林曉東 中鐵二十四局福州鐵建建筑有限公司，福建 福州 350013

近年來，隨著現(xiàn)代建筑的不斷發(fā)展，城市中的建筑密度隨著城市現(xiàn)代化的推進(jìn)而增大，隨著高層建筑的不斷興建，深基坑開挖支護(hù)問題日益突出，深基坑設(shè)計在城市發(fā)展中變得越來越重要，而深基坑支護(hù)設(shè)計無疑是保證深基坑施工順利進(jìn)行以及安全的重中之重。

1 工程概況

擬建場地位于福建省三明市沙縣虬江街道洋坊村與水南村之間，地處205 國道南側(cè)。場地范圍內(nèi)原始地勢平坦開闊，植被不甚發(fā)育，多辟為魚塘和民房，目前擬建筑物場地范圍已填墊平整，回填素填土厚度為1.2 ～16.0m。

該項目建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作由該項目設(shè)計工作由中信建筑設(shè)計研究總院有限公司承擔(dān)，巖土工程勘察資料由湖北中南勘察基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司提供，擬建建筑物重要性等級為一級，場地復(fù)雜程度等級為二級，地基復(fù)雜程度等級為二級，綜合確定本工程勘察等級為甲級。

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)方案，場地內(nèi)站房±0.00 標(biāo)高為129.71m，場地標(biāo)高在129.71 ～130.01m 之間?；讟?biāo)高確定如表1:

表1 地下室標(biāo)高與基底標(biāo)高一覽表

2 基坑周邊環(huán)境狀況

擬建場地遠(yuǎn)離道路及管網(wǎng)，周邊無建筑物。

3 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

3.1 場地地形地貌特征

本場區(qū)位于河谷盆地區(qū)，第四紀(jì)侵蝕階地，場地范圍內(nèi)原始地勢平坦開闊，植被不甚發(fā)育，多辟為魚塘和民房，目前擬建筑物場地范圍已填墊平整。

3.2 場地工程地質(zhì)條件

根據(jù)該場地巖土工程勘察報告，場地巖土地層由上至下各土層具體特征描述如下:①素填土(Qml):雜色，稍密～中密，主要為人工填筑褐黃色黏性土及泥質(zhì)粉砂巖碎塊石，碎塊石含量約60%～70%，塊徑較大，最大塊石直徑約50 ～80cm，局部架空。該層場地范圍內(nèi)普遍分布，且站房范圍內(nèi)分布且厚度大，層厚1.2 ～16.0m;②含礫粉質(zhì)黏土(Qal+pl):黃褐色，可塑，土質(zhì)不均，光澤反應(yīng)為稍光滑，無搖振反應(yīng)，韌性一般，干強度一般;局部鉆孔該層黏粒含量低，主要為稍密～中密狀中細(xì)砂，黃褐色(局部灰褐色)，顆粒成分以長石、石英為主，見云母及少量暗色礦物;該層普遍夾有卵礫石，其含量約為35%，局部達(dá)到40%，粒徑10mm ～40mm，最大粒徑達(dá)80mm。該層站房范圍內(nèi)大部分分布，層厚1.3 ～6.9m;③泥質(zhì)粉砂巖殘積土(Qel):紫紅色，母巖成分為泥質(zhì)粉砂巖，經(jīng)風(fēng)化作用成土狀，含少量碎石，粒徑由表層向下增大，孔隙率較大、強度一般、遇水壓縮性較高。該層僅局部分布，層厚0.6～6.6m。

3.3 場地水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告，該場地淺層地下水類型屬孔隙潛水，賦存于①素填土層中，②含礫粉質(zhì)黏土及③泥質(zhì)粉砂巖殘積土為弱透水層，下部基巖為相對隔水層。地下水的補給主要受大氣降水的控制，其排泄以大氣蒸發(fā)為主。根據(jù)鉆探揭露的地層構(gòu)造結(jié)合場區(qū)地貌環(huán)境分析，本場地地下水富水條件較差，勘察期間在鉆孔中測得穩(wěn)定地下水水位標(biāo)高為115.2 ～124.6m。

3.4 各土層設(shè)計參數(shù)選取

依據(jù)《巖土工程勘察報告》和地方經(jīng)驗，地層的組份及其工程性質(zhì)，考慮到工程樁對基坑穩(wěn)定性的有利影響，該場地各土層基坑支護(hù)設(shè)計參數(shù)按表2 選取:

