大智路高层商住楼工程深基坑支护技术应用
【摘 要】 深基坑支护合理采用排桩和钢筋混凝土内支撑体系，安全经济地控制了基坑变形；地下水控制采用侧壁水泥土搅拌桩非落地式帷幕和中深井降水的联合处理方式安全经济地降低了地下水，同时减少了降水对周边建筑物的沉降影响。
【关键词】桩排 内支撑 换撑 非落地式帷幕 中深井降水 联合处理
Application of Deep Foundation Pit Supporting Technology in Da-zhi Rode High-rise Building
Zhang Hai Bo Yang bin Liu Yang
【Abstract】The row stake and reinforced concrete inside shoring system are reasonable adoption in supporting for deep foundation pit. This method is safe and economical in controlling the deep foundation pit to transform. The side wall cement soil agitation stake, not fall to the ground type curtain and well decline water are adopted in the groundwater controlling. These can reduce the influence which decline water to sink peripheral building in the meantime.
【Keywords】row stake；inside shoring；exchange shoring；not fall to the ground type curtain；
medium and deep well decline water；united process
1. 工程概况
武汉华池置业大智路高层商住楼工程位于汉口大智路与铭新街交汇处西南面，地上31层，地下2层，总建筑面积26403m2，其中，地下室建筑面积3000m2，结构类型为框架—剪力墙，地下室呈正方形。室外地面设计标高为25.00米，结构±0.00=25.30米（黄海高程基准），各结构标高及自然地面下开挖深度见下表：
各种结构标高及地面下的开挖深度表
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地下结构名称
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相对±0.00标高（m）
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自然地面下深度（m）
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绝对标高（m）
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地下室底板顶
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-8.10
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7.70
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17.20
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-8.40
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8.00
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16.90
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周边承台垫层底
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-9.40
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9.00
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15.90
|
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-10.50
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10.10
|
14.80
|
|
|
最大开挖深度电梯井
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-11.10
|
10.70
|
14.20
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2. 基坑特点
（1） 基坑周边场地狭窄，周边围墙、建筑物距地下室外墙仅4～10m左右。
（2） 基坑平面基本呈方形，平面尺寸40m×44m左右，基坑开挖深度大，普挖深9.00～10.10m。
（3） 地下水问题较为严峻。本场地在（1－2）层塘泥层底及（2－1）及（2－2）局部夹有粉土、粉砂薄层。该层饱水，易形成流水流砂。西侧围墙外供水和下水设施长期漏水。
（4） 基坑周边大部分都在（2－5）层粘土层中，该层强度高，对承压水控制有利。但中间电梯井及东北角已开挖到（2－6）层淤泥质土夹粉土。该层为夹层，为承压含水层的过渡层，中深井降水对其有一定影响，但也易引出基坑侧壁流水流土。因此，基坑承压水控制也是影响基坑顺利安全施工的重要一环。
场地周边环境概况如下图:
3. 工程地质概况
3．1 场地地质条件
拟建场地地势平坦，平整后平均高程24.90m，地貌单元属长江、汉江冲积一级阶地。场地地层分布特征参见下表：
