小型复杂深基坑支护方案选择

小型复杂深基坑支护方案选择

何奇志

关键词：小型深基坑支护、型钢或拉森钢板桩、钻孔咬合灌注桩、地下连续墙、混凝土围筒、矿山竖井施工方法施工、逆作法

一、工程和地质概况

1.概况：

宾市迁江镇工业园区供水工程位于来宾市兴宾区迁江镇桥巩水电站上游约一公里处的西岸边。工程所处地红水河年正常水位为84.0米、最低水位为82.0米、最高水位为88.0米。建筑物为直径13m的筒体结构地下水池底标高-11.3m；地上1层钢筋混凝土框架结构。北侧距离基坑边5.8m为已建建筑物围墙，南侧距基坑边7.2m为红水河边，其余部位为空旷平地，初步拟将周边场地标高开挖至-0.5m，河面宽广且岸坡比较陡、河水深。原设计图纸为放坡加土钉墙支护，基坑边坡坡度为1:0.5，施工单位在按照原设计图纸指定制定施工方案后进行施工，发现地下水渗透严重，在还没有来得及进行挂网锚喷砼就已经出现局部塌方的现象，不得不回填停止施工。重新制定基坑支护方案。

2.水文地质情况：

据本工程场地所处的地貌单元和形成环境综合分析：表层填为杂填土土（Qml）：灰色，深灰色，褐黄色。主要由粘性土、碎石块，欠压实，为新近人工填成。稍湿~湿，松散~稍密状态。本层场地内大部份地段有分布，揭露层厚0.60～1.20m。下部土层为硬塑状粘土、

3.基坑支护设计情况：

原设计图纸采用放坡加锚喷混凝土土钉墙的支护方案，放坡系数为1:0.5.

二、方案选型

基坑工程根据其施工、开挖方法可分为无支护开挖与有支护开挖方法。无支护放坡基坑开挖是在施工场地处于空旷环境的一种普遍常用的基坑开挖方法，一般包括以下内容：降水工程、土方开挖、地基加固及土坡护面。有支护的基坑工程一般包括以下内容：围护结构、支撑/锚杆体系、土方开挖（工艺及设施）、降水工程、地基加固、监测、环境保护、安全风险管理。在基坑工程施工中，尤其需要注意基坑周围环境保护和施工安全风险管理方面的问题。

1.总体方案选型

基坑支护结构通常由围护墙、隔水帷幕、水平内支撑系统（或锚杆系统）以及支撑的竖向支承系统组成。根据目前基坑方面的设计施工经验和科研技水平，总体方案有顺做法、逆作法、顺逆结合法：

（1）顺做法

顺作法，是指先施工周边围护结构，然后由上而下分层开挖，并依次设置水平支撑（或锚杆系统），开挖至坑底后，再由下而上施工主体地下结构基础底板、竖向墙柱构件及水平楼板构件，并按一定的顺序拆除水平支撑系统，进而完成地下结构施工的过程。当不设支护结构而直接采用放坡开挖时，则是先直接放坡开挖至坑底，然后自下而上依次施工地下结构。

顺作法是基坑工程的传统开挖施工方法，施工工艺成熟，支护结构体系与主体结构相对独立，相比逆作法，其设计、施工均比较便捷。对施工单位的管理和技术水平的要求相对较低。

（2）逆作法：

逆作法即先施工地下结构的地面部分，然后按顺序由上往下逐层开挖土方和施工地下结构，直至底板结构完成的施工方法。逆作法的围护体一般都采用地下连续墙作为围护结构，地下连续墙同时作为地下室的外墙，即通常所说的“两墙合一”。

采用逆作法地上和地下结构同时施工，因此可缩短工程的总工期。逆作法采用支护结构与主体结构相结合，因此可以节省常规顺作法中大量临时支撑的设置和拆除，经济性好，且有利于降低能耗、节约资源但是逆作法技术复杂，垂直构件续接处理困难，接头施工复杂。对施工技术要求高。采用逆作暗挖，作业环境差，结构施工质量易受影响。

（3）顺逆做结合做法

对于某些条件复杂或具有特别技术经济性要求的基坑工程，采用单纯的顺作法或逆作法都难以同时满足经济、技术、工期及环境保护等多方面的要求。在工程实践中，有时为了同时满足多方面的要求，采用了顺作法与逆作法结合的方案，通过充分发挥顺作法与逆作法的优势，取长补短，从而实现工程的建设目标。

2.支挡围护结构选型

深基坑工程一般采用板式支护体系。板式支护体系由围护墙结构、支撑与围檩体系，以及防渗与止水结构等组成。施工单位提出适合本工程基坑开挖深度的围护结构有型钢或钢板桩维护支挡、地下连续墙、钻孔咬合灌注桩、

（1）型钢或拉森钢板桩

钢板桩支护应用于基坑深度超过五米的深基坑支护。它属于一种连续支护。钢板桩支护施工占用场地较小，型钢可以回收利用，如工期不是很长，能在很大程度上节省工程造价。但钢板桩应用在超深基坑工程中，因其刚度小，基坑开挖产生的周围地面沉降和位移较大，同时较大的变形而发生渗漏。特别地下水比较丰富时需要做特别的止水设施工程。造价会比较大。