表2 各土層參數(shù)設(shè)計值一覽表

4 設(shè)計思路與方案比選

4.1 基坑特點分析

地下室基坑開挖深度為2.8 ～9.1m，地下室開挖面積約18000m2，基坑支護(hù)周長約640m。

按經(jīng)濟(jì)合理的原則，并結(jié)合將本地區(qū)運用較多的幾種支護(hù)方式進(jìn)行比較:(1)內(nèi)支撐，技術(shù)成熟，對坑壁變形的限制嚴(yán)格有效，可靠性高，對臨近建筑地下設(shè)施無影響。基坑周邊無重要建筑，不需嚴(yán)格限制變形，成本較高并影響工期，支撐構(gòu)件布置不便，成本太高。工期長，對土方開挖及結(jié)構(gòu)施工有影響。但本工程平面及立體變化大，局部可使用;(2)樁(錨)支護(hù)，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，安全可靠，對土方開挖及地下結(jié)構(gòu)施工無影響。質(zhì)量可靠，成本略高，但本工程平面及立體變化大，局部可使用;(3)放坡噴錨支護(hù)，施工簡單方便，造價低，工期短，噴錨支護(hù)可與土方開挖同步進(jìn)行。但邊坡變形較大。造價最省，適于開挖深度不大，場區(qū)內(nèi)周邊環(huán)境簡單、變形控制不嚴(yán)格要求，也可節(jié)省工期。

4.2 支護(hù)方案選擇

基坑支護(hù)形式的選擇必須根據(jù)基坑開挖深度、地質(zhì)情況、場地條件、環(huán)境條件以及施工條件，通過多方案比選確定，所采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)安全可靠、技術(shù)可行、施工方便、經(jīng)濟(jì)合理。根據(jù)基坑周邊環(huán)境條件及地質(zhì)情況，該基坑擬采用的支護(hù)形式為:結(jié)合淺部承臺深度，進(jìn)行放坡卸載+掛網(wǎng)噴錨支護(hù)。

5 基坑支護(hù)設(shè)計

5.1 設(shè)計依據(jù)

(1)設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范:①《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120－99);②《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GB50086－2001);③《土釘錨桿設(shè)計與施工規(guī)范》(CECS22－2005);④《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007－2002);⑤《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94－2008);⑥《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010－2002);⑦《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330－2002);⑧《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB50497－2009)。

(2)設(shè)計依據(jù)資料:①《向莆鐵路三明北站巖土工程勘察報告》;②《向莆鐵路三明北站總平面圖》;③《向莆鐵路三明北站樁位及承臺布置平面圖》;④《向莆鐵路三明北站站房建筑剖面圖》。

(3)設(shè)計采用程序?！袄碚罨印?.0 系列基坑工程設(shè)計軟件。

(4)設(shè)計計算模型:①基坑設(shè)計開挖范圍:以地下室承臺外邊線外擴0.8 ～1.0m 為基坑內(nèi)邊線;②基坑設(shè)計開挖深度按承臺墊層底考慮;③坡頂周邊2m 范圍外超載取10kPa 無限均布荷載;④土壓力分布模式，按朗肯土壓力理論，粘性土采取水土合算，砂土采用水土分算。

5.2 支護(hù)設(shè)計計算

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)方案，場地內(nèi)站房±0.00 標(biāo)高為129.71m，場地標(biāo)高在129.71 ～130.01m 之間，基坑深度2.9 ～9.1m。擬建場地遠(yuǎn)離道路及管網(wǎng)，周邊無建筑物，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120－99 的有關(guān)規(guī)定，本工程基坑支護(hù)安全等級為二級。根據(jù)承臺布置及厚度和基坑周邊環(huán)境將基坑劃分為8 個支護(hù)段。詳見表3?；铀闹茌^開闊，有放坡空間。支護(hù)方案采用放坡卸載+掛網(wǎng)噴錨的支護(hù)形式。

表3 基坑分段及最小整體穩(wěn)定性系數(shù)一覽表

6 地下水的處理方案設(shè)計

場區(qū)地下水類型主要為上層滯水，可根據(jù)采用基坑內(nèi)設(shè)置排水溝和集水井的明排方案排水。為防止邊緣坡頂土體受地表水滲透浸水軟化導(dǎo)致邊坡破壞，支護(hù)砼面層及面網(wǎng)要反包至坡頂外2.0m，距坡頂外1.5m 每隔1.5m 設(shè)置的長0.5m 的φ16 超前加固土釘，所有超前加固土釘用φ16 鋼筋橫向通長連接，所有面網(wǎng)及面網(wǎng)加強鋼筋固定于超前加固土釘及坡頂φ16 鋼筋之上，外再設(shè)置排水溝集水坑，并形成排水系統(tǒng)?；娱_挖期間，基坑內(nèi)雨水和滲水，可采用沿基坑坡腳設(shè)明溝和集水坑，積水及時用潛水泵明排至坑外。

