談有限空間內深基坑工程支護技術

楊 磊

(中央戲劇學院，北京 102209)

1 概述

隨著我國經濟社會的不斷發展，城市規劃的不斷推進，建設用地資源越來越緊張，很多新建項目選址在已有建筑物附近，施工作業空間受到制約。新建工程深基坑開挖過程中會引起場區內土體應力條件的重新分布，對基坑工程自身安全造成嚴重影響，導致周邊已有建筑物發生變形破壞。因此，需要對有限空間內深基坑工程支護方案進行具體分析，通過采取可靠的支護方案和監測措施，保證基坑及周邊建筑物的安全。

2 項目概況

中央戲劇學院工坊建筑高度18 m，采用框架結構，地上4層，地下2層，地上建筑面積5 440 m2，地下建筑面積3 477 m2，基坑開挖面積2 033 m2，基坑開挖深度為10.46 m～12.16 m，屬于危大工程深基坑。根據JGJ 120—2012建筑基坑支護技術規程，本工程的安全等級劃分為二級。

2.1 周邊環境狀況分析

工坊深基坑工程位于學校南部，周邊環境比較復雜。基坑西側緊鄰田徑場，基坑西北角有一個燈桿，燈桿高約20 m，燈桿基礎緊鄰基坑開挖面；基坑東側為舞美教學樓，距離基坑邊緣11 m；基坑北側為市政道路宏福南一街；基坑南側為市政道路宏福南二街及現狀景觀河道。

2.2 工程地質條件分析

工坊工程位于北京市區北部平原，主要受溫榆河沖積影響。根據場區內土體的工程性質和力學特征差異，土體自上而下分為8個大層，場地地基土層分布如下：①雜填土；②黏土夾②1砂質粉土；③粉質粘土夾③1砂質粉土；④1砂質粉土、粘質粉土；④2粉質粘土、重粉質粘土；⑤1粉細砂；⑤2砂質粉土；⑤3粉質粘土；⑥細砂夾⑥1黏土；⑦黏土層；⑧細砂夾⑧1黏土，⑧2粘質粉土。場區內包含三層地下水，第一層為上層滯水，穩定水位埋深3.4 m～3.5 m；第二層為層間潛水，穩定水位埋深11.8 m～12.1 m；第三層為承壓水，穩定水位埋深20.9 m～21.7 m。水位受季節降水影響較大，呈現年季節周期性變化，變動幅度1 m～2 m。

3 深基坑支護方案

深基坑支護要求保證基坑安全，通過選擇合理的支護結構形式控制深基坑周邊已有建筑物、道路、市政管線的位移，總體上需要滿足以下三個方面要求[1]：

1)確保基坑四周邊坡穩定性，滿足地下施工機具具有足夠的施工空間。

2)確保基坑四周相鄰建筑物、構筑物和地下管線在基坑施工過程中免受損害。

3)確保基坑工程施工作業面在地下水位以上。支護體系通過截水、降水、排水等措施將地下水位降低至坑底以下，保證基坑滿足施工作業的要求。

3.1 支護形式選擇

本工程基坑支護設計主要考慮因素包括：

1)擬開挖基坑北側熱力管線和電力管線通過，需要將管線移至開挖面外；基坑東側為舞美教學樓，基礎埋深3 m，支護結構中的錨索施工需要考慮教學樓基礎的影響，同時應選擇施工噪聲小的施工機具，降低對學校正常教學的干擾。

2)基坑東側為材料和施工機械設備進出場通道，支護方案設計時需考慮上部荷載引起的側土壓力。基于場地空間的局限性，支護方案的具體支護形式與現場作業空間要相互協調。

3)基坑西側緊鄰新建完成的田徑場，基坑支護結構不得破壞既有田徑場，同時要為建筑物主體結構外部剪力墻施工預留足夠的支模作業空間，因此支護結構的設計要充分考慮空間的限制。

4)基坑南側為市政道路宏福南二街和景觀河道，其中宏福南二街為材料設備進出場通道。景觀河道多年前已做防滲處理，基坑方案設計時需要適當考慮河水對地下水的徑流補給，錨桿施工作業不能打穿河道防滲層。

根據工坊工程的現實情況，在應充分考慮到現場的環境條件、空間因素和地質條件的情況下，本著技術可行、經濟合理、安全可靠和便于施工的原則[2]，最終確定樁錨支護加局部噴錨為工坊項目的支護形式。

根據現場平面布置、地層及開挖深度的要求，共劃分為7個支護段如下：

1—1，支護深度10.46 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設2道預應力錨桿；

1A—1A，支護深度10.46 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設3道預應力錨桿；

1B—1B，支護深度10.46 m，采用簡易噴錨+樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設3道預應力錨桿；

