復(fù)雜地形環(huán)境下的深基坑支護與土方開挖施工技術(shù)

戴連雙 張 麗 趙 迎 馮中超 王紅兵

中國新興建筑工程有限責(zé)任公司 北京 100009

隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，城市內(nèi)土地利用率越來越高，為滿足人員居住需求，對舊有房屋、廠房等土地進行拆遷新建的項目越來越多。經(jīng)過多次拆建的地塊，地下土質(zhì)往往較復(fù)雜，地形環(huán)境為人工拆遷后形成，在基坑開挖過程中更容易發(fā)生土體失穩(wěn)的情況，危及周邊已有建筑物及設(shè)施設(shè)備。

針對拆遷后新建項目的地塊，施工前，應(yīng)首先進行施工勘察，結(jié)合現(xiàn)場實際地形、地貌、地質(zhì)，復(fù)核基坑支護設(shè)計方案及土方開挖方案的合理性、可行性，深化、優(yōu)化邊坡支護設(shè)計方案，通過模擬分析流水及工序流程，反復(fù)推敲調(diào)整確定最終的支護方案及施工方法，保證邊坡安全及土方開挖施工需求。

1 工程概況

廣華新城小區(qū)配套學(xué)校項目總占地面積5.6萬 m2，總建筑面積96 751 m2（地上46 530 m2、地下50 221 m2），建筑高度24 m，地上1/3/4/5層，地下2層，基礎(chǔ)埋深約11.8 m。

項目分東西2個區(qū)，西區(qū)為5棟教學(xué)樓，地下1層和首層為公共學(xué)習(xí)、活動區(qū)，2—4層為教學(xué)樓，2層架空連廊連通各主樓；東區(qū)為生活服務(wù)樓和場館，地下為餐廳、籃球館、游泳館、報告廳、車庫，地上為操場。

原狀基坑為占地約6萬 m2的坑槽，坑內(nèi)植被密集，地形起伏不定，基坑四周有配套完整、已投入使用的小區(qū)、市政道路、管廊等建筑及設(shè)施。

2 施工重難點

1）工程原狀基坑的坑側(cè)進出不等，坑面高低起伏，中心區(qū)域與場地四周高差約14 m，四周市政道路、管線、建筑物施工已完成，坑內(nèi)地表有大量垃圾、渣土及植被覆蓋，坑槽占地面積廣、存在周期長，周邊及場內(nèi)環(huán)境幾經(jīng)變換，現(xiàn)狀地質(zhì)條件不明、地下管線及障礙物情況不清。開工前的場地條件摸查尤其重要。

2）項目進場前，基坑四周市政道路、管廊、雨污水管線、燃氣、電力等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已完成，基坑周邊管線情況復(fù)雜?；舆吰戮嗍姓缆穬H3～6 m，基坑四周有管廊，管廊底標高在現(xiàn)狀標高以下約10 m，有支溝進入紅線內(nèi)；市政雨污水管網(wǎng)已完成，有管井進入紅線內(nèi)；南側(cè)有3道燃氣管線，與支護樁距離不大于200 mm；北側(cè)有管廊施工遺留，北側(cè)前程路沿路有深度12 m、間距1.5 m×1.2 m梅花形布置的管廊土釘。

這一系列的問題，給項目基坑支護及土方開挖帶來極大挑戰(zhàn)。

3 方案優(yōu)化

3.1 地下障礙物排查

與項目周邊市政、管廊、燃氣等單位及施工單位取得聯(lián)系，充分了解現(xiàn)場周邊管線情況，繪制管廊、雨污水管、電力管線等與項目基坑的位置關(guān)系圖，具體如圖1～圖3所示。

圖1 地塊周邊暗埋管廊平面位置

圖2 地塊周邊雨污水管線平面分布

圖3 地塊周邊電力管線平面分布

經(jīng)與市政單位溝通，北側(cè)前程路沿路有深度12 m、間距1.5 m×1.2 m梅花形布置的管廊土釘，確定地塊北側(cè)護坡樁在土釘影響區(qū)域內(nèi)，布樁盡量避開土釘；南側(cè)有3道距紅線不大于20 cm的供廣華片區(qū)范圍內(nèi)居民臨時使用的燃氣管線。

圖1中，A段管廊基礎(chǔ)底板標高為27.00～28.04 m，南側(cè)外墻距紅線5 m；有2道支溝進入紅線范圍內(nèi)，支溝標高30.2 m；北側(cè)管廊施工采用8～12 m長、間距1.5 m梅花形土釘墻護坡。B段管廊基礎(chǔ)底板標高為26.16～27.14 m，東側(cè)外墻距紅線1 5 m。C段管廊基礎(chǔ)底板標高為26.05～27.17 m，南側(cè)外墻距紅線14.45 m；有2道支溝進入紅線范圍內(nèi)，支溝標高26.79 m。