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岩土工程
编号及名称
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层厚
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重度γ
(KN/m³)
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C
(KPa)
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φ
(°)
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τ
(KPa)
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m值
(KPa)
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(1－1)杂填土
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1.1～2.6
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17.50
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4
|
25
|
30
|
4000
|
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(1－2)塘泥
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1.0～2.1
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16.50
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5
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6
|
10
|
620
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(2－1)粉质粘土
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0.7～3.4
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18.00
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18
|
10
|
30
|
3000
|
|
(2－2)粉质粘土
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1.4～3.7
|
17.50
|
12
|
7
|
25
|
1480
|
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(2－3)粘土
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0.9～1.9
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18.60
|
25
|
14
|
40
|
5020
|
|
(2－4)粘土
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0.8～2.3
|
17.70
|
19
|
11
|
35
|
4000
|
|
(2－5)粘土
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1.1～2.2
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18.90
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28
|
15
|
45
|
5800
|
|
(2－6)淤泥质土夹粉土
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2.2～5.3
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18.10
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15
|
14
|
40
|
4020
|
|
(3－1)粉砂
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2.4～5.9
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19.00
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0
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29
|
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16704
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3．2 场地水文条件
拟建场地位于长江、汉江冲积一级阶地，地下水类型包括上层滞水和孔隙承压水。上层滞水主要赋存于（1－1）层人工杂填土层中，主要接受大气降水和地表散水的渗透补给，无统一自由水面，水量同季节、周边排泄条件关系密切。孔隙承压水赋存于（3）单元砂土层及（4）单元砾乱石层中，与长江、汉江等地表水及区域承压水体系联系密切，水量丰富。
4. 基坑支护方案设计选择及优化
4．1 基坑支护方案选择
本基坑为狭窄场地的较深基坑，保证基坑顺利开挖和保护周边环境不受破坏，必须严格控制基坑变形，要求支护结构具有一定刚度。
