复杂环境条件下基坑围护及施工技术

复杂环境条件下基坑围护及施工技术

姚飞

广东中城建设集团有限公司广东广州510000

摘要：基坑围护结构是稳定基坑的一种临时挡墙结构，对确保基坑工程及周边环境安全具有十分重要的作用。本文对复杂环境条件下基坑围护及施工技术展开了研究，对其围护方案进行了分析，并详细介绍了基坑围护的施工及其施工监测，旨在为类似工程施工提供参考借鉴。

关键词：复杂环境条件；基坑围护；施工技术

0引言

随着我国国民经济的快速发展，建筑行业作为我国国民经济的重要支柱产业之一，也取得了极大的进步。当前，大型建筑工程施工日益增加，基坑施工也越来越广泛，而基坑围护施工作为基坑施工中的重要组成部分，其施工技术在建筑工程施工中具有广阔的发展前景。基坑围护施工不仅能够保证基坑的稳定性及坑内施工的安全，而且对确保附近构建物的正常使用具有十分重要的作用。基于此，笔者结合工程实例进行了介绍。

1工程概况

某工程项目包括七栋高层建筑、一栋公建和一个地下车库。其中2#楼、3#楼已结构封顶，7#楼正进行上部结构施工（目前已施工至12层），地下车库西侧部分已施工至地面。本次围护设计主要考虑剩余部分的地下车库、1#楼、4～6#楼以及公建的施工。基坑围护挡土结构长约1100m，基坑总面积约为24000m2。其中1#、4#、5#楼基坑及地下车库挖深9～10m，6#楼基坑挖深4.6m，公建部分基坑挖深达17.35m。

2周边环境

工程项目北侧围护内边线距离规划红线最近为五米，红线外五米为公路，其中6#楼挖土深度较浅，其3倍挖深范围内无管线及构筑物；地下车库3倍挖深范围内亦无管线，但北侧有一幢待建2层建筑，距离地下车库围护结构内边线最近处为20.1m，该建筑高度为15m，钟楼高度36m，其基础形式为桩基础（φ400mm的PHC桩，桩长为自然地坪下25m）。西侧基坑开挖面距离红线最近处为70m。按距离基坑由近及远分布有φ700mm煤气、φ300mm给水、φ450mm雨水、电力等管线。另外，本侧有轨道交通11号线，地铁隧道外边缘距离基坑最近处为52m。这一侧主要为本工程已完成的地下车库和已封顶的3#楼以及在建的7#楼。南侧4＃楼基坑围护内边线距离规划红线最近处为17.3m，红线外为多幢7层建筑物，这些建筑物年代久远，主要采用条形基础（基础面积系数较大），基础埋深约1.1m，距离本工程基坑开挖面最近为28.7m；1＃楼围护内边线距离红线最近处为7m。东侧距离红线最近处为5m。

3工程地质条件

根据工程项目的岩土工程勘察报告书可知，工程开挖38m影响范围内均为粉质、淤泥质黏土及砂质粉土，渗透系数一般。

4围护方案

综合考虑挖土深度及周边环境，对挖深较浅的基坑采用重力坝围护形式，挖深较深的基坑及车库区域采用“钻孔灌注桩挡土+搅拌桩止水+1道（1#楼以周边地下车库基坑为2道）内支撑”的围护形式。公建部分由于挖土深度较深，采用“地下连续墙（两墙合一）围护+3道内支撑”的围护形式。

4.1挡土止水结构

1#楼区域开挖深度10m，拟与地下车库设统一围护，同时开挖。围护选用φ900mm钻孔灌注桩加φ850mm三轴搅拌桩止水的形式。

4#楼、5#楼区域开挖深度为9m，亦与地下车库设统一围护，同时开挖。但在该开挖深度范围内仅采用1道支撑，增加了基坑施工的风险，故考虑在此坑外进行大面积卸土，以尽量减小基坑开挖深度：坑外卸土厚度600mm、平台宽度不小于15m。止水桩采用三轴搅拌桩，围护形式选用φ900mm钻孔灌注桩加φ850mm三轴搅拌桩止水的形式。在这中间，由于5#楼有局部深坑落深较大，遂将钻孔桩桩径增加至1000mm。

6#楼区域开挖深度4.6m，西侧、北侧和东侧拟采用重力坝进行围护，并结合坑外卸土，卸土宽度和深度分别为8m和0.6m，坝体宽度3.2m；因为南侧大部分为已建地下车库，局部为待建地下车库，所以在待建车库区域直接放坡开挖。在6#楼与待建地下车库的高差区域，二者高差4.05m，采用重力式挡土墙围护。

