深基坑施工應(yīng)用時(shí)空效應(yīng)理論的體會(huì)

鄭永華

（福州閩龍鐵路工程有限公司）

1 工程概況

1.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本概況

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)由鉆孔灌筑樁+水泥高壓旋噴樁（雙層）+內(nèi)支撐的圍護(hù)形式組成。平面尺寸：長(zhǎng)×寬=62.0m×17.5m，基坑最大開挖深度：14.20m。基坑內(nèi)橫向支撐自上而下共設(shè)四道，第1道是混凝土支撐梁（與冠梁聯(lián)接），其平面布置簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1

第2～4道為鋼管支撐梁，其平面布置簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2

根據(jù)設(shè)計(jì)圖，同一平面上的各道鋼支撐的橫向間距為：

1.2 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地土層自上而下依次簡(jiǎn)述如下（相對(duì)標(biāo)高為10.00～4.20）：

①1雜填土，揭示層厚為9.778～5.37m；

①2粘性素填土，揭示層厚為8.57～5.37m；

②淤泥質(zhì)粘土、局部表現(xiàn)為淤泥，揭示層厚為5.37～0.67m；

④粘性土夾碎石揭示層厚為0.67～2.93m。

2 深基坑土方開挖及坑內(nèi)支護(hù)的要點(diǎn)

深基坑的土方開挖與坑內(nèi)支護(hù)是在基坑圍護(hù)樁、止水帷幕結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行的，也是基坑項(xiàng)目施工的關(guān)鍵工序。項(xiàng)目工程開工前，要做好地表排水和坑內(nèi)降排水，做好基坑的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，做好資源配置，合理安排勞動(dòng)力和施工機(jī)械，掌握和充分利用“時(shí)空效應(yīng)”的規(guī)律，做好各施工工序之間的銜接，在最短的時(shí)間內(nèi)完成開挖與坑內(nèi)支護(hù)這兩道工序組合的工況。

2.1 深基坑開挖原則

（1）根據(jù)“時(shí)空效應(yīng)”的原理，工程界總結(jié)出基于時(shí)空效應(yīng)的基坑開挖和支護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)，其基本點(diǎn)可用“分層、分塊、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”10個(gè)字概括。軟土地區(qū)大量工程的理論分析和實(shí)踐都證明了這一技術(shù)的科學(xué)性和有效性[2]。

（2）基坑土方開挖后要及時(shí)架設(shè)鋼支撐，并施加預(yù)應(yīng)力，快速建立空間二次受力平衡，嚴(yán)格控制基坑底的無支撐暴露時(shí)間。

2.2 “時(shí)空效應(yīng)”原理以及深基坑施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）基坑工程的“時(shí)空效應(yīng)”就是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和周邊地層的變形隨時(shí)間推移而發(fā)展，也因開挖的空間尺度、開挖后的基坑暴露面積而不同，這在軟土地基的條件下尤為突出[2]。我們要充分考慮基坑開挖的空間尺寸與土方開挖后變形隨時(shí)間的發(fā)展特性，及時(shí)架設(shè)鋼支撐和對(duì)鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力。

（2）深基坑施工采用信息化施工，施工中認(rèn)真做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，建全信息施工制度，及時(shí)掌握每一次施工工況中的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍環(huán)境的變形變化值，如發(fā)現(xiàn)變形值異常，應(yīng)及時(shí)調(diào)整開挖與支護(hù)參數(shù)以及基坑無支撐暴露時(shí)間。

（3）合理選擇基坑開挖與支護(hù)參數(shù)是保證深基坑施工安全穩(wěn)定的關(guān)鍵。

①土方開挖與支撐采用分層、分步、對(duì)稱、平衡的原則開挖與支撐，選用的參數(shù)根據(jù)基坑的尺寸、土層的地質(zhì)情況以及施工能力等來決定。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)以及借鑒其他項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，按立面分層，同層分段（塊），限時(shí)完成每段的開挖和支撐工作，以提高基坑的穩(wěn)定性和安全性，降低基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境的影響。

