教育类论文：深基坑工程的方案选择、施工控制及应急处置

  1 工程概况

某综合楼建筑总高度为60.3 m，开挖深度10 m,占地面积6 814 m2，总建筑面积48 972.21m2，为一类高层公共建筑。

拟建工程南侧距裙楼约12.6 m,裙楼北侧有电力电缆线路和雨污水管道及消防水管;西侧距离城市深水港河约6 m，深水港河在拟建基坑南侧有连接桥一座;北侧距某公司附房约9.3  m，距其围墙约5.5  m;东侧为道路辅路和绿化带，绿化带内规划有地铁线路。表明拟建工程周边环境复杂，对基坑支护设计和施工提出了较高要求。

2 深基坑围护方案分析和选型

2.1 基坑围护方案及结构选型

按照国家标准《建筑基坑支护设计规程》}JGJ120-2012)1 `}，工程基坑侧壁安全等级为一级。综合考虑该基坑特点、周围环境和土层特性，按照"安全可靠、经济合理、技术可行、施工方便"的原则进行基坑工程的支护结构体系设计。

基坑开挖深度为9.2一9.5  m，南侧靠近承台处埋深为9.7  m，局部坑中坑靠近基坑边，开挖深度为12 m。考虑基坑周边管线复杂，距离周边裙楼和驳岸距离较近等情况，支护形式可选取以下方案:1)钢筋混凝土地下连续墙+逆作法施工工艺;2)钢筋混凝土灌注桩+内支撑;3)钢筋混凝土门式灌注桩;4)钢筋混凝土灌注桩+扩大头旋喷桩预应力拉锚;5)三轴水泥土搅拌桩SMW工法+内支撑。

第1种支护形式安全性较高，但此项技术要求较高:地下连续墙与永久性地下室外墙合二为一，现有的地下室外墙必须移至工程桩和承台外侧;逆作法施工工艺应与土建施工密切配合;地下工程逆作施工缝的防水技术难度大。因此，从成本分析来看，钢筋混凝土地下连续墙+逆作法施工工艺的造价较高。

第3种支护形式钢筋混凝土门式灌注桩具有较大的侧向刚度，因坑内无支护结构，故挖土和地下室施工较方便。但该工程场地较狭小，南、北、西三侧距红线和地下管线较近，且现场察看已无施工双排桩的空间，同时按现行规范计算的门式双排支护桩的嵌固深度较大，经济性较差。

该工程南侧、东侧距用地红线较近，故第4种支护形式拉锚桩出红线不符合相关深基坑工程管理的要求。

第5种支护形式SMW工法型钢拆除时三轴水泥土桩中留下空洞，增大了支护外土层的变形，拔除型钢的过程即是止水帷幕失效破坏的过程。因此，在地下室降水井停泵前不能拆除型钢，土建设计要求在结构施工至10层后方可封闭地下室沉降后浇带，基坑降水也要到此方可停止。为防止基坑降水对周边环境的不利影响，SMW工法的型钢租期较长，即第5种支护形式的造价高于第2种支护形式;另第5种支护形式的刚度小于第2种支护形式，为满足基坑变形的控制要求，就要加强内支撑(主要为增加内支撑的道数)，增加挖土和施工难度。

第2种支护形式支撑体系刚度较强，基坑整体变形小，不用考虑围护出红线问题，且工艺成熟，在工程所在城市已有数个成功案例。但内支撑方案对挖土、地下室的土建施工带来很多不便，在实际工作中需优化、改进内支撑方案，减少内支撑杆件的数量，增加挖土、土建施工的工作空间。

根据现场条件，综合经济因素及技术难度的分析、比较，基坑采用灌注桩+双压力环内支撑，如图1、图2所示。在实际基坑施工过程中，该支护形式很好地完成了基坑支护工作，相关建筑工程质量检测中心出具的监测报告显示，监测数据均在安全控制范围内。

