王學(xué)賢

福建一建集團(tuán)有限公司（365001）

淺談超大直徑圓形深基坑支護(hù)

王學(xué)賢

福建一建集團(tuán)有限公司（365001）

隨著城鎮(zhèn)建設(shè)中高層及超高層建筑的大量涌現(xiàn)，以及大型市政設(shè)施的施工及大量地下空間的開發(fā)，產(chǎn)生了大量深基坑工程。然而基坑支護(hù)體系是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，安全儲(chǔ)備較小，具有較大風(fēng)險(xiǎn)，如何選擇及設(shè)計(jì)深基坑支護(hù)便顯得尤為重要。文章對(duì)僑苑山莊現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出適合該工程的支護(hù)方案，希望能為其他工程的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)提供思路。

深基坑支護(hù)；地下墻；基坑降水

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

本工程位于東莞市僑苑山莊內(nèi)，地下三層、地上16層，建筑面積866 47.3 m2。結(jié)構(gòu)形式框架剪力墻，基礎(chǔ)采用沖孔灌注樁。工程總價(jià)約2.8億。

1.2 地質(zhì)條件

本工程地基土均屬第四系河口～濱海相、濱?！珳\海相沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土、沙土組成，缺失第⑧層粉質(zhì)黏土，第⑥層土是一層很好的不透隔水層，自第⑥層以下埋藏有高水頭的承壓含水層，為第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承壓含水層的連通區(qū)，承壓含水層埋深為27.88 m,承壓水的水頭高差18.18 m,電梯井開挖深度達(dá)25.89 m，坑底已經(jīng)進(jìn)入了第⑥層土，距離承壓水層只有2.0 m左右的覆土。

1.3 基坑圍護(hù)簡(jiǎn)介

塔樓區(qū)位于基坑中央，基坑采用直徑為100 m圓形地下墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，面積7 855 m2，開挖深度18.35 m，墻厚1.0 m，地下墻一般深31.55 m，臨近電梯井深坑處為33.55 m，地下墻入土系數(shù)0.701～0.217，地下墻頂采用鋼筋混凝土頂圈梁連成整體，地下墻內(nèi)側(cè)設(shè)三道鋼筋混凝土環(huán)形圍檁,不設(shè)支撐,坑底被動(dòng)區(qū)采用寬5.0 m深4.0 m格柵式高壓旋噴樁加固。電梯井深坑為“坑中坑”，采用12.0 m長(zhǎng)Ф800@900鉆孔灌注樁圍護(hù)，內(nèi)設(shè)一道鋼支撐，面積2 116 m2，開挖深度25.89 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

1.4 工程特點(diǎn)

1）地下墻成槽深度一般為34 m，最深36 m須穿越第⑥層暗綠色粉質(zhì)黏土、進(jìn)去⑦1層沙質(zhì)粉土夾粉砂約8.0 m左右，其中第⑥層土內(nèi)的內(nèi)聚力達(dá)到40 kPa，標(biāo)準(zhǔn)灌入值達(dá)到55，成槽機(jī)在該層的挖掘難度很大，且⑦1俗有“鐵板砂”之稱，更增加了成槽取土的難度。

圖1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面圖

2）有6根Ф700×14鋼管樁（深度接近70 m）分布在四幅地下墻內(nèi)，要充分表現(xiàn)出其圓形結(jié)構(gòu)的空間受力特點(diǎn)，就必須在原位成墻，碰樁區(qū)地下墻施工是該工程施工的一大難點(diǎn)。

3）承壓水對(duì)基坑安全影響大。當(dāng)基坑下有承壓含水層存在時(shí)，開挖基坑減少了含水層上覆不透水層厚度，當(dāng)它減少到一定程度時(shí)，與承壓水的水頭壓力不能平衡時(shí)能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現(xiàn)象[1]。由于基坑底部覆土自重小于第⑦層承壓水頭壓力，須降低承壓水壓力以確保基坑和周圍環(huán)境的安全。