②本項(xiàng)目深基坑開挖與支護(hù)豎向共分五層（大工況），從第二層開始，縱向分為若干個(gè)段（小工況）。具體分述如下：

a.第一工況：原地面至第一道混凝土支撐梁

由于混凝土強(qiáng)度形成需要時(shí)間，故開挖與支護(hù)采用“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的傳統(tǒng)施工方法。第一層地質(zhì)屬雜填土，根據(jù)設(shè)計(jì)圖土方先全部挖至冠梁標(biāo)高頂面，平均開挖厚度約2.30m，冠梁厚度和混凝土橫撐厚度約0.8m，采用開槽開挖的方法，開槽寬度為混凝土梁寬度+1.0m（模板支撐）。

b.第二工況：第一道混凝土支撐梁至第二道鋼支撐底面

本地層土質(zhì)屬粘性素填土，分層開挖厚度為3.5m，開挖前進(jìn)方向（縱向）分段開挖考慮基坑坑底可以安裝一根鋼管支撐，將開挖分為17段（小工況）開挖，每個(gè)分段（小工況）自行完成開挖與支護(hù)的閉合循環(huán)。縱向放坡1：1，第一小工況基坑面最大長(zhǎng)度為7.2m，基坑底每分段長(zhǎng)度為：

L=4.2+15×3.64+4.3=62.5m，最大開挖尺寸為 7.2×17.5m2，最大開挖土方量約352m3，無支撐暴露時(shí)間限制在6h以內(nèi)。

c.第三、四工況：第二道鋼支撐底面至第三道鋼支撐底面，第三道鋼支撐底面至第四道鋼支撐底面，這兩個(gè)工況土質(zhì)成份和參數(shù)一樣

本地層土質(zhì)屬淤泥質(zhì)粘土、局部表現(xiàn)為淤泥，分層開挖厚度為3.0m，開挖前進(jìn)方向（縱向）分段開挖考慮基坑坑底可安裝一根鋼管支撐，將開挖分為17段（小工況）開挖，每個(gè)分段（小工況）自行完成開挖與支護(hù)的閉合循環(huán)。縱向放坡1：1.5，第一小工況基坑面最大長(zhǎng)度為8.7m，基坑底每分段長(zhǎng)度為：

L=4.2+15×3.6+4.3=62.5m，最大開挖尺寸為 8.7×17.5m2，最大開挖土方量約339m3，無支撐暴露時(shí)間限制在5h以內(nèi)。

d.第五工況：第四道鋼支撐底面至基坑底層

本工況為基坑封底階段，地層土質(zhì)屬粘性土夾碎石層，豎向分層開挖厚度為1.0m，縱向分為4段（小工況）開挖，每個(gè)分段（小工況）自行完成開挖與基底封底施工的閉合循環(huán)。開挖參數(shù)為：每分段長(zhǎng)度為L(zhǎng)=62.5/4=15.62m，即開挖尺寸為15.62×17.5m2，開挖土方量約273m3。此層是基底層，土方開挖后應(yīng)盡快做好基底墊層和封底施工。

（4）冠梁與第一道支撐為鋼筋混凝土支撐，土方開挖要在混凝土達(dá)到強(qiáng)度后才能施工，工期緊時(shí)要對(duì)混凝加早強(qiáng)劑。第二、三、四道支撐是鋼管支撐。日常施工中，加強(qiáng)對(duì)基坑施工巡視工作，要及時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的成果進(jìn)行綜合分析。若發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即暫停施工，待分析找出原因和加固好后方準(zhǔn)繼續(xù)施工。

（5）從第二層開始，每一分段小工況中土方開挖方法

①土方開挖方向以水池短邊為起點(diǎn)，沿長(zhǎng)邊方向分段向前，安排兩臺(tái)長(zhǎng)臂挖掘機(jī)在短邊兩側(cè)對(duì)稱開挖，嚴(yán)格控制基坑分段開挖時(shí)的縱向土坡坡度，在一個(gè)分段開挖區(qū)段內(nèi)，開挖采用平行漸進(jìn)流水作業(yè)的方法，即以每層基底平整出鈄撐或橫向支撐的位置后，立即進(jìn)行鋼支撐安裝，由于分段長(zhǎng)度與每層間鋼管支撐的間隔不一致，開挖當(dāng)累計(jì)到一根鋼支撐的位置后，應(yīng)立即進(jìn)鋼支撐安裝。分段開挖作為一個(gè)小工況，只有完成開挖與支撐形成整體受力環(huán)后，才允許轉(zhuǎn)入下一小工況施工。