2.2 止水帷幕选型

目前常用的止水帷幕有双轴水泥土桩止水帷幕、三轴水泥土桩止水帷幕、拉森钢板桩止水帷幕、水泥压力旋喷桩等。

该基坑若采用双轴水泥土桩止水帷幕会因双轴钻杆刚度不足造成止水帷幕下部开叉影响止水效果，且其水泥掺人为人工控制，相对质量稳定性不能保证;拉森钢板桩止水帷幕在深基坑应用中会发生渗水、流砂等问题，止水效果不佳;水泥压力旋喷桩在遇地下障碍物多的情况下适应性强，但其本身相对止水效果不佳，易发生渗水、流砂等问题，且水泥用量和造价均较高，不适宜大面积使用;三轴水泥土搅拌桩止水帷幕是目前深基坑中最常用的止水方法，其造价适中、质量稳定、钻杆刚度大，且水泥掺人采用电脑控制，止水效果好。因此，采用三轴水泥土搅拌桩止水帷幕。

3 基坑施工管理

3.1灌注桩主要技术要求

钻孔灌注桩及三轴水泥土搅拌桩施工前需对基坑周边管线进行踏勘，并做好相关成品保护，严禁破坏周边管线。

钻孔灌注桩成桩中心与设计桩位中心偏差小于5〔二;桩身垂直度应不大于1/200;应控制泥浆质量和成孔质量，防止塌孔和缩孔，沉渣厚度岌10 cm(浇灌混凝土前)。

钻孔灌注桩应满足桩身质量及钢筋笼焊接质量要求，不得有断桩、混凝土离析、夹泥现象发生。

水下混凝土设计强度为C30,混凝土应连续灌注，每根桩的浇筑时间不得大于混凝土的初凝时间。混凝土浇筑应适当大于桩顶的设计标高，凿除浮浆后的桩顶混凝土标号必须满足设计要求。

3.2搅拌桩止水帷幕主要技术要求

三轴水泥土搅拌桩采用相邻桩套接一孔法施工。水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥，掺量22%，水灰比为1.5;三轴搅拌桩28天无侧限抗压强度应不小于1.2 MPa;三轴搅拌机搅拌下沉速度与搅拌提升速度不应大于1 m/min，并应保持匀速下沉与匀速提升;搅拌提升时不应使孔内产生负压造成周边地基沉降，相邻搅拌桩的搭接时间不宜大于24 h o

3.3三重管高压旋喷桩施工要点

桩径不小于650 mm，使用42.5级普通硅酸盐水泥，掺人水泥用量4%一5%的促进剂，停浆面应高出设计桩顶标高不小于1 000 mm，旋喷桩间距应根据现场成桩情况调整。

旋喷桩工作参数参考值如下:水泥浆的水灰比为1.0，喷浆压力为2 MPa，喷浆量120 L/min,气压0.7 MPa，风量10 m;/min，水压30 MPa，水流量80120 L/min，提升速度10 cm/min，旋转速度1020 r/min，水泥用量为750 k}/m。旋喷桩在实际施工前应进行现场试验确定实际工作参数，并在施工中严格加以控制。

旋喷桩采用跳打施工，间距控制在1.50 m以上，待24 h后再施工相邻桩位。钻杆的旋转与提升必须连续不中断。喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50.0 m，钻孔的位置与设计位置的偏差小于等于50 mm，实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物及与岩土工程勘察报告不符等情况均须详细记录。

3.4降水及土方开挖技术要求

基坑开挖前采用管井进行基坑内降水，且须在土方开挖前一周进行降水施工，确保基坑开挖面无明水。降水井应避开工程桩、柱、承台，以及地下室主体结构墙、结构梁等，并严格控制管井周边填滤料的规格，保证水井出清水，防止水井淤塞和坑外掏空，从而确保降水井施工质量和出水量。

土方开挖应结合内支撑施工，分层、对称均匀开挖，严禁超挖;在基坑开挖过程中确保边坡土及动态土坡的稳定性，基坑内部临时放坡不大于1:2,挖土高差不大于2m。基坑四周严禁堆土或堆载，地面超载严格控制在20 kPa内。

土方开挖完成后应及时浇筑垫层，同时进行防水施工和底板钢筋绑扎并进行底板混凝土浇筑。

4基坑监测

根据设计文件要求，聘请有资质的基坑监测单位对该基坑进行监测。主要监测参数有:周边建筑累计竖向沉降、驳岸累计竖向沉降、围护顶部累计竖向位移、围护顶部累计水平位移、立柱累计竖向位移、周边地表累计竖向沉降、深层土体累计最大水平位移、基坑外侧地下水位累计下降量。

