探析復雜環境下的深基坑開挖技術

【摘 要】本文就復雜環境下的深基坑開挖技術展開探討，從工程實例出發，結合工程監測、設計和施工資料，在復雜環境下深基坑挖掘控制技術的應用進行介紹，并對基坑測點布置和測試方法進行了簡述。實踐表明，深基坑開挖技術的應用有效保證了結構安全可靠。

【關鍵詞】深基坑；挖掘；控制技術；測試

一、工程實例概況

本工程為某企業商務樓，共16層，總高度為55m。建筑以樁基承臺為基礎，地下室一層，以框架-剪力墻為上層主體結構。工程樁的有效樁長為67m，為φ900，φ800，φ700的鉆孔灌注樁。本工程相對標高為﹢0.200m，基層開挖面計算表高依次為-5.950、-6.650、-8.000m（電梯井），計算開挖深度分別為6.15、6.85、8.20m（電梯井）。本工程屬于二級基坑工程。

本工程建筑靠近河道，為南北向，建筑用地面積為46.8×25.8m2，工程施工地質條件：砂質粉土，較為濕潤，密度適中，夾雜有部分粉砂與粘質粉土，具有較快的搖震反應和較差的韌性；雜填土以粉性土為主，密度較小，略濕，其中碎石與建筑垃圾含量約為20%，其粒徑一般在200mm以內，層頂標高為6.51～6.64m，層厚為1.40～2.60m；施工區域地下水上層為空隙潛水，受大氣降水影響較大，因而有較大的動態變化，其地下水位在勘測期間為1.00～1.40m，年變化幅度為0.5～0.9m。

結合以上工程數據可得，本工程基坑特點為：基坑施工深度層多為砂質粉土和雜填土，滲透性相對比較大，地下水由于臨近河道往往得到較大補給量；與基坑挖掘深度相比，電梯井的開挖深度更大；基坑兩側距宿舍樓較近，其承臺與樁基有較大的高差，應謹慎處理，以防對宿舍樓樓體造成安全問題。

二、基坑開挖技術措施

（一）基坑圍護

采用土釘墻對基坑南北側中段部分進行圍護，使用長8000mm或6000mm、φ48mm×3.0mm的鋼管作為土釘，以鋼管長度方向間距600mm為軸旋轉90°，并在鋼管端頭1.0m處設置一對φ8mm的圓孔至鋼管前部。

澆筑第1層C20混凝土，厚度30～50mm，然后以20°或者15°傾角將土釘打入，土釘應呈梅花狀，間距為1400mm，采用M10水泥砂漿作為土釘注漿，沿坡面懸掛φ6.5@200×500的鋼筋網并固定。澆筑第2層混凝土層，厚度為100mm。

基坑的東西側應以“[”型進行布置，圍護措施為使用φ600mm鋼筋混凝土鉆孔灌注樁加支撐，灌注樁體的混凝土材質等級為C25，在樁面懸掛固定φ6.5@200×200的鋼筋網并噴射C20混凝土，厚度為100mm，鋼筋網鍥入冠梁深度為150mm，使用膨脹螺栓對樁面鋼筋網進行固定，在土釘墻與圍護樁相接處，混凝土面層與鋼筋網都應連續。以現澆筑的C30材質等級的鋼筋混凝土結構為角支撐和冠梁主體。采用此圍護措施，對土體位移有了較好的控制，對相鄰建筑影響基本可以忽略，保證了其他樓體的安全。

（二）基坑降水

基坑施工能否順利開展并成功，基坑降水是關鍵因素。本工程基坑場地具有地下水位高、含量大、滲透性好、補給豐富、較大降水面積、較深的局部降水等特點。結合本工程實際情況，采用輕型井點與自滲管井相結合的基坑降水措施，為實現截除坑外上層地下水補給的效果，應將兩級輕型井點設置在基坑周圍，同時基于電梯井基坑深度較大，應相應設置第三極輕型井點。以本區域工程經驗為依據，自滲管井的布置可在各承臺之間靈活安排，間距控制在12m左右為宜。

