断面示意见图3。

图3 C-C 断面、D-D 断面支护设计图

2.2 灌注桩防护区段参数设计

其余无放坡空间的地段采用灌注桩防护，排桩桩径1m，桩间距3m，桩长根据各区段的不同，通过承载验算而定（A、B、E、F 段桩长各为10.2m、11.5、13.0m、15.6m），桩顶设1.0×0.8m 冠梁，桩间设拱板。其中最不利F-F 断面支护结构设计如图4 所示。

图4 最不利F-F 断面支护设计示意图

拱板做法（如图5 所示）如下：先将2.5m 长的φ14 钢筋钉打入土体，随后在桩身植膨胀螺钉，将加强钢筋与膨胀螺钉、钢筋钉焊接。拱形板采用C20 混凝土，喷射制作，厚度20cm。土层分层开挖，拱形板分层制作，分层高度1.0m。每层拱形板中留一泄水孔。

图5 桩间拱板结构设计图

3 基坑验算

3.1 支护设计C-C 剖面

本工程C-C 剖面安全等级均为三级，支护重要性系数为γ0=1.0，要求边坡稳定性安全系数大于1.25。本基坑支护使用年限为一年。天然放坡支护，土层参数如表1 所示。

表1 土层参表数

整体稳定验算采用瑞典条分法，应力状态：有效应力法。计算结果如表2 所示。

表2 天然放坡C-C 断面整体稳定性验算结果

3.2 深基坑支护设计D-D剖面

深基坑支护设计D-D 剖面验算结果见表3。

表3 天然放坡D-D 断面整体稳定性验算结果

3.3 灌注桩防护段验算结果

最不利F 区段的灌注桩防护验算结果如下：

坑底抗隆起验算：安全系数KL=2.97＞2.5。

抗倾覆验算：安全系数KC=2.26＞1.2。

桩顶最大水平位移4.2mm；最大弯矩363.7kN·m；最大剪力105.3kN。

计算结果满足规范要求，桩体承载能力满足施工要求。

4 基坑降水措施

在基坑顶部及坡脚处均做好防排水处理，在边坡顶进行地面硬化宽度不小于10m，防止雨水渗透土层里导致边坡坍塌。地面按5%坡度向外，以防雨水流入基坑里。在坡顶及坡脚均设置排水沟，坡顶排水沟距坑顶边2m，坡底排水沟距坑边0.2m，排水沟采用砖砌，表面用15mm 厚1∶3 水泥砂浆抹面，。集水井沿基坑周边设置，间距20～30m，实际施工根据基坑开挖情况及水量程度作调整。砖砌集水井表面用15mm 厚1∶3 水泥砂浆抹面。

由于基坑处地下水较丰富，需采取必要的降水、排水措施。根据现场实际情况，采取在基坑内部设置集水坑，一般间隔30m，集水坑直径0.7～0.8m。为了避免影响后续的施工作业，集水井开挖尺寸需严格控制。

5 变形监测设计

基坑按《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）的相关规定设置观测点进行监测，监测时段为基坑开挖前至基坑回填土方施工完成。本工程按监测等级三级进行监测，监测方案需审批后方可实施。

监测点位置设在基坑的顶部和基坑底部，监测点的间距均控制在20m 内，并结合基坑支护总说明和现场实际情况进行了适当调整，对于现场坡顶附近场地15m 范围的未拆除建筑物，在建筑物四周增设监测点。

本项目基坑监测的重点在于紧邻既有建（构）筑物，采用灌注桩支护的区段，因建（构）筑物出现过大沉降前，往往体现在支护结构出现较大的水平位移，故以灌注桩的水平位移监测及数据分析为重点。

从最终监测数据表明，放坡开挖坡顶实测最大水平位移为D-36 监测点，为9.5mm，未超过累计报警值（15mm）；灌注桩防护区段的桩顶最大水平位移为F-22 监测点，为23.6mm，未超过累计报警值（28mm）。

6 基坑支护作业注意事项

基坑开挖前，进一步对基坑周边相邻建（构）筑物及地下管线的情况进行勘察，以确认支护设计方案的合理可行性。不妥之处及调整支护参数，确保基坑及邻近建筑物的安全，避免对地下管线造成破坏。

完成支护灌注桩的施做，且桩身强度达到设计要求后，方进行基坑的开挖。为了确保基坑安全及施工进度，基坑土石方开挖与基坑支护（放坡段的锚喷、桩体支护段的拱板）工作组织流水作业，交叉施做。为了避免开挖与支护之间脱节，导致坑壁土体松动，或是出现局部坍塌等问题，开挖与支护工序间需密切配合，互相协调。当支护未能按设计要求施做时，严禁开挖下层土体。

土石方开挖严格按设计边坡及支护工艺要求进行认真开挖，避免超挖或欠挖，按每天的开挖计划进行基坑的开挖。支护工作紧跟土石方开挖，确保及时按质量完成支护的施做。如有险情或是遇到不良的复杂地质时，与支护的施做协调，以保障边坡安全。

基坑周边停放的机械、工程材料及车辆等地面荷载不得超过设计要求的限值。坑顶以外5m 线内不得有堆载，5m 线外的地面活荷载不得超过15kN/m。

按设计要求在坡顶、坡脚设置排水沟及坡顶硬化。并在基坑底部的边角处及中间按一定距离设置集水井进行基坑内排水。配备足够的排水设备以应对雨季排水。

基坑施工加强信息化，施工中出现与设计条件（如地质情况）不符的情况时，立即通知设计单位复核。

7 结束语

本项目通过根据基坑边坡不同区段地质情况、开挖深度及周边既有建（构）筑物分布情况，设计不同的基坑支护方案，在确保基坑施工安全的基础上，按适度的原则对支护方案进行经济比较和优化，最大限度降低了施工成本，为公司取得了较好的经济效益。

在基坑的施工使用期间，设置了合理分布的监测点对基坑、周边建筑物、道路及地下管线等沉降及位移进行监测，随时把握基坑支护及周边建（构）筑物的安全状况，评估支护方案的合理性。并将监测数据及其分析结果及时反馈给现场施工技术人员，以指导现场施工。