基坑多种组合支护施工与质量控制研究——以金山区第二实验小学南校区拆除重建工程为例

宋丽平

上海新钧建设发展有限公司 上海 200000

随着城市的不断建设与发展，可利用空间越来越局促，为了更大程度的利用地下空间，深基坑被广泛采用。深基坑的修筑效果与工程质量密切相关，深基坑的支护质量尤为重要。由于地质情况的复杂多样性，在安全、可靠、经济、合理的原则下，针对性的采取多种支护方式是深基坑支护发展的一个方向[1]。

1 工程概况

1.1 工程介绍

该工程位于金山区石化东礁一村29号，北至龙胜路、西至东礁街、南至秀林街、东至东礁二村。为新建教学综合楼（行政办公）、食堂（体育馆），并同步实施地下室和室外总体工程。新建总建筑面积14211m2（含地下建筑面积4700m2）。

1.2 地质与水文条件

该工程的《岩土工程勘察报告》中显示，拟建场地55m深度范围内地层为第四纪沉积物，主要由粘性土、粉土及粉砂等组成。地下水位一般处于地表以下0.3-0.5m之间，地下水深度常年维持在0.5-0.7m范围。场地内潜水的高水位埋深可取0.5m，低水位埋深可取1.5m。

2 明挖顺筑法土方施工

根据关键路线确保施工进度，由于场地及道路等条件限制，基坑采用分区分块翻浇施工以便利用顶板布置行车道路、钢筋及木工加工场、堆场等。考虑到整个基坑稳定性，随土方工程进度依次进行垫层、防水层及基础底板施工。

进行第一层土方开挖时，需先确保坑内水位降至开挖面以下0.5m，接着按照图1所示A→B→C的顺序展开施工。先完成A区范围内桩承台基础且灌芯6m，在承台强度达到设计值后，按B→C顺序采取盆式开挖，挖土至圈梁及支撑底标高并完成混凝土支撑。开挖采取盆式开挖，开挖时先开挖中间土方，再限时开挖边坡土方。采用1台1.0m³大挖机开挖，2台0.4m³小挖机收头，并及时形成支撑[2]。

图1 第一层土方开挖分区示意图

进行第二层土方开挖时，圈梁、支撑达到设计强度的80%、坑内水位降至开挖面以下1.0m才可进行。如图2所示，以东西向后浇带为界，先开挖③、④区至基坑底，并及时形成垫层底板。待南区底板强度达到设计值，开挖①、②区至坑底并及时形成垫层底板。开挖采取盆式开挖，开挖时先开挖中间土方，再限时开挖边坡土方，及时形成底板及传力带。每个小区配备1台1.0m长臂挖机，2台0.4m³小挖机进行施工，并及时形成底板支撑。各分块流水进行挖土施工，先形成对撑，再形成角撑。相邻分块之间，待前一块底板浇筑完毕，传力带设置完毕形成可靠支撑后，方可开挖下一块，分块底板浇筑时间控制在开挖后10d内。

图2 第二层土方开挖分区示意图

3 基坑支护施工

3.1 基坑支护形式

本工程基坑支护采用深层搅拌桩及预制钢筋混凝土劲性复合桩相结合的施工方法[3]。平面布置图见图3。

图3 基坑支护平面布置图

3.2 深层搅拌桩

3.2.1 施工工艺

深层搅拌桩按照如图4所示的流程进行施工。

图4 深层搅拌桩施工工艺流程图

3.2.2 质量控制

(1)桩基垂直度控制

保持搅拌桩机的良好运行状态至关重要，可有效降低由于设备运行异常造成质量问题的概率。除此之外，还应安排专业人员操作机器，运行机器前对设备进行全方位的检查，避免设备运行过程中出现问题造成不必要的损失。桩基垂直度的调整方法是从垂直的两个方向同时用两台经纬仪进行观测，调整桩基垂直度，垂直误差不超过1/200。施工过程中，根据指示针和经纬仪准确校核桩架的垂直度，保证桩基垂直度满足施工质量需求。

