朱初

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

1 工程概況

嘉興市聯(lián)合污水處理廠清潔排放提標改造02 標工程位于浙江省嘉興市海鹽縣嘉興市聯(lián)合污水處理廠區(qū)東側新征用地范圍內，本工程±0.000 m 相當于1985 國家高程+5.00 m，整平后地坪標高3.50～4.00 m。 本工程結構安全等級二級，地基基礎設計等級，主體結構抗震設防類別為乙類，按7 級采取抗震措施。 地基處理采用預應力混凝土竹節(jié)樁基礎。

本工程基坑為超限基坑，基坑支護周長621.4 m，場地平整標高3.50～4.00 m（絕對標高，下同），坑底標高為-2.600～3.750 m，基坑深度6.10～7.75 m，開挖土方約11 萬m3。 基坑設計等級為二級，基坑工程安全等級和重要性系數(shù)為1.0。 基坑支護結構安全保證期為1 年。 施工安全等級一級。

2 工程與水文地質條件

2.1 工程地質條件

擬建本場地地貌類型為長江三角洲沖積平原， 地貌類型單一。 本場地現(xiàn)狀為廠房、水泥地，勘察施工條件一般，實測場地孔口標高范圍2.54～5.76 m，平均孔口標高4.12 m。

勘察查明，在勘探所達深度范圍內，根據(jù)土層的巖性特征、成因年代、物理力學性質、埋藏條件將場地地下50.0 m深度范圍內地基土共劃分為5 個工程地質層組， 細分為12 個亞層。

2.2 水文地質條件

據(jù)縣防汛辦資料 （高程1985 國家基準）： 河道常水位1.02 m，20 年一遇洪水位2.82 m，50 年一遇洪水位3.04 m，歷史最高洪水位3.05 m。本次勘探深度內揭露的地下水主要為孔隙潛水、承壓水。 孔隙潛水主要分布在①、②、③、③a 層土中，承壓水主要賦存于⑥2 層、⑥3a 和⑥3 層土中富水性一般。 根據(jù)區(qū)域水位地質資料承壓水位標高約為-4.00 m。淺部孔隙潛水對基坑開挖有一定的影響，微承壓水對基坑開挖有一定的影響。

2.3 周邊環(huán)境條件

2.3.1 臨近建（構）筑物概況

本工程基坑位于污水廠東北角預留建設空地內， 臨近建（構）筑物主要是位于西北角污水廠綜合樓和二沉池以及東側的寺廟。

2.3.2 臨近道路概況

本工程基坑位于污水廠東北角預留建設空地內， 北側為市政道路，最短直線距離80 m，東側為新建市政道路，最短直線距離70 m，其他方向為廠區(qū)內部道路。

3 基坑圍護設計及施工部署

基坑支護采用噴射混凝土護坡+SMW 工法樁+ 水泥攪拌樁坑底裙邊加固+ 一道豎（水平）向鋼管斜（角）撐的支護體系。 基坑根據(jù)變形縫和施工縫設置位置，分為10 個挖土區(qū)塊。基坑土方開挖遵循“開槽支護，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則，盆式土方開挖。 每一分區(qū)域開挖至圍護結構底邊，預留三角土，中間區(qū)域墊層做到隨挖隨澆。 當機械開挖至墊層底標高上部300 mm 時，應人工挖土修整至設計基坑底標高。

4 鋼支撐對基坑圍護體系影響

4.1 鋼支撐概述

基坑圍護體系由支護結構體系和支撐體系兩部分組成，而支撐體系又有混凝土支撐和鋼管（或型鋼）支撐兩種形式。鋼支撐架設和拆除速度快，安裝后能立即發(fā)揮支撐作用，能有效減小由于時間效應而增加的基坑位移， 且不需要等待可直接開挖下部土方。支撐材料可以重復循環(huán)使用，對于基坑工程造價和工期有嚴格要求的工程具有顯著優(yōu)勢， 適用于開挖多維度一般、平面形狀規(guī)則、狹長形的基坑工程[1]。因此結合實際情況，本工程采用水平鋼支撐和斜鋼支撐組合的支撐體系。

