從基坑支護設計源頭解決地下工程諸多問題

張幸洪ZHANG Xing-hong；董李輝DONG Li-hui；吳加池WU Jia-chi

（廣東大德通建筑工程有限公司，珠海 519000）

0 引言

關于地下工程專業設計，一般樁基設計在前，基坑設計在后。樁基礎圖、承臺圖等是基坑設計的前提及重要依據。樁基礎是主體結構的一部分，樁基設計文件是指令性的，樁基各項設計參數指標必須得到滿足；而基坑工程只是為保證主體工程能夠實施的一項措施，是為主體工程服務和保駕護航的；同時基坑工程還需保護周邊環境及設施不受較大影響，并能正常運營。

既然基坑支護只是一個措施，則據其保障效果，可分三六九等：有周全嚴密的措施，使整個地下工程施工下來，如行云流水，一氣呵成，且成本節省、工期縮減，系統運行最優；有稀松平常的措施，施工中大問題不出，小問題不斷，最終樁基、地下室結構施工總算完成，雖未出大的紕漏，但綜合效益不佳；更有低劣的措施，對基坑工程保障作用認識不足，投入資金不夠，基坑設計方案雖通過專家認證，但難以保障地下工程系統的正常運轉，而不得不作出較大修正。

我們當然推崇和提倡在地下工程施工中有周全嚴密的保障措施，如何表達或呈現這些措施需要一個合適的載體。樁基、土方、地下結構的設計都有其專業局限性；而施工單位編寫的施工組織設計，也因在設計理論上的認知與設計者存在差距，在視野和高度上達不到系統工程要求，而且施工組織設計可以在施工中可隨時調整，缺乏嚴肅性和權威性，其指導效力不足。

基坑工程設計本來就需要考慮方方面面因素，以確?；影踩跋到y運行安全，這決定了基坑設計將是一個合格的載體。但過往的基坑設計還是被深深地打上了“基坑設計”的烙印，沒有更大膽地跳出基坑論基坑。事實證明，單純的基坑設計已越來越難以適應地下工程系統正常運行的需要。時代呼喚按系統工程方法來對待基坑工程設計?；釉O計者最好是通曉地下工程各方面理論及施工技術，做到“胸中有丘壑”。

1 從基坑支護設計源頭解決地下工程諸多問題

基坑設計承載著太多使命，需考慮太多因素?；釉O計不僅應表達清楚支護結構及其工藝等份內內容，還應對樁基施工、土方開挖、主體結構施工的相關內容，如：時間空間順序、作業面的提供、基坑周邊道路及場地如何使用等“衍生內容”提出明確要求。

“衍生內容”是基坑設計的一部分，更是地下工程的一部分，關乎整個地下工程運行是否安全、順利、高效、經濟。但在以往地下工程設計中，“衍生內容”為設計的空白地帶，在施工前才考慮，甚至是施工中出現了問題才應對，頭痛醫頭，腳痛醫腳。鑒此，面對地下工程諸多問題，需牽住基坑支護設計這個“牛鼻子”。

現以沿海地區的深厚淤泥區基坑設計為背景，探討如何“牽牛鼻子”。

基坑設計者常面臨這樣的困惑：基坑支護設計只是解決了四周邊坡的擋土止水問題，至于在基坑中間土方開挖中出現的臨時邊坡滑移、土方坍塌及因此對工程樁造成的損壞如何處理？在淤泥區基坑開挖到底后，后續工程施工作業環境惡劣的問題如何處理？

于是，現在基坑設計者越來越偏愛設計在基坑底施打工程樁，這樣有很多好處，可系統解決諸多問題：

①對于自然地表及坑底同為軟土，需回填墊層方能滿足樁基施工要求的地層，可省掉一次對回填墊層挖除的工作；對地表土軟弱，坑底土堅實的地層，則可“大賺一筆”。②減少工程樁空孔或送樁長度，一方面節省造價；另一方面，避免了送樁中易出現的樁頂標高不易控制、樁體易傾斜等問題，有利于保證打樁質量。③尤其在淤泥區，相對在地表打樁而言，避免了土方開挖中對樁身造成的剪切破壞。④在淤泥區坑底作業，一般需對坑底表層一定厚度的軟土進行換填，這就保證了坑底承臺土方開挖、磚胎模砌筑、底板墊層施工的良好作業環境，也使施工難度大為降低。

