复杂地下条件下的基坑施工应用研究

黄鑫峰

(北京建材地质工程有限公司，北京 100010)

1 案例工程概况

本文案例工程位于北京市朝阳区，为高楼的基础土护降项目。基坑北起科荟路，南至科荟南路，西起天辰西路，东至天辰东路。本工程地下3层，基坑开挖深度17.60 m，基坑占地面积53 670 m2，基坑周长约900 m。绝对标高+45.800 m，场地自然地面按照平均绝对标高+45.300设计，即相对标高-0.500 m。项目四周均为公路，部分路段有地下通道。

工程地块表层为厚度1.50～4.20 m(C18#钻孔附近约为6.90 m)的人工堆积之房渣土层及黏质粉土素填土、砂质粉土素填土层。人工堆积层以下为第四纪沉积的黏质粉土、砂质粉土层和重粉质黏土层，深度在1.50～16.50 m。再其下为卵石层，深度在16.50～30.50 m。基坑开挖土方主要为粉土和黏土，土层含水率和渗透性较高。本场地岩土工程初步勘察期间，于钻孔中实测到多层地下水，第一层为台地潜水，稳定水位埋深5.00～5.80 m；第二层为层间水(具微承压性)，稳定水位埋深11.20～19.40 m，第三层为承压水，稳定水位埋深25.30～27.30 m。由于基坑开挖深度为17.60 m，因此，地下水的影响需要考虑在支护方案中。

除开水文和地质条件，经勘测，工程地块存在影响基坑施工的地下障碍包括地下管线和地下人工建筑。地下管线是城市重要的公共基础设施，国家明令禁止损害和擅自更改变动这些设施。同时，燃气、电力等管线处置不当容易发生爆炸、火灾等重大事故，因此需要专业处理。根据业主资料和现场勘测，现场主要地下管线有：给水管、燃气管线、热力管、电力管、电信管及不明管线等。而地下人工建筑主要位于地块西侧及南侧区域，为公路下穿地下通道。工程施工虽然不会破坏地下通道本身，但地下通道支护工程存在影响基坑施工的地下土钉及锚杆，如果不经科学分析，强行破坏这些设施，必然会影响到临近工程的稳定性。

2 基坑支护整体方案

考虑到基坑土质较好，基坑支护方案主要采取排桩支护+降水井止水方案。排桩结构在不同区段根据地形设计不同方案。主要结构为单排桩+锚杆，部分区域阶梯式设桩或设置双排桩。另在部分区域采用土钉墙+单排桩+锚杆工艺。排桩支护采用直径800 mm钢筋混凝土灌注桩，护坡桩间距为1.60 m(局部1 000 mm@1.50 m)，护坡桩分区设置，不同区域长度不等。桩顶设置冠梁，尺寸分1 000 mm×600 mm和1 200 mm×600 mm两类，部分边角等区域设置连梁和拉梁。护坡桩下设置三或四道钢绞线锚杆，锚杆长度13～17 m，倾角15～20°。锚杆孔直径150 mm，沿杆体轴线方向每隔3.0 m设定架立环。土钉锚筋长4.0～6.0 m, 孔径100 mm，水平间距1.5 m，共设置三层。土钉注浆浆液为纯水泥浆，注浆水灰比0.5～0.6。桩间土施工采用挂网喷混凝土工艺，喷射混凝土厚度60 mm，内设双向Φ6.5@200钢筋网，水平插筋采用打入或成孔植筋方式。

在水环境处理上，因微承压地下水位在基坑基底以上，采用由降水管井和疏干井组成的管井系统，封闭基坑围降的方法控制地下水[1]。降水井主要是在护坡桩外侧约1.50 m处设置井径600 mm降水井，采用反循环钻机配合冲击钻成孔，间距约8.00 m，共计约64口降水井。疏干井设置在基坑内，直径600 mm、间距约30 m，井深约30 m，共计约24口。水井采用井管为Φ400 mm无砂混凝土滤水管，底部2 m作为沉淀用。井底放置在混凝土预制托底，以稳固滤水管。

同时，由于工程采用降水井方案降水，降水井是规律性地科学分布的，属于先期工程，其与后期部分排桩支护工程锚杆可能存在冲突。因此，基坑支护方案必须考虑如何妥善应对这类地下施工冲突。

3 地下管线和地下障碍处置方案

建设场区场内地下管线较多，临近工程的地下建筑以及工程前期的地下人工建筑均属于地下障碍。根据处理难度差异，处置方案主要分为地下管线与地下支护类障碍两类处置方案。

3.1 地下管线

对于地下管线等地下设施，需要协调协商，并采用专业技术处理。本工程中，主要采用迁移和保护措施。

3.1.1 调 查

对于地线管线，首先需要摸清管线类型和在地下的分布及走向情况。依据建设方所提供的的工程地质勘查报告、基坑开挖范围内及影响范围内的各种管线、地面建筑物等有关资料，查阅有关专业技术资料，掌握管线的施工年限、使用状况、位置、埋深等数据信息。收集核实资料完毕后，对基坑施工范围内的地下管线现场勘察。采用管线探测仪辅助人工开挖确认地下管线是否与前期调查资料相符，不符合的应回访确认。现场核查完毕后，将调查的管线、地下建(构)筑物的位置埋深等实际情况按照比例标注在施工平面图上，并在现场做出醒目标志。