鋼支撐可以直接平衡兩端圍護墻上所受的水土壓力、結構簡單、受力明確、加工轉場容易、韌性好、安全性高、能有效地控制基坑變形。 適用于各種土層和深基坑工程，特別適用于復雜土質及各種軟弱土地區(qū)基坑面積大、開挖深度深的情況。本工程基坑鋼支撐為水平撐和斜撐的組合形式， 對保證基坑穩(wěn)定非常重要[2]。

基坑圍護結構外側的土壓力在開挖后， 通過鋼支撐來平衡，使基坑周邊土體達到靜力平衡，用鋼支撐與圍護結構共同組成結構體系來維持基坑的安全穩(wěn)定。 鋼支撐在基坑支護中的技術應用，關系到施工的順利推進，如何做好鋼支撐是本工程的重要環(huán)節(jié)。

4.2 基坑開挖后變形經過情況說明

本工程7#區(qū)塊基坑圍護工程按施工方案施工并在圍護結構強度達到設計要求后，開始進行此區(qū)塊土方開挖施工。 開挖過程嚴格按照施工方案進行，經過3 d 施工開挖至設計基底并按照設計要求坑內預留1∶2.5 土坡，當日14 點左右，基坑開始有較大變化，西側、南側便道均有不同程度的開裂、變形[3]。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，開挖至設計基底前，監(jiān)測數(shù)據(jù)十分穩(wěn)定，7 號（南側）、8 號（西側）深層位移監(jiān)測點累計變化3.68 mm、4.58 mm。開挖至設計基底當日位移突然變大，7 號點新增位移137 mm，累計位移140.70 mm；8 號點新增位移43 mm，累計位移46.87 mm；超過基坑監(jiān)測報警值數(shù)據(jù)。

根據(jù)建設單位、 設計單位、 監(jiān)理單位和施工單位多方論證，檢查施工質量控制資料，結合基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，表明基坑圍護工程施工質量符合設計和規(guī)范要求，達到開挖標準，開挖后基坑產生位移變形但仍處于可控范圍內， 因此綜合各方意見后一致同意繼續(xù)按照原方案施工，但必須加快施工進度，盡早在底板澆筑完成后安裝基坑鋼支撐。 最終在鋼斜撐完成后，基坑不再繼續(xù)變形，并在后續(xù)施工中始終保持穩(wěn)定直至回填。

4.3 基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

從開挖至鋼支撐安裝完成，總持續(xù)時間30 d，后續(xù)觀察15 d，根據(jù)總共45 d 的監(jiān)測數(shù)據(jù)整理繪制曲線見圖1。

圖1 45 d 基坑變形日變化量曲線

圖2 基坑施工過程變形高風險時期示意圖

根據(jù)基坑監(jiān)測實測數(shù)據(jù)以及圖1 日變化量曲線可知：

1）第1 天土方開挖開始，基坑保持穩(wěn)定，監(jiān)測數(shù)值正常，至第4 天開挖至基底當日即發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化明顯達到報警值，在整個觀察期內日變形量最大值發(fā)生在開挖至基底當日。

2）在開挖至基底日變形達到最大值后，至第23 天混凝土澆筑完成前，每日變形量并不穩(wěn)定，有時會出現(xiàn)負偏離，但總體處于可控范圍，并且變形量值趨于收窄。

3） 從第31 天開始， 在鋼支撐安裝完成后的15 d 觀察期內，監(jiān)測數(shù)據(jù)基本保持穩(wěn)定，無明顯變化。

通過總結7#區(qū)塊的施工經驗， 項目部重新調整和組織施工，在后續(xù)底板施工中有效控制了基坑變形。 同時總共8 個區(qū)塊累計的數(shù)據(jù)充分驗證了在SMW 工法樁+ 鋼支撐的基坑圍護體系中：（1）在土方開挖后至鋼支撐安裝前的這段時期可稱之為基坑直接暴露風險期，如圖3 所示。 本工程8 個區(qū)塊的施工過程中的基坑變形報警全部發(fā)生在這一時期。 （2）基坑鋼支撐是關鍵環(huán)節(jié)，安裝后整個基坑圍護工程才算完整，鋼支撐安裝完成后可以將基坑變形控制在可接受范圍內。