(2)施工冷缝处理

施工冷缝是该工程中影响施工质量的主要因素，该工程所处的环境与施工流程导致施工冷缝出现的几率上升，施工冷缝出现时可采取下述方法解决：添加与已有规格相同的搅拌桩在冷缝出现的护桩外侧，且处理施工冷缝工作量应按照实际情况记录。

(3) 确保桩身强度和均匀性

保证桩身强度与均匀性是控制施工质量的主要内容，在施工过程中应注意以下几点要求，保证桩身的质量上乘。第一，严格把握机器的升降速度，将桩身所需土料搅拌均匀且充分。第二，用于桩身施工的水泥应遵循既定配料比例，避免水泥浆液发生离析，并在使用前充分搅拌30秒。第三，确定水泥浆输送管道通畅，以免由于断浆导致桩身不均匀影响桩身的强度。第四，当管道出现堵塞情况时，及时关停机器并进行处理，处理结束后需将钻具在原有位置上下1m范围内活动，并在10-20秒后继续上升搅拌，以免桩身出现断层。

3.3 钢筋混凝土劲性复合桩

3.3.1 设计分析

钢筋混凝土劲性复合桩，其中：水泥土搅拌桩桩径为700mm，水泥掺量为20%；预应力PHC管桩，型号为PHC-400(95)AB-C80。

3.3.2 施工要求

管桩施工前应清除水泥桩周边泥土，露出水泥搅拌桩轮廓，以方便预应力管桩植入时中心位置对准；水泥土搅拌桩桩顶标高应不低于自然地面下1m。管桩施工前必须重新测量放样并复核桩位，确定管桩桩位偏差小于20mm。预应力管桩应在水泥初凝前且成桩6h内植入外围水泥土桩体内。

3.3.3 预应力钢筋混凝土管桩施工控制

在压桩施工前应按设计要求进行定位放线，确定桩位，每根桩中心钉一小桩，并设置油漆标志，在压桩施工中要做好轴线的复测与纠偏，以保证桩位的准确；桩的吊立定位，借助压桩机原有卷扬机与起重钩确定桩的定位并安装。

压桩工作开展过程中务必保持连续，并在工作开始前对桩的表面进行清理，保持其干净平整，压桩施工涉及桩体需严密对接，保证偏差不超过10mm，压桩节点的矢量高度小于桩长的0.1%，焊接时应将四角点焊固定，节点对称位置同时开始焊接，使焊接的效果与设计方案相同。

压桩应控制好终止条件，对于本工程桩，压桩时主要参照设计方案的桩长对其进行控制，并将最终压力值作为施工对照，由于土质较差，故复压宜1～2次为佳。

管桩施工质量与其静压力下单桩的承载力密切相关，判断桩的竖向承载力方法为测量其终止压力值，并结合桩的静载对比实验得出该桩的一个系数与终止压力，最后结合公式fk=kfs求出单桩的竖向承载力。假如计算得出的承载力未能达到施工设计的标准，需及时采取补救措施，通过加深处理以及补桩的方式提高单桩的竖向承载力，确保桩基的质量满足施工要求。

4 基坑监测

4.1 监测内容

考察施工项目周边环境是保证施工安全且顺利进行的关键，通过实地考察得出了施工相关的准确数据，将实地考察数据与检测标准相结合，最终将基坑监测的内容与标准设置如表1所示。

表1 基坑监测内容及报警值

4.2 常见问题控制措施

4.2.1 基坑位移控制

在基坑的施工过程中，由于大量土体需在狭小面积内卸载，难以避免造成支护结构以及基坑墙体的位移甚至变形，因此检测基坑的位移情况并采取控制措施是保证施工安全性的首要内容。

首先，施工时需严谨计算支护的截面面积与插入深度，在计算时要同时考虑上方推土、施工机器、车辆行驶等因素对基坑负载量的影响，调整基坑支护的修筑规格。

其次，形成封闭止水幕减小水对土壤的压力与冲击力，因此在施工中应确保灌注桩与阻水旋喷桩连接紧密。在开始基坑施工前，需将施工所需支护结构全部搭建完成，包括土层锚杆、桩顶圈梁、挡土桩等必备支护结构，并保证基坑支护结构的强度与刚度，确定支护结构插入深度达到可靠锚固层内，降低支护变形的概率。基坑开挖之前需要对施工范围进行降水，杜绝周边土体与水分进入基坑，对支护结构产生不良影响。在施工过程中同时加强管理力度，避免在支护结构周围放置施工材料、施工机器、大型汽车等重物，减轻支护结构的额外负载量。