3.1.2 编制施工组织设计

根据调查结果，对施工过程中地下管线、地面建(构)筑物可能出现的安全状态进行分析，识别重要危险因素，评价其危险程度，制定中、高度危险因素的安全技术措施。对于重要的地下管线、地面与地下建(构)筑物必须进行基坑开挖工况影响分析，确定影响程度，以便在施工措施中确定合理的基坑支护、开挖方法，确保施工过程中管线及各种构筑物的安全。现场通过开挖探坑等方式露出地下管线并标识清楚走向、埋深、名称等内容，同时根据施工需求提出具体的搬迁及保护措施。

3.1.3 具体保护措施

地下管线具体保护措施主要分为三类。

1)迁移、拆除措施，主要是针对易于迁移或废弃不用的管线，可临时搬迁或拆除，施工前，与业主协商，确保迁移不影响公共用水、用电安全，迁移后的管线，施工完成后要复原的，需要复原。

2)支托措施，对不能进行移动和拆除的，特别是横跨在基坑上方的管线，且易于支撑的，可采用支托法。支托既可以用沙袋等临时支撑，又可修建永久支撑，针对各种管线的控制要求，采取相应的保护方案，设计出具体的支托参数，支托结构必须座落在坚实的、稳定可靠的支墩上，施工前，在地面上标画出地下管线的位置，并对施工人员进行交底，专人看护挖土深度，待施工到地下管线位置时，采用人工挖土，避免被挖掘机挖断管线，当挖土至地下管线明露后，用多层板进行封闭保护，然后修建人工支撑，支撑完工后还应设置警示牌，避免碰撞，支托工程完工并经检查合格后，再采用人工开挖其下部土方。

3)采用悬吊或悬吊与支撑结合。悬吊施工前着重查明悬吊管线种类、规格、埋深、材质、接头型式、节长和管线基础等资料，根据查明的管线资料，计算悬吊参数，设计悬吊方案。对于给水管等硬管，在开挖前，要先在该位置人工挖出样洞摸清管线走向、管节的接口位置，再以钢板桩或桐木横架将要开挖的沟槽上用钢丝绳将管子吊住。如果管子的接头全部暴露在外，则在两节管子的接口处都要以钢丝绳吊牢。对于通信管、电力导管等，因这种管线的导管长度较短，安全可靠的方法是采用下托结合上吊的措施，即在导管的背面用符合要求的寸板或板桩托着，上面用钢板桩等连同托板将管子一起吊牢。如果管道漏水(气)，必须修理好后方可悬吊。管道较长或接口有断裂危险时，采取加固措施后再悬吊或直接架设在钢梁上，具体施工时，要与管线基准值的对比分析来掌握管线的实际状况，并反馈信息，及时、灵活地调整施工工艺。

3.2 地下土钉墙以及地下井

经研究分析，施工将在不影响障碍对象对临近工程支护效果的基础上，对障碍对象采取截除方案。而对于地下井，则主要采取规避措施。

3.2.1 地下通道土钉墙冲突处理措施

基坑周边道路的地下通道虽然与基坑有超过3 m以上间距，但原有地下通道的基坑建有土钉墙支护，与本案中的排桩和锚杆均有冲突，见图1。

图1 地下锚杆障碍示意图

为应对此地下障碍，本工程采用特殊成孔和割除方案。护坡坡桩成孔可能会碰到原支护土钉杆体和注浆体，因此选用旋挖钻机静态泥浆护壁成孔工艺，由于旋挖钻机扭矩大，能绞断钢筋和注浆体。当旋挖钻机成孔遇到原地下通道肥槽回填土时，可能会产生严重漏浆的情况，因此需配备长护筒以穿过肥槽回填土层，以阻隔泥浆渗露通道。当旋挖钻机成桩通过原地下通道肥槽回填土，进入原土钉墙喷锚面后，在软硬交界面容易产生偏移，导致桩位偏差加大。因此，在成孔过程中需不断调整钻杆角度，通过自动显示数据进行控制。

对于锚杆施工，开挖该范围内的土方需采用人工配合机械分层分步进行。现场施工人员采用手砂轮和气割分层截断土钉，再按土钉分层间距逐步开挖。锚杆施工过程中，为尽量避免触碰原有土钉，可在原支护结构土钉截断或暴露位置用红漆做出标识，根据开挖的情况初步判断其走向和角度，然后再调整锚杆的开孔角度或位置。工程支护结构锚杆碰到原有支护土钉，需调整开孔位置再进行试成孔，原废弃孔位需注浆处理。

3.2.2 地下井障碍处理方案

工程部分地段支护结构为“上部土钉墙+下部桩锚”结合“桩锚支护”结构。有大量土钉及预应力锚索从降水井两侧穿过，存在碰撞风险。保护降水井设施，规避冲突是最佳选择。首先在降水井井位施放时，采用坐标形式逐一施放，严禁简单采用施放直线2个端点，中间尺量的方式来定井的位置。土钉施工中，在满足土钉间距施工要求的基础上，适当调整，使得土钉距离降水井的距离尽量大。在土钉、锚索注浆施工时，靠近降水井的土钉、锚索注浆可采用加早强剂的方式使其尽快凝结硬化，同时派专人随时观察井内抽水情况，如出现水泥浆渗漏情况，及时洗井，同时停止注浆。如果出现杆体损坏降水井的情况，降水井无法使用，可采取距离土钉上口较远边缘补打、增加降水井的方式来保证有效降水。

4 结 语

地下管线、障碍等难以肉眼观察到，即使有图纸，也有可能因为偏差而导致施工遇阻碍。因此，基坑施工前因做足应对方案，对各种地下障碍均考虑到位。本工程地下管线复杂，施工中采用迁移、支托、悬吊等多类方案处置地下管线。同时，采取切除地下土钉和旋挖钻机方案，有效应对了地下土钉墙冲突。工程应对地下障碍的方案对同类工程施工有一定借鉴意义。

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