4）本工程地下基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度1.0 m，基坑直徑達(dá)100.0 m，厚度與直徑比1/100，技術(shù)含量高施工難度大。

5）本工程基坑面積7 855m2，屬大面積圓形深基坑,取土量約16萬(wàn)m3,必須加強(qiáng)周邊環(huán)境的觀察，實(shí)施信息化施工，最大限度地減小基坑的變形是施工的又一關(guān)鍵技術(shù)。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 超深地下墻施工

本工程地下墻施工跟常規(guī)相比，圓形地下墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)同心圓精度控制以及槽深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)地下墻施工的兩大重點(diǎn)。

1）由于基坑是由正多邊形構(gòu)成的圓形圍護(hù)結(jié)構(gòu)，要充分表現(xiàn)出其圓形結(jié)構(gòu)的空間受力特點(diǎn)，地下墻的同心圓精度控制要求較高。導(dǎo)墻是地下墻施工質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)，因此，只有控制好導(dǎo)墻施工精度，才能保證地下墻的施工精度。

在導(dǎo)墻施工放樣中，建立以基坑圓心為極坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，使用紅外線全站儀，每隔1.0 m設(shè)置圓弧控制點(diǎn),導(dǎo)墻的內(nèi)圓半徑實(shí)際偏差控制在±1.0 cm以內(nèi)，為下一步地下墻同心圓精度控制創(chuàng)造了良好的條件。

2）根據(jù)本工程的地質(zhì)特點(diǎn)，地下墻穿越第⑥層暗綠色道草綠色質(zhì)黏土,進(jìn)入第⑦1鐵板砂層，成槽難度較大，針對(duì)硬土層成槽時(shí)先采用全導(dǎo)桿式成槽機(jī)挖至25 m，有利垂直度的控制，再采用勃海爾繩索式成槽機(jī)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

利勃海爾可在標(biāo)準(zhǔn)貫入度達(dá)100擊的弱風(fēng)化巖石中成槽，有強(qiáng)力糾偏功能，而且由于強(qiáng)力糾偏裝置的作用，地下連續(xù)墻的垂直度控制良好。

2.2 碰樁區(qū)地下墻施工

有6根Ф700×14鋼管樁分布在地下連續(xù)墻槽段內(nèi)，絕對(duì)標(biāo)高-10.5 m，根據(jù)國(guó)內(nèi)目前施工技術(shù)現(xiàn)狀，要將約70 m長(zhǎng)的鋼管樁拔出來(lái)，沒有成功的先例，國(guó)內(nèi)一般做法如圖2（a）、（b），該處理方法圍護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)法形成正圓，不能充分表現(xiàn)出其圓形結(jié)構(gòu)的空間受力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)要求必須在原位成墻。

圖2 碰樁區(qū)地下墻常規(guī)施工方法

碰樁區(qū)地下墻施工,由于受鋼管樁的影響，不能像常規(guī)方法一樣成槽取土，只能利用成槽機(jī)、鉆孔機(jī)、高壓水槍相結(jié)合的辦法取土，砂石泵方循環(huán)清底。先根據(jù)鋼管樁的位置進(jìn)行槽段的劃分，將鋼管樁劃分在4個(gè)槽段內(nèi)。

考慮到高壓水沖很可能造成槽壁坍塌，對(duì)槽壁兩側(cè)采用1 000護(hù)壁高壓旋碰樁加固,深度34.0 m，水泥摻量20%，垂直度不大于1/100，養(yǎng)護(hù)1月以上，實(shí)際上碰樁區(qū)地下墻施工時(shí)旋碰樁養(yǎng)護(hù)達(dá)45 d以上。

圖3中陰影部分為接縫處封閉旋噴樁，其目的封閉已施工完地下墻與旋噴樁之間的接縫，使碰樁區(qū)加固形成封閉的空間，不僅防止高壓水沖塌槽壁,實(shí)際上在基坑開挖過(guò)程中起到很好的止水效果。