车库区域开挖深度分别为8.65m、8.85m和9.65m。基坑围护方案拟采用钻孔灌注桩作为挡土结构，只是其中东侧距离公建较近，而公建已采用地下连续墙作为围护结构，因此该侧亦直接采用地下连续墙进行围护，即在地下车库开挖前即完成该侧地下连续墙施工。南侧1#楼和2#楼区域地下车库开挖深度为9.65m，方案拟采用竖向2道支撑进行支护；西侧为已施工地下车库，二者的分隔围护桩在开挖期间保留，以作为支撑水平支点，待地下车库底板传力带完成并养护至设计强度时，再考虑凿除钻孔桩隔墙。西侧已施工完成车库南北向宽度36m，东西向长度70m，坑内共存在295根工程桩及20根立柱桩。经计算，在不考虑南北两侧围护钻孔桩对其侧向约束的情况下，其结构自重产生的静摩擦力及钻孔桩的水平抗力已满足其稳定要求，故在开挖车库一区时，毋需对其再采用支撑措施。

公建区域的主楼基坑开挖深度有17.35m，裙房区域开挖深度15.9m。主楼位于基坑中部，局部延伸至坑边。方案考虑采用“两墙合一”的形式进行围护，根据环境要求，东、北两侧采用厚1m的地下连续墙作围护。由于西侧及南侧为已建地下车库，环境宽松，墙体承受荷载较小，因此选用厚0.8m的地下连续墙作围护。

4.2支撑系统

支撑结构设计是基坑围护设计的核心内容。应根据工程实际情况考虑到施工安全、施工工期、施工流程等诸多因素，从结构自身入手，充分研究不同结构形式的受力特点、整体刚度差异，从中选取受力性能最好、整体刚度最大的结构作为支撑结构。这里分别就车库和公建部分深坑的支撑系统进行分析。

4.2.1车库及主楼基坑的支撑设计

除1#楼及其周边地下车库区域外，竖向拟采用1道钢筋混凝土支撑进行支护，方案中考虑到：如落低支撑标高，对基坑的稳定、变形控制将更加有利，故支撑中心标高设为地面以下2.5m，圈梁采用内翻形式，以减小施工圈梁工况下围护结构的变形。1#楼及其周边地下车库区域开挖深度9.65～10m，为此，方案考虑采用2道混凝土支撑进行支护，以减小围护结构变形对周边管线的影响，支撑中心标高分别为自然地面以下1.1m和6.1m。

从平面上来看，由于基坑形状复杂，西侧为已建车库，与该期施工地下车库相接，方案拟采用对撑+角撑的形式进行支撑。支撑系统采用C40混凝土，圈梁截面尺寸800mm×1200mm，主支撑截面尺寸900mm×900mm，连杆截面尺寸750mm×750mm。

4.2.2车库B区南侧及车库B区北侧相邻部位基坑的支撑设计

由于车库B区不是同时开挖，所以在其相邻部位需考虑工况不同情况下的支撑布置（因此，该区域支撑杆件设计与施工稍显复杂），同时要求在施工车库北侧支撑时，相邻部位的南侧支撑需先行浇筑完成。

4.2.3公建部分基坑的支撑设计

该基坑最大特点是深度大，达15.9～17.35m，且边长较长，长边长度达220m，短边长度最大也达到85m，对支撑的刚度削弱较大；同时基坑暴露时间较长，支撑混凝土徐变引起的围护结构变形量也不容忽视。在本基坑设计方案中，竖向拟采用3道钢筋混凝土支撑，其支撑中心标高分别为地面以下3m、7m和12m。因主楼局部区域距离坑边较近，故方案考虑设置下琵琶撑，开挖至设计标高后即施工底板垫层（局部增厚至300mm，设计强度提高至C30），垫层强度达到C25后拆除下琵琶撑，并进行底板施工。

本基坑平面形状相对较为规则，方案中主要考虑采用桁架加角撑的布置形式，避免出现过长的主支撑杆件。

4.3立柱

本工程立柱采用钻孔灌注桩加格构立柱的形式。立柱基础尽可能利用工程桩，并要求桩径不足800mm的工程桩上部3m范围扩径至800mm，不能利用工程桩的立柱基础，则采用φ800mm钻孔桩，根据受力及是否为栈桥区域，桩长18～36m不等。立柱采用480mm×480mm格构钢立柱，主受力构件为4根160mm×14mm的等边角钢，立柱插入钻孔桩基础3m，在钻孔桩上部3m区域，必要时需进行箍筋加强。

4.4局部加固

公建区域基坑的东侧距离公路较近，方案中考虑对其进行裙边式加固。由于加固深度较深，因此，坑内采用三轴搅拌桩加固，深度6m，宽度6m，水泥掺量20%，第1道支撑顶标高至坑底标高水泥掺量10%，垫层厚度局部增加至300mm，强度等级提高至C30。