②在每一個(gè)分段中采用先中間后周邊，切忌靠近圍護(hù)樁平行線挖深溝。內(nèi)支撐投影線范圍內(nèi)的土方采用人工開挖。長(zhǎng)臂挖機(jī)作業(yè)范圍內(nèi)的土方由長(zhǎng)臂挖機(jī)開挖盤土到基坑外由自卸土方車外運(yùn)；長(zhǎng)臂挖機(jī)作業(yè)范圍外的土方由人工開挖。每層間在前進(jìn)方向放坡開挖。

（6）各層間橫向支撐以及各工況基本情況如表1所示。

3 一點(diǎn)體會(huì)

（1）基坑開挖的空間尺寸和基坑支護(hù)每一工況的循環(huán)時(shí)間與基坑安全穩(wěn)定密切相關(guān)，控制好每一工況的空間和作業(yè)時(shí)間，分段、分層、隨挖隨撐、穩(wěn)扎穩(wěn)打，控制基坑暴露時(shí)間在規(guī)定的范圍內(nèi)，是深基坑開挖與支護(hù)安全施工的關(guān)鍵所在。

（2）信息化施工是深基坑安全施工的保證措施，施工中要做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握基坑施工中支護(hù)以及周邊土體的穩(wěn)定與變形情況，結(jié)合動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，及時(shí)調(diào)整基坑開挖與支護(hù)參數(shù)，為深基坑安全施工保駕護(hù)航。

表1

（3）運(yùn)用“時(shí)空效應(yīng)”原理的基坑參數(shù)選擇與基坑的結(jié)構(gòu)特性及尺寸參數(shù)、地基土的特性、施工能力有關(guān)。對(duì)于寬度長(zhǎng)條形基坑，采用分層分塊的開挖與支護(hù)的施工方法，可將基坑豎立面分成若干層，分層的厚度應(yīng)盡量與橫向鋼支撐的立面間隔一致，在同一層面上又分成若干段，以達(dá)到分步施工的目的。當(dāng)基坑開挖面積較大的建筑房建地下室，應(yīng)做到均衡對(duì)稱施工，根據(jù)施工能力分別考慮預(yù)留核心土、減小開挖空間、減小分層厚度和增設(shè)臨時(shí)支撐等措施。

（4）做好基坑排降水工作，保證基坑開挖面干燥，提高基坑土體的自穩(wěn)能力。

（5）規(guī)定在距基坑圍護(hù)樁3.0m范圍內(nèi)不得堆載與棄土方，是減輕對(duì)基坑側(cè)向土壓力的措施之一。

（6）注重鋼支撐的安裝質(zhì)量。施工前要檢查圍護(hù)樁基坑側(cè)面墻的平整度，必要時(shí)用干硬性混凝土找平。施工時(shí)要做好測(cè)量放線和各構(gòu)件對(duì)接，使各構(gòu)件緊密結(jié)合，焊縫飽滿，不得單側(cè)單塊鋼板契入三角縫，起到橫撐受壓，鈄撐抗扭的作用。

（7）按設(shè)計(jì)值對(duì)鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，對(duì)鋼管支撐施加預(yù)應(yīng)力的同時(shí)要考慮整體施加的原則，采用分級(jí)、均衡的辦法，單點(diǎn)一次施加預(yù)應(yīng)力值100%容易引起鋼支撐和圍護(hù)結(jié)構(gòu)突變。施加預(yù)應(yīng)力時(shí)應(yīng)密切觀察坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變化，防止施加過大引起坑內(nèi)結(jié)構(gòu)和圍結(jié)構(gòu)變形。

（8）做好基坑施工期間的安全巡視工作，做好施工應(yīng)急預(yù)案的組織工作。

[1]賈堅(jiān).軟土?xí)r空效應(yīng)原理在基坑工程中的應(yīng)用.地下空間與工程學(xué)報(bào)[J].2005，8，1（4）.

[2]應(yīng)惠清.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工新技術(shù).施工技術(shù)[J].2013，42（13）.