城区复杂条件超深基坑支护施工技术

秦海波

（四川省冶勘设计集团有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

成都城区基坑具有周边环境复杂，临近周边建筑及市政道路，基坑深度不断加大的特点，控制基坑的变形成为重中之重，其支护体系多为锚拉桩、少部分采用内支撑支护体系，对复杂的周边环境及超深的基坑，须采用多种支护方式及特殊施工技术来控制基坑变形，同时保障周边建构筑物的安全。

1 工程概况

1.1 整体概况

该工程主要由2 栋35F 的超高层及附属商业建筑组成。公司承担该项目的基坑支护与降水工程，基坑面积16655 m，周长565m，地下4 层（局部3 层），基坑深度17.6m～22.35m，基坑安全等级为一级。

1.2 基坑设计

在该项目中，由于现场环境的特殊性，直接导致了基坑开挖深度增加，同时开挖边线距离红线较近，因此该现场不具备开展放坡作业的条件。根据成都地区的基坑工程经验，基坑的变形即使在规范允许范围内，仍然会对基坑邻近道路、建筑物及管线造成很大影响，特别是地铁侧要求满足地铁相关变形要求。在基坑支护桩布置时综合考虑预留外墙结构和基础施工工作面，暂定基础边线外延1.0m 为支护桩边线，由于现场工程地质条件较为特殊，结合上述因素，因此在基坑结构体系设计规划时，采用排桩+锚索支护结构，局部采用悬臂桩及内支撑，该基坑深浅交替，周边条件多变，支护结构较为复杂，基坑支护典型剖面如图1 所示。东、南侧为锚拉桩方案，桩中心距2.2m，桩径1.2m，桩间设置4 排～5 排锚索，槽钢腰梁及混凝土腰梁间隔设置；西侧上部7.15m 与已建成小区车库相连，下部为锚拉桩，桩中心距1.8m，桩径1.2m，桩身设置2 排锚索；北侧以锚拉桩为主，局部采用悬臂桩，桩中心距2.0m，桩径1.5m，桩间设置2 排锚索；东北角与地铁5 号线连接通道采用内支撑，共设置3 道609×16mm 的钢支撑。

图1 基坑支护典型剖面示意图

1.3 水文地质

经过详细且全面的工程勘测，发现施工场地存在地下水，同时其主要类型为第四系冲洪积砂卵石层中的孔隙潜水以及基岩裂隙水。上部的人工填土、粉土层透水性则相对较弱，属于弱透水层，第四系冲洪积砂卵石层中的孔隙潜水渗透系数24m/d，场地静止水位埋深为6.50m～9.60m，根据区域水文地质资料，场地地下水位丰、枯水期年变幅为1.50m～2.50m。

1.4 地层岩性

根据调查，发现施工场地的地层岩性以粉土、细砂、第四系全新统人工堆填（Q4ml）杂填土、第四系全新统冲积（Q4al）的粉质黏土、全新统冲洪积（Q4al+pl）的砂卵石层及中生界白垩系上统灌口组（K2g）泥岩为主，该区域各地层物理力学参数见表1，包括以下内容：1）粉土（Q4al）。中密，湿，该层分布面积较大，同时局部地段缺失，岩层厚度为1.20m～2.10m。2）细砂（Q4al）。松散，湿度较大，同时，该层在场地内局部区域分布，土层厚度为0.50m～2.40m。3）杂填土（Q4ml）。松散，其组成的成分以建筑垃圾及生活垃圾为主。该层在场地内的分布面积较广，其土层厚度为0.80m～13.0m。4）粉质黏土（Q4al）。以硬塑态为主，且局部还呈现可塑状态，该层在场地内普遍分布，厚度为0.90m～4.0m。5）中砂（Q4al+pl）。松散，该层呈透镜体夹于卵石层中，土层厚度为0.50m～2.20m。6）卵石（Q4al+pl）。松散～密实，充填物主要为中细砂，含少量泥质，部分地段卵石层中夹有中砂软弱层。7）砂质泥岩（K2g）。薄～中层厚状构造，泥质结构，根据其风化程度可为2 个强风化、中风化亚层。

表1 各地层物理力学参数

1.5 周边环境

项目位于成都市天府三街，大源商圈，地理位置属于成都市高新区的核心区域，地理位置较为敏感。基坑东侧紧邻剑南大道及地铁5 号线，地下室开挖线距离红线约3m，且东北角与地铁5号线出口相连；场地西侧为世豪D区高层住宅，地下室负一层与前期地下室相连，原地下室为独立基础，天然地基，基础持力层为砂卵石层，基础埋深10.8m；场地北侧为世豪广场高层写字楼，基坑边线距写字楼9.6m，写字楼为筏板基础，天然地基，基础持力层为砂卵石层，基础埋深11.8m；西北角负一、二层与写字楼地下室连通；场地南侧为天府三街，地下室开挖线距离红线约5m。基坑周边市政道管网很多，其中东、南侧市政道路下方设有2×2.2m、110kVA的主电力隧道，距基坑边线5m～8m，底板埋深5.6m～7.5m，对锚索施工影响较大，基坑周边环境条件极为复杂。

