某医院病房楼建设项目基坑支护难点分析及其对策

某医院病房楼建设项目基坑支护难点分析及其对策

姚亚坤  王利广  杨新旺

国机中兴工程咨询有限公司，河南郑州，450007

摘要：医院停车难几乎在所有城市普遍存在，为了满足医院停车需要，医院地下停车场出现了地下二层、地下三层，甚至地下四层的设计，随着地下层数越多，对基坑支护设计的安全性要求越高，施工难度也进一步提高，特别是对地下水位高且支护层为砂层的基坑支护难度更大，基坑设计合理及施工工艺现场质量控制是此类深基坑安全可靠的关键。本文针对某病房楼高水位及支护层为砂层基坑的施工难点进行分析，并对施工过程的施工工艺及质量控制要点进行总结。

关键词：深基坑、高压旋喷桩、PRC管桩、锚索

正文：

一、项目概况：

某市综合病房楼项目位于该市医院院内，建筑面积64983.7㎡，其中地上53566.64㎡，地下11417.06㎡，地下2层，地上24层，建筑高度为97.1m，结构形式框剪结构，筏板基础，无上部结构的地下室部分设计为抗拔桩，主楼部分设计为素混凝土刚性桩。该建筑周边为医院其他建筑及学校、居民，该基坑位置为深六米水坑用建筑及生活垃圾回填成现状，本工程正负零高程62.3m，现有地面高程61.13m，基坑开挖深度11.15m和12.2m，基础最深部位为15.1m，项目地理位置离河较近，地下水位较浅，常年水位在地表下3.75m-5m位置，由于6米到12米之间为中粗砂，透水性强，基坑支护形式设计为3米以上0.8放坡,3米以下采用复合管桩+预应力锚索支护方案，设一排止水帷幕，结构安全等级为一级。

图1 鸟瞰图

二、项目基坑支护难点分析：

（一）地质条件复杂：

地勘报告显示：第一层为杂填土，主要有大量的建筑垃圾和生活垃圾，夹有桩头及预制板，层底深度5.1~7.5m，平均厚度6.26米。

第二层为中砂，层底深度10.5~12.4m，平均厚度6.26m；

第三层为粉质黏土，层底深度13.8m~15.1m,平均厚度3.01m；

第一层杂填土生活垃圾居多，个别位置为建筑垃圾，回填部分深度达六米多，由于垃圾固结度很差，放坡成型差，杂填土内个别桩头及预制板构件对止水帷幕施工、支护桩施工带来困难，对止水帷幕防水性能带来不确定性。

图2 上部为建筑垃圾，无法直接开挖导沟

（二）周边环境复杂；

 基坑东侧北段为7#病房楼，病房楼为地上6层，地下1层的框架结构，病房楼外墙距离本项目地下室外墙最近处为8m，距基坑上口线仅有2.5米，且该病房楼排水沟紧邻基坑开挖上口线；东侧南段为办公楼，距离地下车库边约11.8m；西侧为学校，围墙距离地下车库边约9.5m，距基坑开挖上口线仅有3.5米；南侧围墙外为三层村民自建房，围墙距离楼边11.5m，由于该建筑是在回填垃圾上施工，且房屋基础没有设置地梁基础导致部分房屋外墙早已开裂，政府定性为危房，北侧西段为交通主干道，距离车库边21.5m。除此以外，在主楼中间位置，还有一条直径为1.5米市政雨污水管道。周边建筑物安全及厂区内排水设施改造及防止渗漏是基坑安全关键。

图3 场地狭小，基坑东北角位置距离病房楼过近，南侧房屋为危房，西侧为学校

（三）地下水位高，含砂量大；

项目地理位置离河较近，地下水位较浅，常年水位在地表下3.75m-5m位置，由于6米到12米之间为中粗砂，透水性强，降水施工存在一定困难。另外由于基坑开挖深度较大，四周距离已有建（构）筑物位置相对较近，降水不当容易造成周围建筑不均匀沉降。

图4 支护导沟开挖不足三米已出现地下水        图5 底部5米至9米位置均为中砂

（四）基坑深度大、基坑施工及地下施工阶段存于雨季：

本工程正负零高程62.3m，现有地面高程61.13m，基坑开挖深度11.15m和12.2m，基础最深部位为15.1m，为该市已建项目中最深的基坑，按照施工计划基坑支护施工及地下结构施工处于6、7、8月雨季，这些不利因素对基坑安全构成影响。

（五）新工艺运用：

基坑支护形式1-1、2-2刨面，-4.07m以上采用1：0.8自然放坡，以下采用复合管桩+预应力锚索支护方案，设一排止水帷幕；3-3剖面-3.57m以上用1：1自然放坡，以下采用双排管桩+预应力锚索支护方案，设一排止水帷幕。预应力管桩直接插入止水帷幕桩孔形成复合管桩支护形式建筑项目运用较少，能借鉴的施工工艺及施工经验几乎为零，需要对施工工艺进行探索。