7 支護(hù)系統(tǒng)施工及基坑開挖施工

7.1 噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)施工要求

(1)坡面噴射厚80 ～100mm、強度為C20 的混凝土層，內(nèi)置φ6.5@200X200 或16#鋼板網(wǎng);(2)噴射砼采用PSA42.5 水泥、中粗砂、5 ～15mm 瓜米石材料，砼強度等級為C20，砂、石、水泥比例為2∶2∶1;(3)嚴(yán)格控制坡面形位尺寸，施工完成后，坡面應(yīng)平整美觀。

7.2 地面硬化及地表排水溝施工

基坑開挖前在基坑坡頂作表面硬化處理，表面硬化層宜作成反坡，排水溝應(yīng)不漏水?？偨Y(jié)多個基坑垮塌的教訓(xùn)，大部分是由于水滲入基坑側(cè)壁土體所造成;本基坑施工很可能在雨季甚至是暴雨季節(jié)，所以主體基礎(chǔ)施工單位必須硬化場區(qū)內(nèi)地面并與基坑坑頂噴錨面相連接，絕對避免水由坡頂滲入基坑側(cè)壁土體造成基坑垮塌。

7.3 基坑開挖施工

(1)基坑開挖施工應(yīng)遵循“信息法”施工的原則，勤監(jiān)測，勤巡視，及時反饋信息，根據(jù)變化的情況指導(dǎo)施工;(2)該基坑支護(hù)開挖施工的順序原則如下:①一級坡面施工→建立基坑開挖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，并取得環(huán)境監(jiān)測所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)→土方開挖與地面硬化、噴錨支護(hù)施工交叉穿插進(jìn)行;②土方開挖必須分層進(jìn)行，開挖一層，支護(hù)一層，然后進(jìn)行下一層土方開挖;(3)要保證該基坑順利開挖成功，除了高質(zhì)量的支護(hù)設(shè)計外，還需要土方開挖施工組織嚴(yán)密，土方開挖施工一定要與基坑支護(hù)施工緊密配合，協(xié)調(diào)施工，同時還應(yīng)根據(jù)環(huán)境監(jiān)測所反饋的信息隨時調(diào)整挖土順序、挖土速度，隨意超挖蠻干，往往是造成基坑事故的重要原因;(4)支護(hù)施工過程中的排出物可能會使自然地面抬高，其排出物在施工完成后必須及時清除出場，以保證自然地面標(biāo)高不超過設(shè)計地面標(biāo)高，以免增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的額外土壓力負(fù)擔(dān)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過載現(xiàn)象;(5)基坑開挖過程中，土方不應(yīng)隨意堆置于基坑周邊，施工用材必須堆置于坑邊的應(yīng)均勻堆放，不得超過規(guī)定的堆載值，坡頂堆載不得超過10KPa;(6)土方開挖進(jìn)程中，挖土機不得碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu)件，并應(yīng)注意保護(hù)好觀測標(biāo)志;(7)開挖后的基坑應(yīng)盡量減少暴露時間，及時清邊檢底，盡快進(jìn)行墊層施工;(8)基坑開挖應(yīng)盡量避開雨季和汛期。

8 監(jiān)測及應(yīng)急措施

8.1 監(jiān)測的目的

基坑工程應(yīng)該請有資質(zhì)的專業(yè)單位編制基坑監(jiān)測方案并實施監(jiān)測工作。

深基坑施工監(jiān)測的主要目的是充分掌握整個深基坑在開挖過程坑壁土體、鄰近道路管線及建筑物的變形動態(tài)、變形大小及特征、地下水動態(tài)變化特征等，以達(dá)到預(yù)警效果，確保整個基坑工程的順利進(jìn)行。通過基坑監(jiān)測及時提供施工信息，調(diào)整施工方案，及時采取合理的應(yīng)急應(yīng)變措施，信息化施工法是基坑安全進(jìn)行的有力保證。

8.2 監(jiān)測方案

(1)整個基坑的監(jiān)測包括水平位移監(jiān)測，沉降觀測;(2)為了精確實施監(jiān)測方案，首先必須在施工場地進(jìn)行影響范圍外布設(shè)高精度平面控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)基點網(wǎng)，以作為位移與沉降觀測的基準(zhǔn)點;(3)在基坑周邊以及鄰近建筑物上布設(shè)位移與沉降觀測點，位移與沉降觀測點除個別情況外，應(yīng)合二為一，即沉降、位移觀測點使用同一點，以利于監(jiān)測資料的分析;(4)監(jiān)測項目:①基坑周邊的地面土體水平位移及沉降(含支護(hù)體);②基坑周邊的建(構(gòu))筑物沉降。

8.3 監(jiān)測方法

(1)觀測點的布設(shè):①控制基準(zhǔn)點的布設(shè):在基坑影響范圍外(80米范圍外)布設(shè)三個以上的基準(zhǔn)點，該點經(jīng)現(xiàn)場踏勘后具體確定位置，基準(zhǔn)點必須是絕對固定點，確保其牢固可靠且通視性較好，基準(zhǔn)點應(yīng)設(shè)保護(hù)裝置;②在圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部及基坑周圍影響范圍內(nèi)共布置約若干個監(jiān)測點，其中。