碰樁區(qū)地下墻施工非常艱難，四幅地下墻施工時(shí)間占整個(gè)地下墻施工的1/3。但是,基坑開挖后，接縫處混凝土密實(shí)，墻面平整。為基坑的安全開挖創(chuàng)造了有利條件,碰樁區(qū)地下墻施工步驟如圖3所示。

圖3 碰樁區(qū)地下墻施工步驟

2.3 碰樁區(qū)地下墻局部補(bǔ)強(qiáng)措施

碰樁區(qū)地下墻通過(guò)采取各種措施，完成了地下墻混凝土的澆灌，圍護(hù)體形成一封閉圓，但是地下工程看不到摸不著,地下墻施工有不可預(yù)見性風(fēng)險(xiǎn)，是否存在夾泥或混凝土，不密實(shí)不連續(xù)等現(xiàn)象都難以預(yù)料[2]。

為確?；拥陌踩?，在碰樁區(qū)的外圍護(hù)壁旋噴樁內(nèi)套一排1 000@200鉆孔排樁，深度34 m；坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)土體加固由4.0 m加寬到9.0 m，深度由5.0 m加深到13.0 m，壓頂圈梁加寬到4.3 m將鉆孔排樁與地下墻連成整體,其目的是彌補(bǔ)地下墻缺陷，提高基坑的穩(wěn)定性。碰樁區(qū)地下墻從整體看施工比較成功，但如果局部接縫存在夾泥或混凝土的不密實(shí)等現(xiàn)象，可能會(huì)造成環(huán)向應(yīng)力受阻，鉆孔排樁用來(lái)抵消后側(cè)土體壓力，環(huán)向應(yīng)力通過(guò)加大混凝土環(huán)梁的截面等措施來(lái)彌補(bǔ)應(yīng)力受阻。

2.4 深井減壓降水施工技術(shù)

從地質(zhì)剖面圖可以看到第⑥層土是一層很好的不透隔水層，自第⑥層以下埋藏有高水頭的承壓含水層，為第Ⅰ、Ⅱ承壓含水層的連通區(qū)，承壓含水層埋深為27.88 m，承壓水的水頭高差達(dá)到18.8 m。電梯井開挖深度達(dá)25.89 m,坑底已經(jīng)進(jìn)入了第⑥層土，距離承壓水層只有2 m左右的覆土，基坑坑底抗承壓水穩(wěn)定安全系數(shù)ky＝0.194，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范的要求的1.05。

2.4.1 基坑底板穩(wěn)定性分析

本基坑開挖較深，場(chǎng)區(qū)承壓含水層頂板與基坑底板之間土層厚度較小，故應(yīng)對(duì)基坑底板進(jìn)行穩(wěn)定性分析，以防止產(chǎn)生高水壓承壓水從最不利點(diǎn)突涌的不良現(xiàn)象。

據(jù)勘察報(bào)告，第⑦1層的層頂標(biāo)高為-23.88～-25.37 m，頂板埋深為27.88～29.37 m。從最不利的角度考慮，選取承壓含水層頂板埋深為27.88 m，承壓含水層水頭埋深為9.70 m（依據(jù)抽水試驗(yàn)），按照上述公式計(jì)算，深坑開挖至25.89 m，確?；臃€(wěn)定時(shí)承壓水水頭下降14.92 m，故承壓水頭須降至地面24.62 m以下，但考慮到基坑開挖面到⑦1頂板僅厚2.0 m，為安全起見應(yīng)將⑦1水頭降到26.00 m左右，以保證施工的順利進(jìn)行。