當然在坑底打工程樁也滋生了一些問題：

①因換填土需超挖一定深度，導致基坑工程造價有所增加；②靠近基坑邊緣的工程樁（簡稱邊樁）面臨施工空間不夠的問題；③坑底降排水，尤其在雨季負擔較重的問題等。

關于第②點，可通過提前在自然地表先施工邊樁的方法解決；關于第③點，可通過做好坡上坡下排水設施，增加排水人力物力解決。

關于第1 點，可將基坑工程納入地下工程系統，綜合評估：雖然基坑造價有所增加，但有前文表述的4 點好處，若地下工程綜合效益顯現，則在坑底打樁方案就應選擇采用。

如何在基坑設計中考慮坑底換填土因素呢？

同樣以在沿海地區的深厚淤泥區為背景，設若基坑深H，在坑底打樁，需對坑底土換填h 厚，按理基坑設計深度應H+h，這樣基坑安全應無大礙，但勢必會導致支護結構造價的大幅上升。

通常可考慮計算深度為：H+γh

其中0＜γ＜1

換填厚度不大，比如采用錘擊樁工藝，若完全按基坑深度H 考慮，雖顯冒進，但并非不能，可考慮采取以下措施：

①在坑底被動區一定寬度范圍內采用深層攪拌樁加固等措施，一方面改善被動土壓力，以利基坑穩定；另一方面，此區域內土體已加固改良，勿需換填，其頂標高與設計基坑底標高一致。②被動加固區以外土體需換填，但換填速度及一次性換填區塊面積需嚴格控制。最好是挖一車淤泥走，馬上回填一車碎石土。但實際施工中因銜接問題及淤泥對碎石土的污染問題，可考慮數車（如小于5 車）或一定面積（如小于30m2）為一單元換填一次，且一單元開挖完成到換填開始間隔時間不超過半小時。③計算中將基坑安全系數再適當加大。

以往的基坑設計，上述第①點會在基坑設計圖中直接表達，第②點則很少在圖紙上反映，甚至文字說明里也不提及，只能看施工單位對圖紙的領會程度及經驗水平了，這無疑將為基坑安全埋下隱患。

坑底土方換填表面上看屬土方工程，但如何換填，是關乎基坑深度計算取值，關乎支護工程造價的大事，因此基坑設計必須對類似“衍生內容”作出規定。

2 工程案例

基坑、樁基、土方施工何者先，何者后，并沒有強制性規定，取決于地質條件、周邊環境、施工條件等因素。

要充分重視基坑、樁基、土方施工的時空順序，它直接關系到項目運行的順暢與否、工期長短、造價高低。時空順序的安排需在基坑設計中表達出來，這就要求基坑設計者能總攬系統全局，提出針對性措施。

工程案例：中山市萬秀豪庭基坑工程。

本項目由開發商將樁基礎、基坑支護設計及施工、土方工程與建筑施工均打包發包給一家總包單位，價低者得。因建筑主體土建施工價格差異不大，則拉開報價的關鍵在地下工程。

本案例闡述如何在基坑設計中，通過合理安排基坑、樁基、土方施工的時空順序，將地下工程諸多難題一一化解，并達到綜合效益最佳。

萬秀豪庭地處中山市沙溪鎮秀山村，地處河相沖積平原地帶。一、二期總建筑面積235495.83m2，設兩層地下室，基坑周長1268m?；A為400mm-500mm 預應力管樁。場地原始地表建筑標-4.1m～-4.4m，基坑底設計建筑標高-10.5m，基坑開挖深度約5.8m。本場地除東南側（11-11、12-12、12'-12'剖面段）緊鄰用地紅線，空間狹小外，其余各側均有放坡開挖條件（詳見圖1）。

場區表層為約1m 厚耕植土，下覆2m-5.5m 厚流塑狀淤泥，其下為1.7m～4.5m 厚粗砂。

施工前，場地雜草叢生，積水10cm-50cm 深，地表松軟，狀似沼澤，顯然不能滿足樁機施工要求。按常規，需回填約1m 厚碎石土或建筑垃圾墊層，僅此一項，需增加造價200 余萬元?？紤]到基坑開挖后，上部淤泥層已基本挖除，進入粗砂層，通過降水，可直接滿足樁機行走要求；坑底局部軟弱地層或較厚淤泥未挖除者，可小范圍換填即可?；谶@一指導思想，基坑設計考慮先進行基坑支護工程施工，局部邊樁同時開打，再挖土至坑底，之后在坑底打管樁。管樁采用液壓錘錘擊工藝。