(2)觀測方法:①基坑周邊地面的位移觀測采用準(zhǔn)直線法;②沉降觀測采用往返閉合觀測法。

(3)監(jiān)測儀器:①位移觀測儀器采用J2 經(jīng)緯儀和精度5+5PPm 以上的測距儀;②沉降觀測儀器采用N3 水準(zhǔn)儀和鋼尺。

(4)觀測時間間隔及成果資料整理:①基坑開挖在5m 深度內(nèi)，每隔2 天觀測一次，開挖深度在5m 以下每天觀測一次，其間可視觀測成果的具體情況加密或適當(dāng)延長觀測時間間隔，開挖完成后7 天內(nèi)每天一次，30 天內(nèi)二天一次，30 天以后每5 天一次，直至施工至基坑底面，其間視其變化情況適當(dāng)加密或延長觀測時間間隔;②每次沉降觀測要求計算出各測點的高程、累計沉降量、本次沉降量、沉降速率等，每次水平位移觀測要求記錄各個觀測點的觀測點位移量、累計位移量、位移速率等，根據(jù)各個階段觀測成果繪制沉降—時間關(guān)系曲線圖，水平位移—時間關(guān)系曲線圖、沉降—水平位移—距離關(guān)系展開曲線圖;③觀測成果資料以《位移觀測成果表》、《相對矢量表》、《沉降觀測成果表》、《時間—沉降量曲線圖》的形式提交;④為保證基坑支護(hù)安全，支護(hù)體最大水平位移應(yīng)≤60mm，位移速率≤10mm/d，地面最大沉降量為≤60mm，位移速率≤3mm/d，當(dāng)監(jiān)測值接近或達(dá)到上述警戒值時，應(yīng)及時采取有效應(yīng)變措施。

9 應(yīng)急措施

深基坑工程穩(wěn)定性(包括邊坡穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定)破壞的后果往往是突發(fā)的、災(zāi)難性的，補救困難，應(yīng)本著“預(yù)防為主”的原則，嚴(yán)把施工質(zhì)量關(guān)。根據(jù)環(huán)境保護(hù)要求進(jìn)行不同內(nèi)容的監(jiān)測，施工監(jiān)測和現(xiàn)場觀察所獲數(shù)據(jù)應(yīng)及時整理，嚴(yán)密注視險情及險情的發(fā)展，及時采取果斷處理措施?；油练介_挖應(yīng)符合分層、分段、對稱、平衡、適時的原則，在軟土和砂土地段應(yīng)特別注意掌握開挖時間和開挖順序，處理好支護(hù)與開挖之間的配合關(guān)系，開挖時要堅持先深后淺的原則。應(yīng)做好整個地下工程的計劃安排，充分考慮基坑的時空效應(yīng)，盡量縮短工期，減少暴露時間，及早回填，開挖工作應(yīng)選在枯水季節(jié)施工最為有利。

具體應(yīng)急措施如下:(1)在基坑開挖時，若基坑周邊土體變形過大，并有發(fā)展趨勢，應(yīng)立即停止開挖，在坑壁側(cè)反壓砂土袋以阻止土體里蠕動變形;(2)若出現(xiàn)邊坡或樁間局部涌水，應(yīng)急處理措施總的原則應(yīng)是在封堵的同時做好排水導(dǎo)流設(shè)施，對側(cè)壁滲水可采用插管導(dǎo)流、草袋封砌、混凝土封堵等方法處理;(3)準(zhǔn)備一定面積的鋼筋網(wǎng)，較差土質(zhì)的局部剝離坍塌時，迅速采用土釘掛網(wǎng)固定，施噴速凝混凝土;(4)對坑底隆起，應(yīng)準(zhǔn)備一定數(shù)量的杉樹條，在應(yīng)急時迅速插入坡腳起抗隆作用;(5)基坑開挖時，現(xiàn)場應(yīng)配備一定數(shù)量的急用(搶險)物質(zhì):編織袋、草包;潛水泵、電焊機、水泥、砂、石料、杉木條以及其它工具、材料等;(6)其他措施:①做好整個現(xiàn)場的組織協(xié)調(diào)工作，各施工單位相互配合，盡可能縮短基坑施工的工期;②為預(yù)防基坑土層的擾動、減少基坑暴露時間，要協(xié)調(diào)好各工序工作;③基坑開挖時，不得損傷排水設(shè)施和觀測標(biāo)志;④基坑四周盡可能少堆放各種材料，堆放時要盡量均勻，垂直于基坑邊線，以免超過設(shè)計規(guī)定的附加荷載。