1.6 基坑降水

施工期间处于丰水期，由于受东侧地铁施工降水影响，地下水位偏低，测得地下水稳定水位埋深6.50m～9.60m。据收集到的资料，该场地年最高潜水位标高483.00m，埋深约3.0m，地下水渗透系数为24m/d。基岩面在地面以下16m～18m，由于基岩面较浅，基岩顶面1m～2m 地下水无法采用井点降水排出，必须在坑内设置排水沟和集水井，以明排疏干基坑表层的积水，基础电梯井、集水坑等超深部分降水须结合明排措施解决地下水对工程施工的影响。

降水方案：地下水采用重型井点（管井）降水方案。在基坑四周布置降水井，降水井间距约22.0 m，降水井深度30.0 m，共布置降水井29 口。

地下水明排：设置降水井后，电梯井、集水坑内地下水无法通过降水井降低至基岩顶面，该深度范围采用明排方式解决，坑内采用水泵抽排地下水。

1.7 基坑监测

监测项目有支护结构变形监测、支护结构应力监测、地下水位监测、临近建构筑物变形监测以及地面沉降监测等。支护结构位移允许值25 mm，警戒值20 mm，每天发展不超过2 mm；地面沉降允许值30 mm，警戒值20 mm，每天发展不超过3 mm；煤气管道沉降和位移允许值10 mm，每天发展不超过2 mm；自来水管沉降和位移允许值20 mm，每天发展不超过2 mm。支护结构应力警戒值：相应工况应力设计值的80%，任何情况下均不得超过结构、材料的设计承载能力。

斯里兰卡“星光蓝宝石”经过琢磨，通过放大镜可细细品味宝石中的“灿烂星光”。此外，在暗光下，普通的深蓝宝石显现为黑色，而优质的斯里兰卡蓝宝石在任何光照下都会保持本色。

2 基坑施工风险分析

2.1 基坑深度大、技术难度高

基坑面积16665 m，最大挖深22.35 m，挖方总量约30万m³，属于超大超深基坑。基坑变形控制极为严格，避免引起相邻建构筑物、地铁、道路及管线的变形破坏。基坑深度超过20 m，第四系冲洪积地层厚度18 m 左右，在四川属于超深基坑，支护结构承受的土压力大；基坑周边为高层建筑和城市主干道附加荷载也较大且临近地铁线，支护结构考虑地铁运营动等动荷载。支护桩超长，设备特殊、技术难度大，最大桩长超过30 m，最大桩径1.5 m，对成孔、孔壁稳定、垂直度控制、钢筋笼整体吊装等控制难度高。

2.2 变形控制要求严格

基坑周边环境敏感，如果控制不当，造成支护变形过大，周边的建构筑物将出现变形开裂或倾斜等情况；市政道路将沉陷、产生裂缝；市政雨污水管网破损导致水土流失，降低支护土体强度，进一步会破坏支撑体系的稳定性，造成更大变形。由于对超深基坑的总体变形量、变形规律等经验数据不足，因此变形控制难度高。为保障周边建构筑物的安全，该基坑监测数据必须及时分析形成报告，指导现场实际施工工区安排及工序衔接，总体变形量及变形速率必须严格控制。

3 支护施工技术

针对基坑的特殊场地条件和潜在安全风险，现场采用了上墙下桩施工技术、短自由段锚索施工技术、应力应变监测技术等措施来控制的基坑的变形。

3.1 上墙下桩施工技术

场地西侧为已建高层住宅，地下室负一层与前期地下室相连，受该条件限制，西侧支护上部利用原已建地下室外墙作为支护结构的一部分，下部为锚拉桩，整体为上墙下桩的分级支护体系，为保证原地下室结构的稳定，控制基坑变形对原地下室基础结构的影响变得尤为重要。在考虑以上因素的前提下，为减少对临近建筑物基础的影响，下部桩锚支护边界保持3 m 左右的距离，同时顶标高适当高于原基础顶2 m，保证原地下室基础适当的埋置深度，以减少其变形量，保证其结构安全稳定。采用上墙下桩方式充分利用原来的地下室外墙，在保证基坑安全的同时也节约了支护工程的造价。

3.2 短自由段锚索施工技术

据建筑基坑支护技术规程，锚杆自由段长度不小于5 m，应穿过潜在滑动面并进入稳定土层不小于1.5 m，且应能保证锚杆与被锚固结构体系的整体稳定。基坑周边市政道管网很多，西、北侧部分锚索要伸入已有建筑基础下方，基坑周边环境条件极为复杂，锚索施工对周边建构筑物影响较大。为尽量减少锚索施工对周边的影响，就需要减少锚索的长度，以便控制影响范围，降低对周边已有建构筑物筑基础下地层的扰动影响。