基坑支護主要設計了兩種支護結構剖面：

直立開挖段，采用?800@600 大直徑攪拌樁，兼作擋土止水樁+內置?130 長9m@1200 鋼管樁+錨索土釘墻結構（詳見圖2）。

放坡開挖段，采用大放坡+?48 鋼花管土釘墻，或大放坡+松木樁（?16 長1.5m 鋼筋插筋）土釘墻（詳見圖3）。

解決好樁基施工及基坑開挖的總體順序后，設計者還面臨以下難題，且看設計如何化解：

①場地北側（9-9、10-10 剖面）、東側（12-12 剖面）地下室外還設有商鋪，地下室范圍內管樁與商鋪管樁樁頂標高相差6.8m，在淤泥區如何處理邊坡上下管樁施工及邊坡支護的問題，是基坑設計者不容回避的問題。

若按常理出牌，商鋪管樁在自然地表先打。基坑按直立開挖設計，除需滿足基坑的穩定性要求外，還需嚴格控制邊坡變形，確保商鋪管樁不受損。為控制變形，施打預應力錨索是最佳選擇，但已施工的預應力管樁無疑會為施打錨索時帶來較大障礙。最為關鍵的原因，在本項目上，開發商對成本的控制到了近乎苛刻的程度，基坑支護按直立開挖設計，是最后的選項。

在北側，地下室外還有較寬場地，若把商鋪范圍場地考慮在內，可滿足放坡開挖要求。若先打商鋪樁，放坡開挖時，分布在坡體上商鋪管樁極易傾斜破壞。

最后設計確定此區段商鋪范圍內場地先用于放坡開挖，待地下室剪力墻完成，土方回填后，再施打管樁。

②在東側，邊坡場地狹小，不具備放坡開挖條件，需直立開挖。如果也采用待地下室完成，回填土方后再打商鋪樁的方案，一則可能碰到已施工的預應力錨索；二則，因擋土樁墻離緊鄰的南環路坡底（其路面標高比現場地標高高約3.1m）最窄處僅約5m，不滿足錘擊樁機作業面要求。于是基坑設計把此段商鋪區域納入到基坑范圍內，商鋪管樁作為基坑內邊樁先打，其樁頂標高控制在地下室底標高以上1～2m，待地下室外剪力墻完成，先將樁頂標高接至設計樁頂標高，再回填土方至相同標高。

③14-14 剖面為一、二期地下室交界面，兩期地下室邊相距30m，中間地帶規劃為永久道路，二期土方要滯后約二年開挖。綜合以上條件，基坑設計考慮將此區段邊坡卸荷降至-7.3m 標高，再放坡開挖至坑底；為切斷二期基坑上層滯水及地下水對一期基坑的補給，在此區段設置一排攪拌樁止水帷幕。一期基坑土方開挖時，14-14 剖為分級放坡開挖（詳見圖4）；二期基坑土方開挖時，14-14 剖變為2-2 剖面，呈堤壩型（詳見圖5）；待二期地下室外剪力墻施工完成，則回填土方至設計標高，完善一期道路及園林建設。

采用上述基坑支護方案，總價僅750 萬元包干。憑此優勢，基坑設計者如愿中標整個項目施工總承包。2018 年底，基坑支護開始施工，2019 年上半年，基坑開挖，樁基及地下室結構施工。恰逢雨季，暴雨綿綿不斷，施工單位在坑底排水、局部軟弱土層換填、及坑底臨時道路的修筑上增加了一些成本，耽誤了一些工期，其它都嚴格執行基坑設計圖紙要求，地下工程總體順暢，取得質量、安全、經濟效益多豐收。

3 結語

①對地下工程中的“衍生內容”，及由此可能產生的諸多問題，需從基坑設計源頭予以籌劃解決。②基坑設計不是僅僅保障基坑工程的安全，而是要保障整個地下工程的順暢安全。③要按照系統工程方法來對待基坑設計，基坑設計者要“跳出基坑論基坑”。④基坑設計需明確基坑、樁基、土方施工的時空順序。⑤評價基坑設計方案的優劣不能僅停留在基坑工程層面，還需考察此方案是否實現整個地下工程系統最優。