基于深基坑围护工程技术及监测的探讨
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摘要：本文结合某大厦深基坑围护的实践，探讨了深基坑围护中的设计施工技术和控制措施。
关键词：深基坑围护；设计施工技术；控制措施；基坑监测
一、工程概况
该大厦位于城区繁华地段，总建筑面积66598m2，其中地下室建筑面积15688m2，地上共设3层裙楼和12层、28层两个主楼。两个主楼分别采用框架结构和框架核心筒结构，设整体地下室2层，基础采用钻孔灌注桩。该工程东侧邻近新建住宅小区，其余三侧紧贴城市交通要道，施工场地非常狭小。
二、工程地质条件
工程±0.000标高相当于绝对高程4.100m，场地自然相对标高为-0.400m。根据工程地质勘察报告，基坑影响深度范围内的土层依次为：①填土层、②粘性土层、③1淤泥质土层、③2粘粉质土层、④砂质粉土层。潜水稳定水位埋深为0.30~1.70m，属空隙性潜水，主要受大气降水和同层侧向径流的补给，水位动态随季节性变化。
三、基坑围护设计
基坑围护与结构设计
计算中考虑地表施工堆载15kPa。围护体系侧压力计算根据郎金土压力理论，按水土分算、分层计算的原则进行。根据计算结果，有关基坑围护与结构设计如下：
（1）钻孔灌注围护桩：采用φ800@1100钻孔灌注桩作为围护桩，桩长15.5m，桩底标高为-18.30m，桩身混凝土强度等级C30，充盈系数大于1.10。
（2）三轴强力水泥搅拌桩：采用φ850@600，搭接250，桩长18.6m，桩底标高为-19.00m，采用三轴强力水泥搅拌桩机搅拌成桩，按套一孔法要求施工。
（3）支撑梁及压顶梁：支撑梁宽650~850mm，高850mm；压顶梁宽1100mm，高850mm；均采用强度等级为C30的钢筋混凝土现浇。压顶梁与支撑混凝土应一次性浇筑，主支撑不允许留施工缝。支撑梁底模用C15混凝土做垫层，垫层面上铺一层油毡隔离层，确保挖土时垫层能与梁分开。
（4）支撑桩：支撑桩桩底标高为-23.00m，支撑桩下部（-23.00m~板底或承台底）采用φ800钻孔灌注桩，与工程桩部分重叠位置利用工程桩代替，桩身混凝土强度等级C30，充盈系数大于1.10。支撑桩上部采用井字钢构架，钢构架顶部伸入钢筋混凝土水平支撑内≥200mm，并采取可靠的锚固和支托措施；钢构架下部插入钻孔桩≥2000mm，施工时应先将钢构架与下部钻孔桩的钢筋笼主筋焊接牢固，再整体吊入孔内，在埋入地下室底板或承台厚度的中间位置设置止水片。
（5）换撑：在地下一层楼板处和地下室底板处与围护桩墙间设置换撑带。地下一层楼板处的换撑带应与楼板同时施工浇筑，换撑带为沿基坑边间隔一根桩，每三根桩设一块板，厚度为400mm；底板处的换撑带应在施工砖模时浇筑完成。凿支撑前楼板混凝土及换撑梁（带）强度应达设计80%，而且养护时间不少于10天，如此方可进行支撑凿除工作和地下室外墙施工。
（6）土钉墙：土钉墙面采用钢筋网喷射混凝土，厚度70mm，内配φ6.5@200双向钢筋网，喷射混凝土配合比为水泥：石子：砂=1:2:2（重量比），石子粒径5~10mm，浆液水灰比0.45~0.5。喷射混凝土中双向钢筋网片的搭接长度为300mm，水平加强筋2φ12的连接采用焊接。土钉墙土钉采用振入φ48×2.5锚管，施工时将前端锚头封闭在管壁上沿管长方向每隔500mm旋转180度钻直径8小孔，圆孔从离基坑壁2.50m处开始设置直到管底。沿钢管壁焊接倒钩，间距1m。钢管设置完成后须在管内进行压力注浆，土钉注浆材料采用纯水泥浆，采用强度等级为32.5MPa的一般水泥，水灰比为0.5，注浆终止压力不小于0.3MPa，并维持1~2分钟，注浆须慢速进行，注浆量按每米不少于10kg控制。
（7）基坑降水：本工程的基坑围护采用止水效果很好的三轴强力水泥搅拌帷幕，因此不采用坑外井点降水。开挖深度范围内土性为透水性较好的粉性土层，基坑内设简易深井降水，开挖前施工好深井并做好充分降水工作。沿基坑一周设截水地沟防止地表水进入基坑。坑内浅区简易深井共32口，孔底标高为-15.500；坑内深区简易深井共14口，孔底标高为-18.000。基坑内降水采用简易自流深井，自流深井钻孔直径800mm，过滤层采用加工砂，井管采用φ300PVC波纹管，沿管长方向均匀布置φ10@100圆孔，井管外包两层60目塑丝网，井管底高出孔底标高1000mm。
四、基坑围护施工
1、总体施工顺序