（六）距离7#楼病房楼过近，振动及产生的噪声大：

由于PRC管桩在施工过程中，采用静压方式，因下部有砂层，管桩无法直接静压至设计标高，需采用振动锤进行锤击。施工过程产生的振动及噪音较大，对医院、学校及周围居民生活影响较大，对周围建筑物安全可能会造成影响，施工工艺要求止水帷幕内沉桩时间不能超过8小时，如何安排施工是一个难题。

图6 紧挨7#病房楼，产生的振动及噪声大

（七）锚索穿透止水帷幕，易造成漏水；

由于采用复合管桩加预应力锚索设计，且锚索除7#楼位置其他部位均为3道，最深一道锚索在-9.57米位置，而锚索施工必然穿透止水帷幕，如施工方法或施工质量控制不严格，止水帷幕将在锚索孔处出现渗水问题。

三、针对本工程特点设计施工采取的应对措施：

（一）针对杂填土地质条件及场地管网的应对措施：

针对第一层六米厚建筑垃圾及生活垃圾施工方案，施工单位上报施工方案是导沟两侧用钢板桩先支护再开挖换填，此方案施工费用高，施工工期长，开挖过程同样存在坍塌风险，现场试验，导沟开挖后，两侧土方随即出现裂缝坍塌等情况发生，项目咨询部立即邀请支护设计单位及项目设计咨询团队参与施工方案讨论，同时外出考察相似项目的措施，最终确定采取基坑整体先开挖上层三米垃圾土，3米以上边坡进行修坡喷浆支护，施工完成后再在3米位置开挖止水帷幕施工导沟位置再挖三米深探沟随挖随填，挖出导沟内大块垃圾，确保止水帷幕施工不受大块垃圾影响，开挖成施工导沟，彻底解决了建筑垃圾混凝土大块对高压旋喷桩施工的影响，避免换填塌方危险，保证连续施工。主楼中间位置的雨污水管道，为项目南侧住户日常生活排水，不可切断，需要改迁，基坑开挖前将该管道沿围墙位置重新进行铺设，尽量远往外避开基坑位置，迁改过程监督施工质量，确保管道不渗不漏，施工完成后又对管道内壁进行缝隙处理，避免管道渗水对基坑安全带来安全隐患。

   （二）周边建筑保护措施：

1.方案专家评审：

在基坑支护设计方案评审时，项目咨询部将项目周边复杂的环境告知评审专家，让专家重点审查7号楼周边部位设计方案，经过专家评审后，将原设计方案中管桩间距1.4m调整为1.3m，针对7#楼双排14米长管桩调整为15米，同时增加两道锚索，保证7#楼建筑安全，同时加长基坑各剖面锚索长度，从结构上保证基坑安全。降水井设置位置均在止水帷幕内墙与结构施工挡土墙之间设置，止水帷幕外设置观察井，确保降水作业直降基坑内水，基坑外水位保持稳定，避免周围建筑因地下水位下降出现沉降。

图7 将原设计方案为双排14米管桩调整为15米，同时增加两道锚索。

图8 原方案管桩间距1.4米        图9 通过评审的方案管桩间距调整为1.3米

图10 原方案2-2剖面锚索长度图                      图11评审通过的方案图

2．周边环境持续监测：

在施工开始前，项目部组织建设及施工单位对周边环境进行了拍照，留存原始影像，针对南侧房屋加密监测点，做到每日进行监测，同时提前与办事处沟通对接，提前到危房内进行了情况核实，避免后期出现争议，在管桩施工阶段安排专人观察南侧民房开裂情况，出现特殊情况必须立即停止施工。

3．病房楼污水管道处理措施：

由于基坑紧邻7#病房楼楼，设计为双排管桩，周边土质较好，没有建筑垃圾，为保证7#楼的结构安全性，7#楼周边未采取先下挖3米处理垃圾土的方式，而是直接在原地面直接开挖导沟，进行复合管桩的施工，复合管桩完成后再施工上部3米位置的放坡。在7#楼南侧冠梁施工开挖上部土方时，原上部用砖砌筑的污水沟由于长时间未维护，已出现严重的渗漏情况，且7#病房楼还在正常运行，如不处理后期将对基坑的安全将造成重大隐患，项目咨询部果断要求施工单位拆除原污水沟，利用夜间排水量小的有利条件安装不容易渗漏管道，确保施工期间不出现管道渗漏，同时加快冠梁施工，待冠梁施工完成后在冠梁上部砌筑挡土墙，在挡土墙内部填沙土夯实，上部采用波纹管重新埋管，将漏水问题彻底解决，该方案也得到了设计单位的认可。

  （三）现场水位过高应对措施：

在上部3米杂填土开挖完成后，项目咨询部立即要求施工单位进行降水井的施工作业，并且严格按照图纸设计要求，滤管及潜水泵均包裹双层滤网，控制抽水含砂量，滤料选择分选性较好的砾石和砾砂，管井完成后及时进行洗井，直至过滤器及滤料畅通，控制抽水含砂量。