圖2中，北側(cè)、西側(cè)分別有2個市政管井進入紅線，南側(cè)有6個市政管井進入紅線。

圖3中，A段有3道電力支溝進入紅線，B段電力埋線距紅線20 cm，C段有1道直線井距紅線2 m。

3.2 清槽深度預(yù)判

3.2.1 地質(zhì)條件分析

廣華學(xué)校新城小區(qū)配套學(xué)校項目屬永定河沖洪積平原的中下部，地層除上部人工填土層外，其下均為第四紀一般沉積層，巖性主要為黏性土、粉土、砂土、圓礫等交互層。根據(jù)本次勘察揭露地層條件，本場區(qū)第四系覆蓋層厚度大于50.0 m。

原址為化工二廠，經(jīng)2011年污染土治理清挖回填＋市政管廊開挖回填＋燃氣、雨污水、市政道路施工開挖回填＋外來單位建筑垃圾雜填，形成目前的現(xiàn)狀基坑。

根據(jù)本次勘查現(xiàn)場鉆探、原位測試及室內(nèi)土工試驗成果，按照地層沉積年代、成因類型，將擬建場區(qū)本次勘察深度60.0 m范圍內(nèi)的土層劃分為人工堆積層、一般第四系沉積層2大類，并按地層巖性和物理力學(xué)性質(zhì)指標，進一步劃分為7層。

3.2.2 相關(guān)圖形繪制

根據(jù)地勘報告，深入分析各層土質(zhì)分布情況，初步確認各區(qū)域基坑開挖深度，進一步明確現(xiàn)狀地勘報告中渣土、素土、砂土及粉質(zhì)黏土的分布范圍，繪制人工填土層底標高等值線（圖4），并結(jié)合學(xué)校地塊原狀地形（圖5）進行分析。

圖4 人工填土層底標高等值線

圖5 學(xué)校地塊原狀地形

3.3 原設(shè)計方案

基坑支護設(shè)計是基坑土方開挖階段保證邊坡安全的輔助手段，因地制宜地選擇合理的支護方式將有利于保證邊坡安全，提高土方開挖作業(yè)效率。

在2017年地勘單位勘查現(xiàn)場后，形成的初步基坑支護設(shè)計方案中，采用單排懸臂樁、雙排懸臂樁、放坡噴錨3種支護形式組成的支護設(shè)計方案[1]。

如圖6所示，深入調(diào)查場地條件，結(jié)合當(dāng)前設(shè)計基礎(chǔ)邊線，擬對基坑支護設(shè)計方案進行優(yōu)化。

圖6 廣華學(xué)校原設(shè)計基坑支護方案

4 基坑支護

優(yōu)化后的基坑支護設(shè)計如圖7所示。

圖7 深化后的基坑支護設(shè)計

1）北側(cè)管廊距離紅線5 m、距槽邊7 m。

①A段預(yù)計清底標高20.00 m（深14 m），設(shè)計采用雙排φ800 mm支護樁，樁間距2.00 m，排距2.80 m，樁長20.00 m。樁間土采用土釘加固，土釘長度2.80 m，樁頂設(shè)混凝土蓋板，斷面尺寸3 700 mm×700 mm?？紤]距槽邊不足3 m范圍內(nèi)預(yù)計清底標高20 m（深度15 m），為保證樁身穩(wěn)定性，樁頂設(shè)計卸土高度1.5 m，寬6 m，卸土范圍采用噴錨支護。

②B段往東延伸段緊鄰現(xiàn)狀場地電纜，放坡時局部形成高差3.5 m的臨空面，為確保3.5 m豎直邊坡及整個邊坡安全，在29.5 m標高位置施工鋼管樁，樁頂設(shè)200 mm厚C20混凝土板。

2）西側(cè)管廊距紅線16 m，距槽邊20 m，電力線路距紅線1 m。

①C段預(yù)計清槽高度為26 m（深9 m），采用單排樁＋錨桿。

②D段預(yù)計清槽高度為23 m（深12 m），考慮避開電力管線、錨桿角度避讓管廊基底1 m的需求，護坡樁采用單樁＋雙排錨桿，錨索角度20°，第1道錨索距樁頂4.5 m。

③E段為西側(cè)往北延伸段，利用現(xiàn)狀坡面，采用雙排鋼管樁＋掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土護面。

3）南側(cè)有燃氣管線距紅線不足20cm，管廊距紅線18 m，距槽邊20～25 m。

①F段局部預(yù)計清底標高27 m（深7 m）區(qū)域，采用單排樁＋錨桿支護。

②G段預(yù)計清底標高30 m（深5 m）區(qū)域，采用單排懸壁樁支護。

③H段清底標高為27～28 m（深6 m），采用雙排φ800 mm支護樁。

④I段預(yù)計清底標高26 m（深9 m），因槽邊距紅線2 m，考慮避讓燃氣管線等因素，采用單排樁＋錨桿。

⑤J段預(yù)計清底標高24 m（深12 m），因護坡樁在紅線北側(cè)30 cm，燃氣管線在紅線南側(cè)20 cm，該段支護采用單排樁＋雙排錨桿支護，錨索角度20°，第1道錨索距樁頂4.5 m。

