复杂场地的深基坑支护及监测

复杂场地的深基坑支护及监测

施振华

泉州市土木建筑学会

摘要：由于工程地质条件较差、开挖深度较大、周边建筑距离近，使基坑支护工程施工难度增大，为保证基坑边坡安全， 本文通过工程实例介绍了该类场地上的支护施工方案，通过采用冲孔灌注桩+钢支撑作为本基坑工程的主体围护形式，以冲孔灌注桩挡土，灌注桩间采用喷射混凝土，外侧采用水泥搅拌桩止水帷幕结构，灌注桩顶用钢筋混凝土圈梁连成一体。说明以上支护方案在居民区且地质复杂深基坑工程中是切实可行的， 可为位于居民区且地质条件复杂地深基坑支护工程提供借鉴。

关键词：深基坑；围护；冲孔灌注桩；钢支撑；监测

一、施工技术概况及难点

(1)本工程开挖面积较大，开挖深度较大。周围建筑为天然地基浅基础，距离围护结构外边线最近处仅2.6m。同时，某些建筑长边方向平行于基坑，对基坑开挖产生的变形及沉降非常敏感，极易产生裂缝等不利状况。

(2)本工程地下结构施工临近居民区和燃气调压站，最近处不到3 m，场地较为狭窄，可利用的空间较为有限。

(3)地质条件复杂：依次为杂填土厚度1.70～3.50米；淤泥厚度9.50～16.20米；粉质

粘土厚度1.80～11.00米；残积砾质粘性土3.70～10.60米,土层孤石分布密度较大。

(4)工期紧，要求4个月完成±O.00以下的施工。

二、施工围护方案及要求

根据本工程基坑的周边环境特点，经专家论证，采用冲孔灌注桩+钢支撑作为本基坑工程的主体围护形式，以冲孔灌注桩挡土，外侧采用水泥搅拌桩止水结构，灌注桩顶用钢筋混凝土圈梁连成一体。

(1)挡土体系

基坑围护体系采用φ900@1200mm冲孔灌注桩+1道钢管支撑，桩端入土深度为17.Om～21.0m，同时，外围水泥土搅拌桩止水帷幕，入土深度为12m采用2排φ600@500mm咬合100mm水泥土搅拌桩作为隔水帷幕。

(2)内支撑系统

基坑内部分设置1道内支撑。根据基坑实际形状，支撑采用对撑+角撑的形式。

(3)支撑立柱

钢立柱截面尺寸为550mm X 550mm，采用4L125mmX12mm钢格构柱，立柱桩采用φ900mm灌注桩，桩端入土深度基坑底以下16.Om。同时，因本工程采用灌注桩施工，且支撑立柱桩布置刚好与工程重合，故支撑立柱灌注桩可以利用工程桩而不用重新打设减少施工成本费用。

(4)降水

本工程采用冲孔灌注桩间采用喷射砼，外侧采用双排水泥搅拌桩止水帷幕结构，形成对周围地下水隔断只需把坑内原有的水及时排出，避免应降水导致周围地下水位降低对周边老旧建筑产生不利影响。

三、冲孔灌注桩施工

根据施工条件及施工经验，本工程的冲孔灌注桩施工采用冲击成孔，人工造浆与孔内原土自然造浆相结合护壁，正循环二次清孔除渣，导管回顶法灌注水下混凝土成桩的施工工艺。其具体施工顺序为：

测量放线→护筒埋设→桩机安装就位→冲击成孔→一次清孔→钢筋笼的制作与安放→下灌注导管→二次清孔→水下混凝土灌注。

四、混凝土圈梁施工

(1)定位放灰线

以轴线坐标为控制点，用经纬仪准确测出圈梁位置并打好白灰线，经验收后，再通知挖土。标高控制应以高程为控制点，用水准仪测出圈梁顶标高，然后向下开挖1000mm，高底差不超过15mm；梁槽挖好后测出模板边线，确保圈梁截面尺寸，模板支好后，再用水准仪测出模板顶标高，高差不应超过5mm。