（1） 悬臂桩支护结构虽具有不影响坑内土方开挖和结构施工的优点，但在本工程中，由于开挖深度较大，悬臂桩支护结构要求插入深度大，配筋多，变形大，无法满足基坑安全要求。
（2） 为控制排桩结构变形，可采用排桩＋锚杆方案。桩锚支护工艺成熟，经济可靠，能有效控制结构变形，但在本基坑工程中，西侧及南侧9层楼均为桩基，锚杆无法穿越。且地下室外墙距用地红线仅4m～12m左右，锚杆将穿出红线外。我市已出台有关规定，不允许锚杆穿过用地红线。因此不予采用桩锚结构。
（3） 地下连续墙既可作为上部建筑物地下室外墙，亦可兼作基坑开挖时基坑挡土、截水、防渗等临时性防护结构。但其工程造价非常昂贵，因此该基坑不推荐采用地下连续墙。
（4） 排桩＋内支撑支护结构是控制边坡侧向变位最有效的手段之一。本基坑工程平面规则，约40m×40m左右，采用排桩＋内支撑支护结构是十分理想的选择。内支护结构平面刚度大，结构变形小，可有效保护基坑周边建筑物和地下管线安全。根据基坑的平面尺寸，可采用钢筋混凝土支撑或型钢支撑。钢筋混凝土支撑受力条件好，节点处理简单方便，可靠性好，造价低，基坑安全性高；型钢内支撑安拆方便，施工周期短。
（5） 本施工方案综合考虑业主对安全、工期的要求，采用钻孔灌注桩与钢筋混凝土内支撑相结合的形式，达到控制基坑变形的目的。
4．2 基坑支护方案优化
（1） 针对基坑的具体条件，对可行的支护方案进行优化。可行的支护结构除桩排外，撑锚体系可采用：单层支撑、两层支撑。对于单层支撑，可设置在B1楼板以下或楼板以上。对比分析见下表：
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支护结构
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结构特点评价
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单层支撑
（B1楼板以上）
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1. 与两层支撑相比，本方案因少了一层支撑，在第一层支撑施工完后，可分2次到3次开挖到基底，因此施工周期较二层支撑短1个月左右。
2. 由于桩身弯矩较大，要求支护桩采用较大截面（桩径0.9m、1.0m），桩身配筋较多。由于采用一层支撑，要求支撑杆件截面较大，配筋较多。
3. 桩顶放坡高度不大，锁口梁施工时开挖仅3m左右，采用喷锚支护，并有止水粉喷桩对塘泥层进行加固，可确保基坑安全。
4. 单层支撑设置在B1楼板以上，在B1楼板施工完毕后拆除，不存在穿越地下室外墙的不足，因而也不需要在支撑上预插筋、地下室外墙后期补洞等工作，有利于地下室防水工程施工。
5. 由于桩身含钢量很高，单方造价较高。加上一层支撑加强所增加的费用、上部喷锚支护增加的费用，总费用仅比两层支撑稍少。
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单层支撑
（B1楼板以下）
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1． 桩顶放坡高度较大，锁口梁施工时开挖至5m左右，采用喷锚支护，并有止水粉喷桩对塘泥层进行加固，可确保基坑安全，但成本较高。
2． 与单层支撑设置在B1楼板以上相比，配筋有所减少，混凝土量有所减少。但单层支撑设置在B1楼板以下，不能在B2楼板施工完毕后拆除，因而存在穿越地下室外墙的不足，不利于地下室防水工程施工，稍影响结构正常施工。
3． 由于桩身含钢量很高，单方造价较高。加上一层支撑加强所增加的费用、上部喷锚支护增加的费用，总费用与单层支撑（B1楼板以上）相比基本一致，仅比两层支撑稍少。
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两层支撑
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1． 两层支撑施工，加上支撑养护时间，明显影响施工工期。
2． 由于采用两层支撑，桩身弯矩较小，要求桩径较小，配筋少，方量少，单方造价较低。
3． 上部放坡高度不大，仅可简单支护，费用较低。
4． 施工地下一层楼板时，需要先拆除第二层支撑，影响工期。但不存在预先在支撑上预插筋、地下室外墙后期补洞等工作。
5． 两层支撑抵抗不均匀土方开挖、反铲意外碰撞的能力较强，基坑安全有保障。
6． 与单层支撑相比总费用略高，但工期较长。
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综合以上分析，单层支撑（设置在B1以上）以其工期最短，经济较优，对其他工作影响最少，因而最优。因此，本支护方案将支撑设置在B1楼板以上。
（2） 支撑平面布置优化
对于本基坑工程，平面较规则，仅40m×40m，采用刚架式角撑体系，可以方便土方开挖，并使支撑体系施工相对独立，有利于分区流水施工，对工期十分有利。角撑主杆与辅杆采用不同截面，更为经济。主杆与辅杆采用三角形空间刚架结构进行连接，以协调变形和提高整体刚度。
5．支护结构设计
5．1支护桩设计
支护桩各段设计参数
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边坡
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计算桩长
（m含锁口梁）
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有效桩长
（m）
|
桩径（mm）
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桩间距
（m）
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主筋
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东侧AB段
|
15
|
14.4
|
φ900
|
1.2
|
18Φ25
|
|
东北侧BC段
|
17
|
16.4
|
φ1000
|
1.2
|
24Φ25
|
|
北侧CD段
|
15
|