輕型井點按照設計要求，應采用φ48mm、長度為6000mm的濾管和長度為1200mm的鋼管，以1000mm為間距進行設置，分別在標高為-0.8m、-3.08m處設置第一、二級輕型井點，同時將第三極輕型井點設置在電梯井基坑中坑位置-5.65m處；自滲管井應依據設計要求，采用φ400mm塑料管，將φ10mm@50mm×50mm圓孔沿管長方向設置，用60目的尼龍網3層和7目鍍鋅鐵絲網1層進行外包。管井成孔φ800mm，孔底標高分別為-11.50，m和13.50m，用潛水泵在管井內進行作業。

（三）基坑監測

考慮到各種復雜因素，如地下土體的荷載條件、性質、施工環境等，即是以室內土工試驗參數和地質勘察資料為依據來進行設計與施工方案的確定，在實際的施工過程中仍會出現諸多不可控因素，特別是在一些有著嚴格環境要求的項目，或者施工非常復雜的大型工程中，應加強對施工過程中各要素的檢測，例如環境變化、土體性狀變化、對附近建筑和地下設施的影響等等，這些都是工程建設中不可或缺的一環。在本文中，對地下水位監測、支撐軸力的監測、基坑附近建筑物的沉降度監測、深層側向的土體位移監測等為本基坑工程的主要監測內容。筆者將在下文選擇性地進行分析與探討。

三、基坑測試布置與方法

（一）支撐軸力的測試

1、原理 通過導線，鋼筋應力可以被鋼筋應力儀測得，進而展開對鋼筋應變的計算，以混凝土與鋼筋共同作用原理為依據，混凝土內力和鋼筋混凝土支撐內力可根據混凝土模量求得。通過導線，鋼支撐的軸向應力可被軸力計直接測得。

2、測點選擇 采用鋼支撐中埋設的軸力計和混凝土支撐中埋設的鋼筋應力計進行內力測試。在圍護結構中，應在其最不利受力的位置進行軸力計和鋼筋應力計的設置，并均勻分布。以設計方交予的軸力分布和結構位移圖為依據進行測點埋設，共有2處。具體分布如下圖1所示。

圖1 監測平面布置示意圖

3、鋼筋應力計的安裝 鋼筋應力計的量程選擇應以測點應力的計算值為依據，在安裝前，在拉、壓受力狀態下進行鋼筋應力計的標定。在被測主筋上進行鋼筋應力計的焊接作業時，應保證在不受力狀態下進行鋼筋應力計的安裝，尤其應避免鋼筋應力計受力變彎。應將相鄰鋼筋與應力計導線逐段捆扎在一起，并引入地表測試匣中。在支護結構混凝土澆筑完成后，應對鋼筋應力計的電路絕緣性和電阻值進行檢測，做好保護與應對措施。

（二）地下水位測試

1、測試原理 采用水位計進行地下水位的測量，在水位管中放入水位計，水位計將在其金屬探頭與水面相接觸時發出蜂鳴聲，地下水位位置可由探頭下沉距離測得，對基坑止水帷幕的實際效果進行檢測，控制附近房屋和地下管線因基坑施工而發生沉降是觀測地下水位下降的目的所在。

2、測點選擇 地下水位管分布平面示意如上圖1所示，應在地下10m處進行水位管埋置，所置測點共計7個。埋設完水位管后待鉆孔淤實以后，進行地下水位高程的測讀。

3、監測頻率 基坑挖掘過程中，在正常情況下監測頻率為2d監測一次；若出現工程險情，則應跟蹤監測。

結語：

通過對水位變化、測斜管水平位移變化和鋼筋的應力曲線分析可得：鋼筋應力計與地下水位均處于安全范圍，基坑土體水平位移在允許范圍內，在本工程作業中未出現異常情況，挖掘工作開展較為順利。

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