根据JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》中式4.7.5计算锚索自由段长度：

式中：l为锚杆自由段长度，m；为锚杆的倾角，（°）；锚杆锚头中点至基坑底面的距离，m；基坑底面至挡土构件嵌固段上基坑外侧主动土压力强度等值点0 的距离，m，对多层土地层，当存在多个等值点时应按其中最深处的等值点计算；为挡土构件的水平尺寸，m；为0 点以上各土层按厚度加权的内摩擦角平均值（°）。以图1 为典型剖面计算锚索的自由段长度，锚索自由段计算长度与实际长度如表2 所示。

表2 锚索自由段计算长度

锚索的张拉、锁定是保证保证发挥锚索预应力、减少基坑变形量的一道关键工序，当浆体达到设计强度的80%后进行张拉锁定。通过现场张拉试验，确定张拉及锁定工艺；在锚索张拉前，取10%～20%的设计张拉荷载，对锚索张拉1 次～2 次，使其各部位接触紧密，使钢绞线完全平直，以使钢绞线受力均匀，锚索张拉及锁定分级进行，严格按设计要求和操作规程执行；在设计张拉完成后，适时进行一次补偿张拉，然后加以锁定；补偿张拉后，从锚具量起，留出长5cm～10cm 钢绞线，其余部分截去，须用机械切割，严禁电弧烧割。然后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，最后对锚头采用不低于C25 的混凝土进行封锚，防止锈蚀和兼顾美观。

3.3 地下水控制技术

根据该项目地质条件及基坑开挖深度，基坑降水采取管井+明排相结合的方式。采用冲击钻机泥浆护壁钻进成井，成孔时控制好垂直度和孔径，降水井成井孔径60cm，降水井内管采用直径为30cm 的钢筋混凝土井管。设计过滤器为填砾过滤器，填砾规格5mm～10mm 砾石，填砾厚度大于10cm；砾石填至距地面2.50m 时，用黏土封孔。井管结构设计如下：30.00m 深降水井，上部2 根井壁管，下部10 根缠丝间距3mm 过滤管。成井时要求井孔应圆整垂直，井管焊接牢固，安装垂直。洗井采用活塞和空压机联合洗井，保证洗井质量，达到正常抽水时含砂率小于0.5‰。

为保证出水含砂率控制在1/100000 内，在滤水管由外到内采用50 目、100 目、150 目滤网缠绕，在缠绕滤网前先将降水管中的缠丝管缠绕上一层尼龙过滤网，保证粒径较大的砂砾与滤网分离开，在井管外侧设置砾石阻止一部分泥沙进入管井沉砂管，防止砂粒流失过大将引起周边沉降，对周边城市道路、建筑（构筑）物的正常使用造成很大影响，甚至更大的安全事故及严重的社会影响。

井管下入后立即填入滤料，滤料为5 mm～10 mm 的砾石滤料，填砾直径为5 mm～10mm，下部为4 mm～6 mm。滤料沿井孔四周用手推车均匀填入，以防不均与冲击井壁。以每推车为计量单位，填滤料时，宜保持连续性，把泥浆挤出井孔外，应边填边测滤料填入高度。当填入量与理论计算量不一致时，要及时查找原因。滤料必须符合级配要求，合格率要大于90%，杂质含量不大于3%。

3.4 应力应变监测技术

该基坑监测项目有支护结构变形监测、支护结构应力监测、地下水位监测、临近建构筑物变形监测以及地面沉降监测等。在施工过程中，将支护结构变形监测、支护结构应力监测作为重点，并对支护结构应力监测数据与支护结构变形监测数据统一进行分析。支护结构应力监测以桩身钢筋应力及锚索应力监测为主，通过系统分析，随着基坑土方开挖深度增加，支护结构的应力也随之增大，随着应力的增加，支护结构的变形也会增加，他们之间互为相关，相辅相成；支护结构的水平位移前期变化较大，随后渐趋于稳定。通过总结以上规律，控制支护体系的初期变形非常重要，这就需要严格按照分层分段开挖，边支护边开挖的原则，先张拉后开挖下层土体，做到严禁超挖，减少基坑的施工初始变形量，通过以上措施，特别是控制上部支护结构体系的变形量，对基坑整体及后期的变形量较为重要，基坑变形及结构应力一旦稳定后期变形量相对较少，其整体变形就会得到控制。

4 结语

该工程于2018 年10 月16 日开始土方开挖，2022 年3月基坑完成回填，基坑护壁任务完成，根据第三方监测机构提供的监测报告，支护结构最大水平位移为18.9 mm（位移允许值为25 mm，警戒值为20 mm），少于规范要求及设计计算变形量。基坑周边建构筑物无开裂及沉降现象，运行正常，基坑变形控制良好。