4）放坡區(qū)域。K段根據(jù)現(xiàn)有地形，采用1∶1.75二級放坡，土釘墻支護。

5）根據(jù)不同區(qū)段的支護形式，繪制支護影響區(qū)域內(nèi)障礙物與構(gòu)筑物位置關(guān)系圖，如圖8所示。

圖8 地下構(gòu)筑物與護坡樁位置關(guān)系

5 基坑施工及土方開挖

5.1 整體作業(yè)區(qū)劃分

根據(jù)現(xiàn)狀地形條件，將基坑分為20個作業(yè)區(qū)，開挖時由中心向南北，由西向東進行，基槽土方開挖清底＋基坑支護作業(yè)同步進行（圖9）。

圖9 土方階段施工分區(qū)

5.2 施工部署

1）第1步，護坡樁施工流水主要分為3個作業(yè)段，1段為1區(qū)→19區(qū)→11區(qū)，2段為14區(qū)→15區(qū)，3段為18區(qū)→17區(qū)→16區(qū)。

2）第2步，在護坡樁施工時，基坑內(nèi)部低洼區(qū)域同步展開清底施工，施工流水為：2區(qū)→3區(qū)→填土側(cè)向放坡區(qū)→5區(qū)→6區(qū)→8區(qū)→9區(qū)→7區(qū)→4區(qū)。以此實現(xiàn)基底驗收及地基處理施工及時插入。

3）第3步，基坑周邊土方縱向開挖根據(jù)支護施工要求分區(qū)、分步進行，分東、西、南、北4個區(qū)域分別考慮，整體考慮西側(cè)→南側(cè)→北側(cè)→東側(cè)。南側(cè)、北側(cè)均由西向東流水，西側(cè)、東側(cè)由南向北流水?；涌煞?～5步挖至槽底，每步最大挖深不宜大于3.0 m。

5.3 施工技術(shù)要點

1）A段雙排樁施工。北側(cè)雙排護坡樁范圍挖溝槽，溝槽寬4 m，深3～6 m，清除地層內(nèi)混凝土塊、土釘?shù)日系K物后，采用素土填平。樁位嚴格按照施工圖坐標放線定點，采用長螺旋成孔，邊旋轉(zhuǎn)鉆桿，邊清除孔邊渣土。鉆孔過程中隨時觀察鉆機運行電流數(shù)值和地層土質(zhì)狀況，避免深層土釘卡鉆問題[2]。

2）I段、J段單排樁施工。因該區(qū)域護坡樁距燃氣管線500 mm左右，直接成孔有拉斷燃氣管線，造成安全事故的隱患。為避免該問題，采用鋼板護壁的臨時保護措施，先挖溝槽，找出燃氣管線具體位置，預(yù)埋2 cm厚護壁鋼板后，填平至作業(yè)面，待樁身成形后，再將鋼板取出。

3）鋼管樁施工。鋼管樁設(shè)置區(qū)域，在有一定坡度的斜向平臺上，施工重點是做好成孔質(zhì)量及樁身垂直度的控制。成孔前為保證樁的垂直度，需由水平尺前后、左右調(diào)整好鉆機的平整度。為控制樁位偏差，成孔前先用儀器精確定出樁位，每個樁位上釘上筷子，開鉆時，鉆頭中心對準筷子頭[3]。為保證樁徑，開鉆前要用尺子測量鉆頭尺寸，發(fā)現(xiàn)直徑不夠時立即調(diào)換或補焊鉆頭，鉆機累計達到200 m之后要測量鉆頭一次[4]。

4）錨桿施工。本工程南、北、西側(cè)均有已施工完成的地下管廊，所有錨桿均穿越紅線，經(jīng)過管廊底部。錨桿施工時嚴格按照施工圖紙要求，加強錨桿錨固水平傾角的施工質(zhì)量控制[5-8]。

5）基坑清底開挖。根據(jù)作業(yè)區(qū)塊不同，分不同階段預(yù)留臨時馬道進出土方，保證槽內(nèi)交通順暢，提高效率。

5.4 基坑監(jiān)測

為準確判斷基坑邊坡在土方開挖及結(jié)構(gòu)施工過程中的穩(wěn)定性，需要對基坑支護結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的變化進行監(jiān)測，并及時整理觀測數(shù)據(jù)，以便指導(dǎo)現(xiàn)場施工。監(jiān)測的內(nèi)容有：護坡樁頂部水平及豎向位移、錨索軸力、支護結(jié)構(gòu)深部水平位移、周邊道路沉降、坑邊地面沉降等。

6 結(jié)語

在復(fù)雜地形條件下的深基坑施工，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場地形及地質(zhì)條件，靈活調(diào)整土方開挖及基坑支護施工部署，實現(xiàn)多階段施工同步開展，提高施工效率。

針對不同開挖深度、作業(yè)條件等現(xiàn)場實際情況，設(shè)置不同樁型的支護方式，有效地解決了基坑支護作業(yè)場地狹小、工作效率低下的缺陷。施工過程中，合理組織支護及土方開挖作業(yè)流水順序，可以有效地提升工作效率，解決了復(fù)雜地形條件下支護樁施工難度大、基坑開挖深度大、施工場地狹小等一系列問題，提高了土方開挖作業(yè)效率及邊坡安全性。