4.4 基坑變形應對措施

通過本項目8 個區(qū)塊基坑開挖和底板施工的實際工程驗證了基坑鋼支撐作為基坑圍護工程的最后一個環(huán)節(jié)， 對基坑施工提供安全保證， 防止變形位移具有至關重要的作用。 在SMW 工法樁+鋼支撐的基坑圍護體系中，在土方開挖后至鋼支撐安裝前的這段時期， 由于實際上整個圍護體系缺少最后一個關鍵環(huán)節(jié)，在此期間基坑直接暴露并缺少鋼支撐保護，因此存在較大變形風險。 為了把風險降至最低， 可采取多種措施，包括但不限于：

1）合理策劃分段開挖施工，可有效縮短暴露時間；

2）合理組織施工，縮短土方開挖至鋼支撐安裝的施工時間；

3）增加坑內預留土坡可提供更大支撐，但會增加后續(xù)開挖時間和成本以及施工難度；

4）從設計角度增加水平支撐，但此方法受到基坑規(guī)模限制并增加成本；

5）根據(jù)現(xiàn)場條件嚴格控制基坑周邊靜載荷，必要時應該采取卸載措施；

6）重型車輛通行帶來的動荷載對基坑圍護體系變形影響顯著。 在基坑鋼支撐安裝前嚴格禁止基坑周邊重載車輛通行。在基坑變形高風險施工階段。 分段開挖施工的情況下必須合理組織土方車輛出土路線， 混凝土泵車站車位置以及混凝土攪拌車的進出路線， 避免重載車輛通過已開挖但未安裝鋼支撐的區(qū)域。 如果由于場地限制，設備限制等原因無法避免，則不具備分塊施工條件。

4.5 應對措施效果比較

項目部根據(jù)場地條件采取了多項降低變形風險的措施，包括嚴格禁止重載車輛通行； 周邊材料堆場距離符合設計要求，安全距離不足的材料轉場；縮短土方開挖至鋼支撐安裝的時間。 通過選取本項目另一塊代表性8#區(qū)塊（地質條件類似，監(jiān)測點位置類似，周邊條件類似）的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)與7#區(qū)塊的數(shù)據(jù)進行對比， 日最大變形量降低45%， 累計變形量降低25%，說明各項措施卓有成效。

5 結論

1）水平和斜鋼支撐組成的基坑鋼支撐體系按照設計要求安裝完成后，對樁體變形約束作業(yè)明顯，基坑變形在可控范圍內，總體保持穩(wěn)定，基本消除基坑變形風險。

2）基坑圍護工程完成達到設計和規(guī)范要求后開始土方開挖，至鋼支撐安裝完成前，這一階段基坑變形風險最大，所有監(jiān)測數(shù)值報警都發(fā)生在這一階段。 因此，必須合理編制施工組織設計和專項方案，盡可能縮短這一階段的施工時間，縮短基坑未安裝鋼支撐的暴露時間，從而降低基坑變形風險。

6 結語

基坑支護圍護體系作為臨時性結構，如投資過大會產生浪費，但支護結構不夠安全又勢必造成工程事故，因此，如何選取安全合適的支護結構并實現(xiàn)有效的施工過程管理已成為參建各方共同關注的問題。 SMW 工法樁基坑支護圍護體系施工具有止水性高、造價低、污染小和對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點，近來被廣泛應用于基坑工程。 但與灌注樁及地下連續(xù)墻支護體系相比，該體系剛度較低，發(fā)生變形相對較大。 因此，SMW 工法樁配合鋼支撐的基坑支護體系對施工過程中的組織、管理和施工質量要求高，需要充分考慮各因素對基坑變形的影響。

鋼支撐作為支護體系的重要組成部分，在保持基坑穩(wěn)定，減小施工過程中基坑變形起到關鍵作用。 本文以實際采集數(shù)據(jù)為基礎，做出客觀分析并提供相關建議，完善SMW 工法樁配合鋼支撐支護體系的施工組織和管理， 對工程實踐具有實際意義。