一、引言
随着社会经济的发展，超高层建筑在城市里不断增加，导致深基坑工程也随之增多。而一个建筑工程的质量安全首要的前提是基础必须牢固，基础牢固又是建立在基坑围护的安全之上的，基坑围护的有关安全问题一直是建筑工程施工中的重点、难点部位。而深基坑周边建筑荷载的多样性，地质水文的多变性，施工过程中施工顺序和质量的不确定性，以及周边场地、环境等因素，都使深基坑支护结构设计存在一定的不可靠性。因此在施工中，施工方与设计的及时协调沟通，基坑施工过程中的应力变化数据实时监测情况，以及对施工实际情况、监测数据随时进行对比分析，这对设计出更合理的工程基坑支护结构，提出更优化的深基坑施工方案来说是有很大指导意义的。
本文是以我自己所监理的某市中心已建成的131米高某银行营业与办公用房工程为样板，以工程深基坑施工中自己的亲身体验为基础，文中的相应数据都是实际施工收集的原始资料，通过对深基坑施工这一工程中难点部位的相关施工过程、效果进行总结剖析，希望对今后类似的工程施工在使用新技术中能最大限度的起到借鉴意义，以加强对基坑施工这一重点、难点部位的质量控制。
二、工程概况
本工程位于市中心主城区，西面和南面临近城市的交通主干道，东面为在建超高层建筑，北面为待拆迁的六层居民住宅楼。工程总建筑面积为67328m2，主楼为31层框筒结构，地下三层，地下室深度为自然地坪以下的－13.9m，建筑总高度约为131米，基础为钻孔灌注桩结合筏板基础，桩基采用桩径600mm和800mm的钻孔灌注桩，深基坑施工围护结构采用新技术——地下连续墙结合三道钢筋混凝土内支撑做为基坑挡土结构和防渗帷幕，工程内支撑选用大角撑结合边桁架钢筋混凝土支撑。
工程桩基于2004年6月18日完成，地下室框架结构于2005年12月26日完成。本工程是市重点工程，是质安监督总站树立的“双标化”样板工程，是某银行集营业、信息、办公于一体的智能化、人性化、节能环保型的现代化综合大楼，是该路段上的地标工程，工程当时施工中据统计使用了19项新技术、新工艺。
三、深基坑围护支撑方案的设计选择
1、基坑场地特点
本工程为超高层建筑，建筑最高点约131米，基坑面积较大较深，基坑长度为85ｍ，宽度为83ｍ，工程基坑的开挖深度约为14ｍ，最深处为18m，基坑的形状大致呈规则的正方形，基坑开挖的影响范围比较大，地下水大致在地表下0.6～3.9ｍ。基坑影响深度范围内的主要地基土质为填土、粉土、粉砂土以及淤泥质，其中粉土、粉砂土的影响厚度约为11.8m～24.9m，基坑开挖深度范围内土的渗透性比较大；另外基坑的周边距离规划用地红线均比较接近，一般距离为4～5m，最小处的距离只有0.538m。工程场地的西面、南面均为市中心的交通主干道，道路下埋设有大量的市政、电力等管线；东面的北侧为已拆迁的六层居民住宅楼；东面为在建的超高层建筑。可以说本工程施工场地的周边情况较为复杂，基坑施工受周边情况的制约较大，施工中必须综合考虑场地周边东、南、西、北面的各种复杂情况因素。
基坑土方于2005年4月29日开挖，至2005年8月15日挖至设计标高，由东南面向西北面逐步推进，2005年12月27日地下室顶板浇筑完毕。
2、支护结构的选择比较：
根据本工程的实际地质情况，同时考虑到本工程基坑比较深的特点，又综合考虑了施工场地周边的环境因素，本工程选用了在截面的抗弯刚度、墙体的整体性、防渗性能均比较好的——排桩加止水帷幕和地下连续墙两种支护结构，进行综合比较选择。可以说两种支护方案各有其优缺点，经过整体的比较分析，从保证施工质量方面及兼顾经济性综合考虑来说，本工程最终选用壁厚0.8m、墙底深度约为25m至30m的地下连续墙做为基坑的支护结构，兼做挡土、防渗帷幕。
3、水平内支撑的选用
考虑到本工程的深基坑施工平面相对较大，开挖深度比较深，以及周边施工场地比较狭小、地形复杂等特点，为了更可靠的保证基坑支撑的稳定性及施工质量，结合本地区相似工程支撑的实际应用情况，同时也为了在一定程度上节约施工成本，本工程水平内支撑优先选用混凝土支撑。