(2)挖土施工

因自然地面到圈梁顶高存在一定的高差，所以，基坑外侧以1：0.8放坡至圈梁顶标高后，垂直挖土至梁底标高，再用人工按经纬仪测定的圈外梁边线，槽底按水准仪测定的标高修整，以保证底标高一致。留出用以绑钢筋、支模板、材料水平运输和预留钢筋的空间。挖出的土方暂时堆放在场地内，待圈梁施工好后部分用做回填。

(3)冲孔灌注桩超高部分凿除

对于冲孔灌注桩超出标高的以上部分(为保证钻孔灌注桩混凝土质量，会有超灌0.8m以保证桩头混凝土强度)，需人工对其进行凿除。

(4)钢筋制作

钢筋加工及堆放应在现场进行。制作配料时，φ16mm~φ22mm的水平钢筋采用闪光对焊，长度不超过20m。φ22mm以上水平钢筋的连接采用直螺套筒。小直径钢筋采用搭接。

钢筋接头位置、搭接长度、锚固长度等应符合设计要求和施工规范，钢筋绑扎要求规格正确，所扎钢筋不应受泥土污染，一旦受污染则要及时清理，支撑梁的钢筋要与立柱连在一起。底钢筋要在垫层上分好尺寸就位，以保证支撑梁位置准确，确保保护层厚度满足设计要求。

(5)支模板工程

围护钻孔灌注桩桩隙间的地模不再铺设底模板，而应铺垫100mm厚砂石垫层，并用20mm 1：3的水泥砂浆找平，然后刷1层隔离剂，并铺设1层油毡作为底模，以保证在下次挖土时顺利脱模。底模施工时应注意其标高控制，使每个支撑杆件中心线保持在同一水平线上。

钢筋笼制作、安放好后，按混凝土圈梁的边线，在两边架设木模板，并用钢管、扣件固定。安装结束后，复核垂直度、中心线、标高及各部位的几何尺寸，保证结构部位的几何尺寸和相临位置的正确。验收合格后，方可进行后续的混凝土浇注作业。支模完成后，应将工作面内的垃圾清理干净。混凝土浇注时，应有专人护模，经常检查模板、支撑等是否有移位、松动和变形等不良现象，一旦出现，须及时修复处理，保证混凝土外形美观。

(6)混凝土浇注和养护

混凝土采用商品混凝土，根据每次浇捣部位，制定出浇捣流向及泵车布置位置，采用泵车接软管、硬管布料。浇捣前，必须事先与搅拌站取得联系，要求提供混凝土配合比单及有关水泥等材质证明单后，方可浇筑。

振捣时，依次均匀振捣，应做到不漏振、不紧靠模板和钢筋，待混凝土表面无气泡出现即拔出进入下一振点，不能松手使棒头入土。应防止蜂窝麻面、露筋等质量缺陷产生。浇筑过程中，设置专人检测坍落度，发现异常情况，应及时与搅拌站取得联系，采取措施。需制多组作试块以检测围护体系是否达到设计强度。

(7)拆模

拆模后，应把模板清理干净，刷好油堆放好，并把固定的对拉螺栓拔出以便于下段圈梁周转使用。

(8)回填土

考虑到其它工序的施工，圈梁板拆除后，除预留钢筋的位置外，其它部位均应回填。填土前，将坑内的积水排除，并将垃圾清理干净。填土必须分层进行，采用蛙夯进行夯实。

五、钢支撑施工

作为施工难点本文着重论述钢支撑施工要点，本工程的钢支撑体系呈网格状分布，支撑结构由φ609mm钢管支撑、混凝土围檩、型钢立柱等所组成，每道支撑形成一个平面支承系统，以平衡由围檩所传递的水、土侧向压力。按照“先撑后挖”的原则，先开槽安装好钢支撑后再进行土方开挖。在施工中需特别注意：各个连接件的位置应正确，连接牢固、可靠、稳定。

(1)钢支撑安装技术要求

钢支撑安装时，应确保支撑端头同围檩均匀接触，并设置防止钢支撑端部移动、脱落的构造措施。支撑的安装应符合钢支撑轴线竖向偏差土30mm、支撑轴线水平向偏差土30mm、支撑两端的标高差不大于20mm和支撑长度的1/600、支撑的挠曲度不大于I/1000的规定。