2.4.2 深井減壓降水的布置

基坑工程地下水控制應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、基坑挖深、地下水降深以及環(huán)境條件綜合確定[3]。通過(guò)計(jì)算，共布置16口減壓井，因減壓井抽水需持續(xù)到地下構(gòu)筑的重量足以滿足基坑底板穩(wěn)定性要求后才能停止湊水，并考慮到基坑無(wú)支撐無(wú)法固定減壓井以及井點(diǎn)保護(hù)、封堵井點(diǎn)難度大等因素，故減壓井布置以坑外為主，坑外布井以基坑中心為圓心，以55 m為半徑，在345.5 m長(zhǎng)的圓周上等間距布置14口降水井。坑內(nèi)布置2口備用井，抽水井開孔、終孔直徑為650 mm,孔深56 m，井管為273 mm的鋼制焊縫管，過(guò)濾管長(zhǎng)21 m，沉淀管1.0 m，濾管為橋式過(guò)濾器，孔隙率30%，自孔底至孔深28 m，環(huán)填石英圓礫，以形成良好的過(guò)濾層，在23～28 m深處先環(huán)填5.0 m黏土球封孔以避免上部潛水漏入井內(nèi)，盡可能控制降水引起的地面沉降，其后填黏土至孔口，以進(jìn)行管外封孔。不設(shè)1口坑外和2口坑內(nèi)觀測(cè)井，坑外不設(shè)分層沉降觀測(cè)井和孔隙水壓力孔各1口，開終孔直徑為350 mm，井管直徑為127 mm，井深34 m，過(guò)濾器長(zhǎng)3 m。通過(guò)理論計(jì)算并結(jié)合抽水試驗(yàn),單井出水量50～70 m3/ h，高峰期處水量約15 000 m3/d。實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，單井出水量1 300 m3/d，在基坑開挖過(guò)程中，對(duì)減壓井降水運(yùn)行分階段控制，見表1，即滿足了承壓水在基坑開挖階段的減壓要求，又通過(guò)嚴(yán)格控制抽水量及縮短抽水時(shí)間，減小了對(duì)周圍環(huán)境的影響。

2.4.3 基坑內(nèi)疏干井布置

由于基坑面積7 855 m2，坑內(nèi)潛水通過(guò)疏干井降水，排除對(duì)基坑有影響的淤泥層及其以上各層土內(nèi)的潛水，每口井的降水有效面積按200 m2，坑內(nèi)需布置40口疏干井，直徑650 mm，深度22.0 m，井1 740巖土工程學(xué)報(bào)2006年采用直徑273 mm焊接鋼管，過(guò)濾頭長(zhǎng)度15 m，沉淀管長(zhǎng)度1.0 m，為基坑土方開挖和結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造良好的條件。

表1 降水控制階段表

2.5 對(duì)稱、均勻、分層開挖技術(shù)

為控制基坑變形以及圓型基坑均勻受力，工程土方采用分層、分塊、對(duì)稱、均衡開挖，基坑從立面分7層12次開挖，第③、⑤、⑦、⑨層土方開挖分別在第②、④、⑥、⑧層土方開挖后連續(xù)進(jìn)行，在加強(qiáng)墊層強(qiáng)度達(dá)到80%后連續(xù)進(jìn)行⑩11層土方開挖，待深坑頂圈梁和鋼支撐安裝后進(jìn)行地12層開挖，隨挖隨澆筑墊層，挖土工況見圖4。

圖4 挖土工況圖

每層開挖時(shí)對(duì)稱、分層開挖基坑周邊的土方,為使得基坑受力均衡,要求離地下墻15 m范圍內(nèi)土方高差不得大于1.5 m，其他控制在2 m左右，再對(duì)稱澆搗混凝土環(huán)梁，基坑中心島土堤待混凝土環(huán)箍封閉后強(qiáng)度達(dá)到80%后再開挖。

基坑周邊土體開挖時(shí)（可看作為環(huán)形溝槽），分四區(qū)兩次對(duì)稱開挖，環(huán)形混凝土澆筑分四段兩次對(duì)稱澆筑，即1區(qū)和3區(qū)同時(shí)挖土同時(shí)澆筑環(huán)梁混凝土，2區(qū)和4區(qū)同時(shí)挖土同時(shí)澆筑環(huán)梁混凝土。

為考慮大型基坑開挖和施工要求，基坑內(nèi)設(shè)置四個(gè)獨(dú)立的挖土棧橋，棧橋長(zhǎng)20 m，寬6.5 m，棧橋有鋼筋混凝土橋面、橋身、橋樁組成，橋面通過(guò)格構(gòu)柱+鉆孔灌注樁作為支撐架，與地下墻完全脫離，降低對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。