1C—1C，支護深度10.66 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設2道預應力錨桿；

1D—1D，支護深度10.46 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設2道預應力錨桿；

2—2，支護深度12.16 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設3道預應力錨桿；

2A—2A，支護深度11.86 m，采用樁錨支護，護坡樁φ600@1 200，設3道預應力錨桿。

基坑開挖深度及平面布置見圖1。

3.2 地下水控制

本工程所在地地下水埋藏較淺，根據勘察資料場地自上而下分布三層地下水，對坑開挖有影響的地下水為第一層地下水，類型為上層滯水，水量較大，含水層為②1砂質粉土、粘質粉土。本工程采用止水帷幕加坑內及周邊疏干井疏干的方式控制地下水。常用的止水帷幕形式有三軸水泥土攪拌樁止水帷幕、雙軸水泥土攪拌樁止水帷幕和高壓旋噴止水帷幕。

由于攪拌樁機架占用空間大，現場作業空間有限不利于施工，旋噴樁具有質量有保證、強度高、與樁身結合更緊密的優點，本工程選擇直徑1.1 m、間距1.2 m的高壓旋噴止水帷幕樁，止水帷幕樁與護坡樁咬合250 mm。本項目止水帷幕樁樁徑較大，旋噴樁采用三重管施工工藝，需要在正式施工前進行試樁，確定正式施工時旋噴樁的控制參數。旋噴注漿過程中如果出現壓力驟降、上升或冒漿異常時，應查明原因并及時采取措施保證成樁質量。

距離基坑上口邊線約1.0 m～1.5 m布置應急疏干井，成孔直徑600 mm，井管內徑300 mm，井深19 m，井底距基坑底部6.84 m～8.54 m。在基坑四周共布置有13眼應急疏干井，間距20 m；在基坑內部南北中線位置布置7眼應急疏干井，間距15 m，具體分布見圖1。

3.3 土方開挖要求

基坑工程開挖施工是決定深基坑工程成敗優劣的關鍵工序，施工中必須科學地解決基坑本身的穩定性和控制地層變形這兩個方面的問題。基坑開挖會引起基坑周邊土體向坑內移動的趨勢，產生側向主動土壓力，進一步導致支護結構發生位移，從而引起基坑周邊建筑物、構筑物出現變形。

本項目基坑工程對開挖過程提出了以下五點要求：

1)當支護結構強度達到開挖階段設計強度時，方可進行土方開挖；對采用預應力錨桿的支護結構，應在施加預應力后，方可開挖下層土方；對基坑東側上部土釘墻部分，應在土釘、噴射混凝土面層的養護時間大于2 d后，方可開挖下層土方。

2)開挖至錨桿、土釘施工作業面時，開挖面與錨桿、腰梁、土釘的高差不宜大于500 mm。

3)開挖時，挖土機械設備不得碰撞或者損害錨桿、腰梁、土釘墻墻面。

4)當開挖揭露的實際土層性狀或地下水情況與設計依據的勘察資料明顯不符，或者出現異常現象，不明物體時，應立即停止挖土，在采取相應處理措施后方可繼續挖土。

5)挖至坑底時，應避免擾動基礎持力土層的原狀結構。

3.4 變形監測

基坑的理論研究和工程實踐已經確定理論、經驗和監測相結合是指導基坑工程的設計和施工的正確途徑。

本項目施工空間局限，深基坑屬于危大工程，基坑開挖對基坑周邊既有建筑物影響大，在基坑開挖過程中需要對支護結構的水平位移、豎向位移、深層水平位移、錨桿應力、地表周邊建筑物及地下管線、周邊的圍護結構及地表沉降進行動態監測。通過對監測數據的收集分析和整理，了解基坑開挖對施工環境、地下土層、基坑周邊建筑物的影響并及時進行調整。

本工程布置水平位移監測點4個，樁頂、坡頂水平位移及豎向位移監測點19個，道路及周邊地表沉降觀測點38個，錨索應力監測點17個，深層水平位移監測點8個，地下水位監測點2個，周邊建筑物沉降監測點6個，周邊地下管線沉降監測點7個。所有監測點均嚴格按照規范要求均勻分布在基坑及重要建筑物四周。

監測周期從基坑工程施工前開始，直至地基工程完成回填為止。基坑工程的監測頻率應根據基坑開挖的施工進程、施工工況以及其他外部環境影響因素的變化及時調整。一般在基坑開挖期間，地基土處于卸荷階段，支護體系處于逐漸加荷狀態，應適當加密監測，當基坑開挖完成后一段時間、監測值相對穩定時，可適當降低監測頻率。本工程基坑最大設計深度12.16 m，在基坑開挖深度0 m～5 m時，監測頻率為1次/3 d，5 m～10 m時，監測頻率為1次/3 d，大于10 m時，監測頻率為1次/2 d，本工程基坑開挖正處于北京雨季，應在突降大雨或暴雨時加強監測頻率，如出現緊急狀況應立即啟動應急預案。

4 結語

1)基坑支護結構屬于建筑的臨時結構，在有限空間內進行支護應盡可能少占用后期主體結構的工作面。

2)在保障主體結構地下部分施工安全的前提下，支護方案的選擇應充分考慮經濟效益，根據不同的施工環境做有針對性的調整，避免盲目套用。

3)支護設計方案要充分考慮現場的施工條件及施工工藝的可行性，降低對周邊環境的影響。

4)基坑開挖過程需要做好基坑監測工作，通過施工單位和第三方的動態監測能有效預防基坑事故的發生，降低基坑開挖對周邊建筑物及構筑物的影響。