14.4
|
φ900
|
1.2
|
18Φ25
|
|
西北侧DE段
|
15
|
14.4
|
φ900
|
1.2
|
16Φ25
|
|
西南侧EF段
|
14
|
13.4
|
φ900
|
1.2
|
16Φ25
|
|
南侧FA段
|
15
|
14.4
|
φ900
|
1.2
|
16Φ25
|
支护桩有效桩顶标高为-3.4m，即嵌入锁口梁0.1m。主筋均匀布置，桩底端2.0范围主筋减半。箍筋Φ8@200，加强筋Φ16@2000，混凝土强度C30。
5．2桩顶喷锚支护设计
（1）南侧、东侧: 桩顶边坡放坡开挖，第一级坡高1.5m，坡比1：1.0；其下土体在锁口梁施工时沿搅拌桩垂直开挖。中间设置1.0m宽平台。坡面采用挂网喷射砼。钢筋网采用φ6.5@200×200（Q235），喷射砼强度为C20，喷射厚度8～10cm，加速凝剂1％。
（2）北侧、西侧: 桩顶喷锚支护结构部分锚杆两排：
第一排：L＝6.0cm，@1500×1300（水平间距×垂直间距）；
第二排：L＝4.0cm，@1500×1000（水平间距×垂直间距）；
锚杆采用一次性锚管，材料为Φ48×3.5，直接打入。水泥土以上坡面（-0.4m～-0.9m）按1：0.5的坡比进行放坡，水泥土部分垂直开挖。钢筋网采用Φ6.5@200×200（Q235），喷射砼强度为C20，喷射厚度8～10cm，加速凝剂1％。
5．3水平支撑设计
钢筋混凝土内支撑主杆700×600（高×宽），主筋22Φ22，箍筋φ8@200，节点处局部φ8@100，S筋φ8@400。
辅杆400×400（高×宽），主筋10Φ22，箍筋φ8@200，节点处局部φ8@100，S筋φ8@400。内支撑主、辅杆中心与梁冠中心同高。
BC段支撑加强，支撑主杆700×700（高×宽），辅杆500×500（高×宽），配筋不变。
计算混凝土强度等级采用C30，施工时用C40混凝土浇筑，以便混凝土浇注7天后可进行土方开挖。
5．4立柱结构设计
支撑下设置钢筋混凝土灌注桩与钢结构组合立柱。立柱桩下部采用φ800钻孔灌注桩，砼C30，桩长16.0m。配筋：主筋12Φ20Ⅱ级钢筋，箍筋φ8@200，加强筋Φ16@2000。立柱桩顶面标高-11.10m，底面标高-27.10m。
立柱桩上部采用470mm×470mm钢结构立柱。四肢采用L125×10，缀板采用150×450×8，间距400mm。
5．5锁口梁
锁口梁截面尺寸700mm×1300mm（高×宽），计算砼强度C30，施工时采用C40浇筑，7天后可进行土方开挖。锁口梁采用双面对称配筋，每侧主筋10Φ22Ⅱ级螺纹钢筋，BC段其局主筋加强为15Φ22Ⅱ级螺纹钢筋，加强筋4Φ22，箍筋φ8@200（转角、角撑、支撑节点处局部箍筋加密φ8@100），S筋φ8@200。锁口梁顶面标高-2.80m，梁底标高-3.50m。
基坑支护平面示意图如下：
6．降水设计
根据对场地水文地质条件分析，基坑侧壁存在上层滞水、承压水水患威胁。基坑开挖前必须采取有效侧壁止水措施，以隔断上层滞水渗入基坑的通道。下部承压水水头高，基坑开挖后存在承压水突涌可能性。因此，必须对地下水进行处理以保障基坑开挖和地下室施工的顺利进行。
基坑南开挖深度相对较浅（8.7m）,基底尚在（2－5）层粘土。该层强度高，对抵抗基底承压水突涌有利。但基坑中部和北侧基底已揭露（2－6）层淤泥质土夹粉土。该层为承压含水层的过渡层，如果承压水控制不好，将影响承台及地下室的正常施工。
武汉地区常用的几种地下水控制措施有:五面隔渗、落底式竖向帷幕、（中）深井降水以及联合处理。通过对上述几种控制措施进行比较：本工程侧壁采用水泥土搅拌桩非落地式帷幕和中深井通过对起的地面沉降相对较小，对周边环境影响也较小，在布井时重中部和北侧，轻南侧。在南侧，可以采用微承压方式，以减少布井数量。
坑壁上部上层滞水采用喷射100厚C20混凝土对坡面封闭处理，坡面按水平3米间距埋设排水管；沿基坑周边设置一排Φ500@350水泥土搅拌桩止水。对基坑承压水采用中深管井减压降水，通过计算中深降水井井深34米，管径Φ250，井径Φ500，观测井井深23米，管径Φ108，井径Φ250。
7．施工技术
7．1 基坑施工顺序如下:
测量放线 支护桩、立柱桩、降水井、水泥土桩施工 分两层开挖上部－3.5米土方，喷锚支护 锁口梁、内支撑施工 土方开挖深度7.0m 基坑降水开始 土方开挖到基底，地下室施工 地下室B2、B1楼板施工，并回填及换撑 逐步拆撑 基坑降水结束
土方开挖施工时，必须先撑后挖。
拆撑：在下列工作完成后可以逐步拆除钢筋混凝土内支撑：
地下室一层顶楼板浇筑完毕并达到70％设计强度后；
地下室二层楼板下四周坑边土回填，上部用400mm厚素混凝土后，并在地下室一层顶楼板处加设板状临时支撑。
拆撑顺序：先拆辅撑，后拆主撑。拆撑时同步使用基坑监测，以确保基坑边坡安全。基坑施工顺序示意图如下：
7．2土方开挖施工要求
（1）为确保支护体系施工质量，加快施工进度，要求土方开挖与锁口梁和钢筋砼支撑施工相互结合。
（2）土方开挖分三次进行。第一次土方开挖是在支护桩、立柱桩、降水井、观测井、粉喷桩施工完毕养护一段时间后进行，开挖至标高-3.50m（喷锚支护边坡附近土层分两次开挖），然后进行锁口梁、支撑施工。第二次土方开挖至-7.40m；第三次开挖到基底，基础承台及连梁部分采取人工挖掏方式。
土方运输坡道暂安排在铭新街一侧中部，从支撑体系中间辅临时运土车道。
土方开挖总体平面流向：从南侧向北侧退挖。
（3）土方开挖宜采取机械开挖和人工开挖相结合方式，一般情况下采取机械开挖，支撑下面土方和坑角土方宜采取人工开挖。基坑开挖至距坑底20cm时宜改为人工清理基底，严禁超挖。开挖过程中严禁碰撞支护体系和降水井。
（4）严格按设计的要求进行土方开挖，土方随挖随运，不得随意堆置在基坑周边。
（5）在坡顶和坡底设置排水沟，做好坡面、坡底的排水防水工作。
（6）开挖后期，基坑边坡顶面禁止堆载。开挖至坡底后应尽快开展基础施工，以减少基坑暴露时间。
（7）开挖过程中及时抽排基坑积水。
8.结束语
深基坑支护合理采用排桩和钢筋混凝土内支撑体系，安全经济地控制了基坑变形；地下水控制采用联合处理方式，即侧壁采用水泥土搅拌桩非落地式帷幕和中深井降水的联合处理方式安全经济地降低了地下水，同时减少了降水对周边建筑物的沉降影响。