监测发现有三处角部斜撑支撑轴力超过理论计算值。分析认为该处角撑(位于东南、东北、西南)内力增大与围凛腰梁在角部未能形成计算模型中的刚接效果有关，经设计复核该斜撑构件仍能满足安全使用要求，不需进行加固处理。

该基坑西南角曾发生透水事故，致使坑外桥梁坍塌，坑内灌满河水。因此，加强了基坑监测的频率，在支撑前期每天上下午各测一次，其余时间每天监测一次，拆撑期间每天上下午各测一次。

监测结果表明，各点沉降值和累积位移均在合格范围内;支撑轴力虽局部超过理论计算值，但总体均在设计理论计算数据以内。

5应急措施

该基坑支护工程地下土质情况极为复杂，正式施工前进行了清障，在西南角小桥处发现桥台基础与止水帷幕相碰。设计人员查阅了该桥的设计图纸，并了解到当时的施工状况:该桥台为天然地基条形基础，施工时因淤泥层较厚，采用抛石法进行地基加固。据此，设计将西侧靠近桥台处的支护灌注桩内调至地下室外墙附近(地下室外墙施工时利用支护桩作为外胎模)，考虑到桥台下抛石等地下障碍物的因素，将三轴水泥土搅拌桩止水帷幕改为三排相互错位的三重管旋喷桩止水帷幕。局部修改见图3，部分灌注桩内缩750 mm，位置详见图3标注(共计10根)，其余未标注部分参照原设计图，内缩灌注桩的外侧止水帷幕由原三轴水泥土搅拌桩改为三重管高压旋喷桩。

施工过程中止水帷幕完成较为顺利，而支护灌注桩的施工相对困难，主要原因是地下障碍物太多，且埋深较深，一般埋深在8 m左右，最深处达10一12 m。对此多次现场协调，采取了清障、微调桩位、加大钻机功率等技术措施，确保所有支护灌注桩施工完成。

在基坑西南部进行整理准备浇筑垫层时，桥墩附近出现透水事件，西侧河水从桥台基础下冲破止水帷幕迅速涌人基坑，伴随着桥台下的水土流失，桥台下沉倾覆，桥面坍塌。针对这一突发事件，采取应急处置措施如下:

(1)将西侧深水港河基坑段埋设引流管后填埋，防止明水进一步威胁基坑安全。

(2)考虑到基坑泡水后支护桩与止水帷幕之间土体流失的可能性，坑内排水应分步进行。从上到下每排水2 m高程即停止，检查桩间土并加固完成后再向下排水。

}3)西南角透水部位基坑先行回填，基坑外原旋喷桩外侧加做两排旋喷桩止水帷幕。

}4)在坑外补做回灌观察井，井深20 m，间距不大于巧m。在基坑抢险期间用作降水，以降低基坑的侧压力，同时防止因地下水压力太大引起的在坑内排水接近底部时发生坑底突涌冒砂现象。

CS)在坑内排水到离坑底不少于4m时即开始对原坑内降水井进行洗井，启动坑内降水井内水泵抽水，防止坑底突涌冒砂。

由于地下障碍物太多，无论是补坑外回灌观察井还是旋喷桩，往往是先用钻岩钻机引孔，再进行旋喷桩等施工，后补旋喷桩的成孔时间均在14h以上，最长的成孔时间达105 h;桩间土的加固由于是从上往下施工，故难度较大。经试验采用应急措施:每隔1 m左右支一道木隔板(见图4),用C20喷射混凝土将支护桩与止水帷幕之间、支护桩与支护桩之间的空隙填实。

6结论

该项目基坑采用灌注桩+双压力环内支撑的支护体系，以及三轴水泥土搅拌桩止水帷幕(局部旋喷桩止水帷幕)等技术措施，经济合理、安全可行、施工便利。支护的施工总体可控，但在西南角旋喷桩的施工管理和过程控制中，未能有效注意到现有板梁桥与待建综合楼的间距不能满足止水帷幕的有效实施要求，造成透水事件的发生，然透水后的应急处置方案较为周密稳妥。基坑监测表明，基坑支护本身的安全性及对周边环境的影响均在设计和规范要求的范围内。

在施工中应加强对明水的监控，并应注重对地下情况的勘察和基坑周边环境的综合研究。基坑开挖前对临深水港河处采取引流、填埋等措施，保证有足够的作业面，可避免透水事件的发生，同时也可加快施工进度，节约抢险成本。