最后，在检测过程中发现位移情况需及时采取措施，将位移情况严重部位的荷载量减小并增加桩数，也可以使用水泥封层增强土体的稳固性。

4.2.2 基坑变形控制

施工周围环境受基坑施工影响较大，了解深层土体水平位移的变化情况。监测坑外土体水平位移的测点布在土体水平位移较大的位置，基坑的中部对应桩顶变形监测点布设。

施工期间将重点加强对西侧围护体系的监护，土方开挖阶段若遇基坑变形突变，应立即停止土方开挖，并根据实际变形情况，必要时进行坑内回土，或采取临时支撑，防止围护体系变形的进一步增加，同时在坑外采取跟踪压密注浆等的紧急措施，注浆期间应加强对周边环境的同步监测，防止因注浆而引起的负面影响产生。

4.2.3 支护结构防渗漏

导致基坑土体出现严重沉降问题的关键原因是地下水位变化，该变化也会对地下水的结构产生严重影响，因此提高支护结构的防渗透性至关重要。在施工过程中，检测地下水位有以下几方面用途。第一，当土体稳定性下降时可及时发出警报。第二，结合检测信息能够不断优化施工过程所用施工方式。第三，检验施工前降水工作的成效。

施工中基坑底部土体的流动也是造成基坑周围土体沉降的原因之一，土体发生流动会使地下水与土混在的一起流入基坑，引发沉降的同时对周边建筑物产生消极影响。

提高支护结构防渗透性可采取以下几种方式，有效减小基坑受地下水的影响程度。第一，在开始基坑施工前对施工地的土质情况进行检测。第二，设置挡土桩时将其穿过土体底部细粉砂层，并避免挡土桩间存在缝隙，出现缝隙时需设置旋喷止水桩，阻止水流入基坑造成基坑内水土流失影响其稳定性。第三，通过科学的计算确定挡土桩的设置深度，保证桩侧面的渗水压力小于土体的浸水密度。第四，止水桩与挡土桩应设置为垂直且紧密相连的形式，使支护的强度满足施工的需求，并在施工中的发挥帷幕墙的效果。第五，在施工中采取井点或深井的方式开展基坑降水工作。第六，在施工前确定基坑的给水和排水管道位置，车辆以及施工机器绕行，当发现管道破裂时应快速对其进行维修，避免造成更大事故。

在施工过程中发现轻微渗透可采取以下措施快速解决渗透，降低渗透对施工的影响。第一，通过修筑水泥墙的方式解决渗透问题。第二，设置引流管对基坑渗透点进行堵截处理。第三，采用双液注浆的方式在围护墙外侧开展堵漏工作，这种堵漏方式将引流管插入渗水点，并使用速凝防水水泥砂浆在引流管附近封堵渗水区域，当水泥砂浆凝固且达到强度标准后打结引流管完成渗透点处理工作。

4.2.4 周围地面沉降控制

基坑施工监测环节的地面沉降控制重点主要是监测报警值和达到报警值后采取的工程应对措施，主要分为针对建筑物和针对地下管线两大类。

地面沉降易导致周边建筑物出现沉降现象，跟踪注浆是解决该问题的主要方式，应用该方法时需注意以下几点问题。第一，将跟踪注浆作为施工的常规工作内容。第二，注浆孔的位置应设置在支护背墙以及建筑物前，按照实际情况确定注浆布控排数。第三，注浆人员应控制注浆的深度、压力，最佳孔深为2-4cm之间，注浆压力要适当否则会对建筑物产生严重的不良影响。第四，科学设置注浆量，确定注浆量时需考虑支护的大概位移量与土体的空隙情况。

5 结论

经采取深层搅拌桩及预制钢筋混凝土劲性复合桩相结合的多种基坑支护施工，严格控制每道工序的施工质量，取得了预期的效果，确保了基坑施工质量及安全，也论证了基坑多种支护在工程中运用的优点与可行性，有助于提高后续基坑施工的安全性。