(2)支撑立柱桩顶部处理

在挖土过程中，同时将钢格构柱内的混凝土由上自下分段凿除，并在钢管连接位置下焊接托架。在型钢立柱上焊牛腿以支承钢管。钢管采用分段人工开槽安装，焊接在支撑格构柱的托架上。在必要时，可在某些相邻支撑立柱桩之间加槽钢剪刀斜撑，以增加整个支撑体系的纵向稳定性。

(3)安装支撑

安装支撑前，先将预埋铁凿出，通过水准仪及控制线测出支撑两端与围檩的接触点，并作好标记，以保证支撑与墙面垂直且位置准确。在围檩预埋件上焊接钢牛腿，钢牛腿面标高为该钢支撑底标高。安装钢管支撑，将其接头处法兰螺丝拧紧。对于斜撑和对撑端头需与预埋铁焊接，焊缝要满焊牢固，焊缝高度≥10mm，并应保证端头板面与支撑垂直。由于构件较长，我们采用了4点吊点，根据预先配置连接好的支撑，整根吊装就位。在检查支撑安装符合要求后，采用液压千斤顶进行单端或两端同时施加预应力。在施加预应力时，要密切注意支撑全长的弯曲和电焊异常情况，所加预应力值应满足设计要求，并及时压紧固定斜口钢锲。

(4)预应力施工及复加施工

用油压千斤顶在钢管支撑的端部施加顶紧力，最好两端同时进行。加轴力前，约束钢管侧向变形，但不影响轴向变形。加好轴力后，在钢管端部焊上八字撑，并将钢管交叉处的上、下抱箍焊死。为方便施工并保持千斤顶顶伸力一致，2台千斤顶应用专用托架固定成整体，接通油管后，即可开泵施工预应力。预应力施加到设计要求后，在活络头子中用锲型钢板垫块填塞活络头子中间的空隙，应保证紧密接触，防止预应力损失。然后回油松开千斤顶，解开起吊钢丝绳，完成该根支撑安装和预应力施加。

钢支撑应根据挖土进度随挖随撑，挖好一小段土方后，要立即安装好相应位置的钢支撑，并施加预应力。然后加强对支撑预应力的观察，在第一次加预应力后12h内，观测预应力损失及墙体水平位移，并复加预应力至设计值。当昼夜温差过大导致支撑预应力损失时，应立即在当天低温时段复加预应力至设计值。当墙体水平位移速率超过警戒值时，可在支撑轴力和挡墙弯矩设计容许范围内，适当增加支撑轴力以控制变形。

六、基坑监测

本工程根据基坑开挖深度、支护结构的特点、所处的周边环境条件及设计要求，基坑开挖监测设置以下几项：1、基坑坡顶水平位移；2、基坑坡顶垂直沉降；3、基坑周边建筑物及道路垂直沉降；4、立柱垂直沉降；5、桩身钢筋应力和梁钢筋应力；6、深层位移（测斜）；7、地下水位；8、周边建筑物裂缝。

监测频率为基坑开挖期间，每天观测一次；其余时间为7天一次，监测至地下室施工完毕；遇台风暴雨期间应加密观测。每次实测后应及时记录汇总，若发现数据异常应立即再次现场测量，以核实结果。如数据超过预警值第一时间各通知参建单位并采取相应的处理预案。

七、结语

根据本工程在实施过程的监测数据，围护墙顶级水平位移、墙体内的倾斜或水平位移(测斜)、支撑轴力、立柱沉降、坑外地下水位、周边建筑物的沉降、坑外地表沉降的变化均没有超出报警值。在施工过程中，规范施工、动态管理、信息化施工，并结合现场实际情况，特制定了应急抢险措施。实践证明，在居民密集区、场地复杂、地质条件差的深基坑施工，采用冲孔灌注桩+钢支撑作为本基坑工程的主体围护形式，是成功可行的。

参考文献：

[1] 王钊.基础工程原理[M]. 武汉：武汉大学出版社， 2001.

[2] 梅国雄，宰金珉. 固结有限层理论与应用[M]. 科学出版社，2006.

[3] 刘俊岩，建筑基坑工程监测技术规范实施手册. 中国建筑工业出版社，2010.

[4] 建筑基坑支护技术规程 JGJ120-99