（2）钻孔咬合灌注桩

钻孔咬合桩是指平面布置的排桩间相邻桩相互咬合（桩圆周相嵌）而形成的钢筋混凝土“桩墙”。钻孔咬合桩与普通钻孔支护排桩相比，大幅度提高了支护结构的抗剪强度和安全性。钻孔咬合桩具有良好的截水性能，不需普通钻孔排桩的辅助截水及桩间挡土措施。

钻孔咬合桩与地下连续墙功能基本相同，但是与地下连续墙相比，钻孔咬合桩配筋率较低、抗渗能力更强，施工灵活方便，更适合于施工一些平面多变的几何图形或呈各种弧形的基坑。钻孔咬合桩采用全套管钻机，无需泥浆护壁，节约了施工费用，有利于文明施工。

（3）地下连续墙

地下连续墙即利用挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下预先挖出窄而深的沟槽，然后在沟槽内浇注钢筋混凝土或其他适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。地下连续墙具有施工振动小，墙体刚度大，整体性好，施工速度快，可省土石方，可用于密集建筑群中建造深基坑支护及进行逆作法施工，可用于各种地质条件下。在工程应用中地下连续墙已被公认为是深基坑工程中最佳的挡土结构之一。但地下连续墙也存在弃土和废泥浆处理、粉砂地层易引起槽壁坍塌及渗漏等问题。因而需采取相关的措施来保证连续墙施工的质量。地下连续墙由于受到施工机械的限制，不能像灌注桩一样对桩径和刚度进行灵活调整，受场地的影响较大，地下连续墙需要做配套的导墙和泥浆制作设备，工程消耗比较大，所以对地下连续墙的选用必须经过技术经济比较，确实认为是经济合理时才可采用。如果经过设计单位验证，用地下连续墙来替代水泵房地下部分的外墙体，可以节约一大笔投资费用。

（4）矿山竖井施工法。

这种方案为矿山竖井规范推荐的自上而下逐层开挖土体逐层直接施工内衬的方法。这种方案即利用逆作法施工混凝土护壁，类似大型人工挖孔桩。需考虑基坑结构四周的土体有一定的强度，或通过注浆、土钉、冻结等方法加固后有一定的强度，土体自身能够自立，承受开挖一定深度的土压力，而不需要支护。但是这样的基坑围护是从上到下的一圈一圈的没有竖向围护壁圆型支护内衬，从开挖开始需面对离散性较大的土体带来的风险。用这种方案施工成的基坑支护结构是一组平行于水平方向的结构杆件，结构体系缺少两个方向的正交组合。施工过程中，同样应尽快形成结构，或者采取控制开挖工作面，采取小段开挖，小段砌筑支护，以及圈与圈之间错开一定的平台，让土体有一定的坡度，减少边坡土自重压力，以有效控制土体变形。由于没有有效的结构支护，应更加重视“时空效应”的影响，开挖后内衬施工形成的时间需控制在4一8h间。更由于本工程临近河边，中可能会出现的覆盖层中地下水比较丰富，在开挖中出现渗漏现象，必须在止水和排水措施，迅速施工井壁内衬，阻断渗漏，但由于渗漏的存在，内衬和土体壁面的结合可靠度会降低。

三、综合对比选择

下表对以上几个方案做一个初步的对比分析

四、结论语

本工程由于原设计图纸中的土钉墙锚喷支护方案不具有实际的施工操作行，施工单位以往工作经验，提供以上四种种基坑支护方案并进行对比，并结合整个工程项目的进度情况，提出更改设计，采用地下连续墙作为水泵房地下部分主体墙体，应该是比较节约和快速的选择，但是由于业主未能说服设计单位同时进行设计，且考虑到由于取水泵房在整个项目中为非关键施工项目，自由施工时间较长，业主最后业主最后采用了矿山竖井施工方法支护方案，根据广西壮族自治区住房和城乡建设厅文件桂建管【2011】8号文件第二条和在来宾市住建委行政审批项目审批操作规范中附件1-16,《建设工程质量安全监督登记操作规范》13、14点，交由有关设计、勘察单位做出详细的边坡支护设计及指导施工的有关施工设计图，并由审图公司进行审查，确认无误后进行实施了改工程项目。

通过本工程实践中的对比，在不影响生产线总体施工进度的前提下，圆形小型基坑采取放坡卸载加混凝土围筒支护也能作为一种可行的选择。在某些没有太多理论支持的实践工程学，各单位不应拘泥于形式，根据不同的施工环境、地质条件、工程特点、施工要求，大胆借鉴其他行业的一些成功经验做法，要勇于实践和创新，在深基坑支护工程的科学领域寻找更科学的施工方案，为社会创造更大的经济效益。

［参考文献］

1、《基坑工程手册》，中国建筑工业出版社，２００9年

2、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120）

3、《建筑基坑工程技术规范》（YB9258）

4、《两种圆形深基坑开挖方案施工过程分析》徐伟，孙昊

5、《基坑支护圆环受力分析》卢伟煌