现场三通一平水泥搅拌桩及钻孔灌注桩施工自留式深井降水挖土至压顶梁标高边坡喷锚压顶梁、支撑梁开挖至基底地下室底板及换撑带地下室二层、地下一层楼板和换撑带凿除支撑地下一层墙到±0.000。
2、施工要求
（1）三轴水泥搅拌桩共405套，桩长18.6m，搅拌桩用水泥强度为32.5MPa，水泥掺量20%，水灰比1.5；施工工艺为二次喷浆二次搅拌，下沉、提升速度控制在1.0m/min以内；从地面开始成桩，保持均匀、持续，严禁在提升喷浆过程断浆。28天水泥无测限抗压强度不小于1.0MPa。
（2）钻孔围护桩共440根，桩长15.5m，施工时钻孔桩顶和孔底标高必须严格控制，桩底沉渣厚度不大于100mm，钢筋保护层厚度为30mm，桩主筋锚入压顶梁内不小于40d，桩顶嵌入压顶梁50mm，桩顶超灌1000mm，桩水平位移偏差不得大于50mm，竖向偏差不得大于0.5%。
（3）新增支撑桩17根，桩长约为20m，另有21根工程桩代替支撑桩，钢筋保护层厚度为35mm，桩位水平位移偏差不得大于50mm。土方开挖和地下室结构施工过程中，严禁机械设备对钢构柱的碰撞拖拉。
（4）在基坑开挖前，应进行深井降水，坑内降水深度控制在基坑开挖面以下0.5m左右，严格控制最大降水深度，并设置水位观测管以控制降水深度。施工期间为防止降水中断，现场备有发电机，严禁断电和抽混水。深井停止工作后，应采取可靠地封井措施。
（5）土方开挖阶段，首先清理场地，确保基坑周围自然地坪标高不高于设计图纸各剖面范围的具体要求，地面堆载不超过设计要求。土方开挖应分块分层分阶段进行，具体挖土顺序如下：首先挖至支撑梁、压顶梁底，及时施工支撑、压顶梁；待达混凝土设计强度80%后再往下分块分段（≤20m）分层（≤2m）开挖至坑底。严格控制基坑内土方开挖时的土坡高度差及坡度，应分层挖土防止基坑挖土过程中挤斜坑内工程桩。基坑内不同区块土方开挖时，应保持1:1.5的放坡。土方开挖后必须外运出去，不得就近堆放在土坡顶。坑底以上30cm及地梁、承台、集水井等局部深处应采用人工修土，并随挖随铺垫层，坑底无垫层暴露时间不应超过24小时。素混凝土垫层应延伸到围护体边，并抓紧施工承台及基础底板。土方开挖过程中，严禁机械设备对钢构柱的碰撞拖拉，应根据监测信息及时与有关各方进行协商调整挖土顺序。
3、应急措施：针对基坑变形过大的应急措施，调整土方开挖顺序；放慢或暂停土方开挖速度；坑外卸载、坑底回填土方或堆载砂包；坑底坑外注浆加固等。整个基坑土方开挖及地下室施工过程中，每天24小时应有专人注意观察各阶段围护结构是否有水渗出，如有应立即采取堵漏或外排水措施。施工现场应配备一定数量的抢险设备和材料，以及一些砂包、钢管、木桩等，以备急需。
五、施工中遇到问题及处理
（1）在挖电梯井深基坑土方时，坑内地下水位较高仍无法向下挖土，根据现场情况采取了基坑内外局部增补6口降水深井，使得坑内水位逐步下降，土方得以继续顺利开挖。
（2）在基坑北侧转角处局部挖到8m时，坑壁有股泥浆逐渐持续流进坑内，根据情况，现场指挥挖机操作人员及时对该范围进行了土方就地回填处理。后各方对渗漏情况进行了分析，估计是搅拌桩施工时在该转角处未搭接好或下部有开叉现象，致使围护出现渗漏。随后，现场根据漏点位置和深度，在基坑外侧进行了地面打孔布点、水泥注浆堵漏处理。在堵漏完成后，再继续正常地开挖基坑土方。
六、基坑监测
为了及时了解基坑开挖过程中土体水平位移和沉降、水位变化及支护结构受力变形等各种行为表现，采用信息化施工，开挖期间每天进行监测，必要时增加观测次数或连续观测，用以及时指导施工。基坑围护监测平面如下图：
监测结果：深层土体水平位移发展正常，最大测斜管累计位移为31.15mm，其余均没有超出累计位移的预警值，为典型的开挖位移曲线形状；地面最大累计沉降25.80mm，最大水位变化值为1000mm，最大轴力变化值为50.08mm，各沉降观测点、各测水口位均未超出单日或累计预警值；支撑轴力变化一直处于安全范围，整体支护稳定。
七、结束语
综上所述，深基坑支护技术中设计、施工、监测等实施成效的基础上，提出保证质量，安全，经济地完成支护施工的对策性建议。本工程在采用水泥搅拌桩止水帷幕的前提下，全部选择了坑内深井降水，总体取得了较好的降水施工效果，极大地减少了坑边地面的沉降，确保了邻近建筑物和道路管线的安全。相比坑外降水或井点降水具有较好的安全性、施工灵活便利性。设计和施工都须有应急方案和措施，以应对随时可能出现的基坑险情，在最快时间内，将险情控制住。