因基坑四周环境复杂，为防止降水过快造成周边建筑物出现沉降，故采取较慢的降水的方式，避免水位下降过快对周边建筑物造成影响，同时加强基坑内外的水位、基坑及周边建筑物的沉降监测，确保安全。

（四）深基坑应对措施：

基坑开挖深度平均在负11.15m和12.2m，属于超危工程，且项目地质及周边环境复杂，如施工方案不当，极易造成安全事故发生，为此，项目咨询部多次组织施工单位、基坑支护设计单位、全过程工程咨询设计咨询团队专家到现场实地查看项目特征，对施工方案进行讨论，最终确定采取先开挖上层三米杂填土，三米以下部位再开挖导沟，出现大块建筑垃圾的时进行清理，有效解决止水帷幕施工无法开挖导沟的问题，由于主楼比地库基础开挖深度深1.1米，为保证基坑安全，采取由地库向主楼分区施工的方式方案，在工程桩检测完成后，分区验槽，分区施工，分区浇筑，分区回填，保证基坑周边相互牵制，确保基坑安全。

图11 （B、C、D区为主楼位置，A、E、F区为地库，其中F区保留为施工坡道）

施工顺序由A、E到B、D到C到F

（五）新工艺运用及针对振动、噪声大的应对措施：

本工程支护桩为复合桩。采用复合桩植入法施工工艺，外芯为D700高压旋喷桩，内芯为PRC管桩。项目咨询部成员对该种桩型均不了解，为进一步了解该PRC管桩的工艺特征，项目咨询部组织建设单位到管桩生产厂家进行考察，了解该管桩的特点，通过考察得知该管桩抗弯抗剪性能均优于同截面的灌注桩，位移延性好，成桩后桩身混凝土强度≥C80，用于支护工程比混凝土灌注桩有明显的工期优势及环保优势。

为了保证止水帷幕止水性能，施工过程中，首先在原材料选择上，必须选用高品质水泥，控制高压旋喷桩的水灰比，过程中加大抽检频率，确保施工质量，同时控制高压旋喷桩施工完成与PRC管桩下桩的时间间隔，下桩时间过早，高压旋喷水泥浆未成型，PRC管桩压入容易造成水泥浆挤压至两侧，无法形成止水帷幕，如下桩时间过晚，水泥成型，高压下桩后破坏高压旋喷成型的止水帷幕，容易形成冷缝，无法有效截水，后期修补困难。设计图纸要求PRC管桩压桩时间需在高压旋喷桩完成后1小时内压入，间隔不得超过2小时，但当时施工周期处于冬季，天气寒冷，水泥凝固周期较长，且项目处于中心城区，紧邻7#病房楼，南侧紧邻民房，西侧为学校，北侧主路外为居民小区，压桩穿过砂层时，需采用锤击的方式，产生较大的振动及噪音，而止水帷幕要求24小时连续作业，不得断开，如夜间强行进行锤击施工，极易引起投诉，造成停工。经过多方探讨，最终确定将振动及噪音较大的PRC管桩压桩时间控制在早上五点开始晚上十一点结束，噪声较小的高压旋喷桩则24小时连续作业。另一方面，因主楼管桩与地库管桩设计长度及标高均不一致，压桩桩顶标高的控制也是重点之一，项目咨询部要求施工单位在每根桩的压桩过程中，通过水准仪等设备，对每根管桩的桩顶标高进行严格控制，确保工程桩桩顶标高符合设计要求。

（六）锚索施工穿透止水帷幕应对措施：

在冠梁施工完成后，支护进入锚索施工阶段，因锚索钢绞线最长长度为24米，且需要穿透止水帷幕，在第一次锚索施工前，项目咨询部要求施工单位提前做好技术及安全交底，除严格按照设计图纸及审查通过的施工方案进行施工，同时注意二次注浆质量，严格检测水灰比，避免后期出现漏水情况。龄期到达才可进行张拉，张拉值满足设计要求。 

 三、项目管控成果

基坑支护工程于2021年12月8日开工，2022年3月5日，支护工程复合管桩全部顺利完成，3月20日，所有冠梁施工完成，4月29日，第一道锚索施工完成，5月24日，第二道锚索施工完成，12月9日，F区（坡道位置）最后一道锚索施工完成，施工过程克服了疫情管控导致的材料无法进场、扬尘管控无法施工

图12 基坑全部回填并硬化完成

作业、春节假期及复杂的地质条件等多重困难，基坑支护工程顺利施工完成，通过每日的基坑沉降观测，基坑未出现异常变形问题，周围建筑物未发生任何结构问题，2023年3月初，基坑全部回填完成，项目最大的超危工程及安全隐患彻底消除。采用新型支护工艺比采用传统灌注桩支护工艺节约投资约四百万左右，带来可观经济效益，同时施工进度快，现场污染少。但是该工艺需要严格过程控制，施工过程不严格都可能带来基坑质量问题。该设计方案对场地狭小，周边环境复杂尤其适合。