4＃楼靠近既有7层楼民居处，以及1＃楼西侧、南侧均采用二轴搅拌桩进行坑内加固。

为了控制基坑变形，要求1＃楼、4＃楼、5＃楼垫层加厚至200～250mm，混凝土强度设计等级提高至C35早强，必要时可配φ8mm@250mm双向钢筋。对电梯坑、消防集水坑等部位亦都进行相应的加固。

4.5施工栈桥

车库及除1#楼外的主楼区域均采用1道支撑系统，不再设置挖土栈桥，而是采用建筑垃圾结合路基箱回填成坡道下基坑进行土方开挖；1#楼采用2道混凝土支撑，经研究，决定结合周边施工场地安排，在1#楼北侧设置挖土平台。

由于公建部分的基坑采用3道支撑，因此拟设置南北向通长的施工栈桥，并设置多个挖土平台，提高土方开挖效率。

4.6承压水

根据计算，公建基坑开挖深度下基坑抗承压水安全系数不满足要求，因此另行设置了消压井，在开挖前降低承压水水头标高，以免基坑产生突涌。

5施工过程中的主要措施及要求

5.1井点降水

进行井点降水可以改善挖土条件和改良坑内土的物理、力学指标，提高基坑整体稳定的安全储备，进一步减小产生管涌的可能性。本工程6#楼采用轻型井点进行坑内降水，车库和公建部位采用真空深井进行坑内降水，并提出以下施工要求。

（1）在围护桩施工完成后设置井点。

（2）坑内水位降至底板底0.5～1.0m后方可开挖，在大面积土方开挖时可逐套拔除坑内井点。

（3）井点冲孔深度应超过滤管底0.5m，同时确保粗砂滤层的施工质量，做到出水常清，对出水浑浊的井点管应予以更换或关闭。

5.2土方开挖

（1）土方开挖的原则：分层、分块、留土护坡、对称、平衡。

（2）应先开挖基坑支撑上方的土体至设计标高，待支撑施工完毕、强度达到设计要求后，再继续向下开挖，严禁先挖后撑。

（3）土方开挖时要随时进行轴线复核及水平标高测量，注意土面的平整及坑内土体的加固区域。

（4）开挖最下一层土方时，随挖随浇筑垫层，无垫层坑底最大暴露面积不大于200m2，混凝土垫层直接浇筑至围护桩内侧面，使垫层能够起到一道支撑的作用，以减小桩体位移对周围环境可能造成的有害影响。

（5）地面施工超载不得大于20kN/m2，排水明沟不得沿围护桩边设置。

（6）挖土机开挖中严禁碰撞栈桥支撑、深井管及加固栈桥所用的钢立柱。

（7）坑底须留30cm土体，采用人工清除。

（8）下雨天应注意及时排水，严禁基坑被雨水浸泡。

6施工监测及效果

为保证基坑施工的安全进行，我们在基坑重要部位设置了监测点，指派专人收集并反馈监测结果。

在基坑施工过程中为加强对监测资料的收集、分析和反应，成立了基坑施工应急领导小组，以协调组织各分包单位对施工问题的快速反应，加强对支撑和围护体变形的监控。

在施工监测中，对原始数据及时收集并进行分析，去伪存真，再绘制观测读数与时间、深度及开挖过程曲线，按施工阶段提出简报。监测工作贯穿基坑工程始终，待全部资料备齐后，应提供完整电子版监测数据、监测时程曲线图及监测报告于围护设计单位及相关各方。

从施工围护结构到基坑开挖前，监测频率逐步加大：施工围护结构期间，每天至少测1次；其余时间，每3d测1次；基坑开挖阶段，所有测点每天至少测1次；底板浇筑完毕后，每3d测1次；支撑拆除时，每天至少测1次；特殊阶段另定。监测数据如达到或超过报警值应及时通报有关各方，以期尽快采取有效措施保证本工程顺利进展。

经测定，本工程基坑围护桩顶的水平变位、围护桩身的深层水平位移以及坑外地下水、原有管线、既有建筑等均未发生大的变化，工程得以顺利进行。

7结语

综上所述，基坑围护施工技术关系到基坑工程施工的安全、顺利进行，并且与施工人员的生命财产安全及邻近建筑物的正常使用息息相关。因此，在复杂环境条件下的基坑施工中，施工人员要充分做好基坑围护施工前的分析和准备工作，并严格按照相关规范要求进行施工，同时还要加强对施工的监测工作，从而确保基坑围护的施工质量，保障工程施工的安全、顺利进行。

参考文献：

[1]杨朔伟.关于建筑工程中基坑围护施工技术的探讨[J].江西建材.2015（16）

[2]余普红.建筑工程基坑围护施工技术探讨[J].建材与装饰.2016（15）