由于整個(gè)圓形基坑開挖基本遵循了設(shè)計(jì)要求的“對(duì)稱、均衡、分層”的原則，因此各測(cè)點(diǎn)的變形比較協(xié)調(diào)，變化規(guī)律基本一致。實(shí)際變形值接近預(yù)測(cè)變形值（預(yù)測(cè)報(bào)警值30 mm），至基坑開挖結(jié)束時(shí)，無(wú)論是垂直方向還是水平方向變形數(shù)據(jù)均比較接近，離散性小，在一定程度上保證了整個(gè)圓形基坑的均衡受力。

2.6 電梯深基坑圍護(hù)方案優(yōu)化

電梯井深坑位于塔樓基坑中部,為坑中坑形式，開挖深度8.04 m，面積約2 116 m2約樓基坑面積27%，原電梯井電梯井圍護(hù)設(shè)計(jì)方案采用直徑800@900，深度為14.0 m鉆孔排樁，外加2.0 m寬，設(shè)計(jì)深度為13.0 m高壓旋噴樁止水帷幕，設(shè)兩道鋼支撐、坑底抽條加固，抽條加固寬度4.0 m，深度5.0 m，間距4.0 m。其目的是增加被動(dòng)土壓力，減小圍護(hù)體變形，防止工程樁產(chǎn)生較大的位移。

由于基坑底位于第⑥層為暗綠色粉質(zhì)黏土層，滲水系數(shù)小，含水率低，屬超固結(jié)土，考慮到長(zhǎng)期的疏干降水和減壓降水對(duì)土體起到了很好的固結(jié)作用,采用旋噴樁止水帷幕和坑底抽條加固意義不大，為節(jié)省造價(jià)，深坑圍護(hù)體系改為原工程鋼管樁間套打。兩根Ф900或一根Ф1 200鉆孔灌注樁組成符合型圍護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)一道H200×500型鋼雙榀支撐，取消高壓旋樁止水帷幕和坑底抽條加固。開挖情況良好，僅旋噴樁一項(xiàng)節(jié)約成本600余萬(wàn)元，取得了良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

3 深基坑信息化監(jiān)測(cè)

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)類型和地下水控制方法確定基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目[4]。深基坑工程施工過(guò)程中進(jìn)行信息化施工監(jiān)測(cè)，有利于實(shí)時(shí)掌握圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化施工參數(shù)，指導(dǎo)施工。應(yīng)用超大直徑圓形無(wú)支撐深基坑施工技術(shù)以及監(jiān)測(cè)信息和施工參數(shù)變化規(guī)律預(yù)測(cè)下一步施工工況，及時(shí)提出應(yīng)對(duì)措施。塔樓監(jiān)測(cè)于2005年3月30日結(jié)束,歷時(shí)14個(gè)月累計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

表2 累計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表

4 結(jié)語(yǔ)

1）深井減壓降水是結(jié)構(gòu)安全封底進(jìn)展順利的前提和保證，基坑采用深井降水降低承壓水水頭進(jìn)行基坑卸壓，既保證了基坑開挖和安全封底，也有效地控制了降水引起的地面沉降[5]。

2）平面分塊、分段、對(duì)稱均勻開挖，立面分層分次、先四周后中間，并有棧橋出土的方法使圓形圍護(hù)結(jié)構(gòu)均勻承受土壓力。

3）圓形圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有整體剛度大和徑向變形小的特點(diǎn)，相對(duì)變形在0.12%H左右，為常規(guī)深基坑中變形最小的（常規(guī)為0.7%H），是一種較為經(jīng)濟(jì)合理的地下空間結(jié)構(gòu)形式。

[1]常士驃主編.工程地質(zhì)手冊(cè)（第三版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1992.

[2]光華.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)用計(jì)算方法及其應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[3]JGJ311—2013,建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范[S]. [4]JGJ120—2012,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[5]劉宗仁主編.基坑工程[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2008.