经过以上比较分析，本工程最后选用0.8m厚，深度约为25.05～29.95m，入淤泥层约12～15m的地下连续墙并结合三道钢筋混凝土内支撑做为深基坑支护结构，并作基坑挡土结构兼防渗帷幕。工程内支撑选用大角撑结合边桁架钢筋混凝土支撑，沿竖向设置三道，以有效控制基坑变形。
另外对于基础采用377直径沉管灌注桩，桩长5.5m，基础距离外墙基坑约1.6～2.0m的东面北侧6层居民住宅楼，考虑到地下连续墙的切土施工对其影响比较大，所以在成槽前，对槽壁采取高压摆喷加固措施：既有利于槽壁的稳定，防止地下墙成槽时因槽壁的坍塌而引起建筑物下沉；同时也起到对保留建筑物的加固作用。由于该基坑工程尺寸大，支护结构空间作用明显，施工周期长，周围场地环境复杂，为了确保工程的施工质量安全及周围建筑物安全，在土方开挖前进行基坑内降水，使土体固结，同时加强对支撑轴力、土体压力及地连墙的变形位移情况的监测。
四、深基坑支护体系受荷载后支撑轴力变形情况
1、施工工况
本工程深基坑挖土采用边挖土边支撑的施工方案，为了避免由于长期降水可能产
生的土体固结而导致周围建筑物沉降现象的发生，施工中取消了基坑挖土前进行的周边井点降水方案。
工况1：挖A区表层土至第一道支撑底标高时，完成大角撑浇筑，然后依次挖B、C、D区的土方并施工第一道支撑；再开挖第一层土，挖土面标高为-7.2m，深约5m，坑内降水情况良好，坑边荷载也较小。当A区一层土开挖时，第一道支撑D区未完成。
工况2：在A、B、C三区第二道支撑完成，D区二道支撑未完成的情况下，开挖第二层土的A、B区块，挖土面深-12.2m，坑内降水情况不是很好，土表含水。同时，在A、B区第三道支撑未形成的情况下，挖土面在无支撑的状态下暴露时间约一个多星期。
2、由工况浅析支撑轴力变形情况
从水平支撑轴力监测情况发现，第一道支撑的主撑在挖土期间的最大轴力在-3389～-6231KN之间（设计警戒值为6000KN，受力情况与设计值比较吻合），支撑受力荷载较集中，各主撑的轴力增长比较稳定，且存在比较明显的荷载重分布点（如5月28日第二道支撑的荷载急剧增加的情况下，第一道支撑1Z6却受力稳定），表明各主要支撑的受力作用发挥比较好。而第二道支撑的各主撑轴力与第一道支撑相比显得比较发散，特别是大角撑2Z4、2Z6，在5月26日左右增长速度非常快，增长斜率很大，并且在6月3日支撑封闭，二层土未完全开挖的情况下，从支撑轴力监测数据看到大角撑2Z8和边桁架2Z7轴力非常小（在1000KN以下），这表明其未积极充分的参与内力重分布分担2Z6的轴力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在各区块土挖除的时间段内，从支撑轴力曲线图中可以看到大角撑2Z2、2Z8由于坑内土体的卸载、坑外侧压力的增大，轴力发生较大幅度的增长，2Z3、2Z5边桁架支撑也在分担荷载的同时起到了对大角撑间荷载内力重分布的调节作用，支撑轴力随着相邻大角撑的增长同步上扬。但此时可以发现2Z7、2Z1边桁架支撑的荷载分担值很小，不到相邻受力较小角撑的50%。第二道支撑与第一道支撑受力相比体现出受力极不均匀性。
3、原因分析
虽然在A区一层土开挖时，第一道支撑D区还未完成，但无撑状态持续时间很短，而且是开挖第一层土，土的压力影响相对较小；另外坑边荷载也较小（银座大厦为砼灌注桩承重，东面北侧的6层房子受B区土堤和A、B区的支撑作用受影响相对较小）；在基坑开挖前完成了坑内降水，使土体固结，土体强度相对增加；加上地下连续墙自身的刚度结合角撑的空间作用，使第一层土是在接近“先撑后挖”的状态下开挖的，土体的卸载和隆起作用不是太明显，地连墙的位移量非常小。因此第一道支撑的初始周边受力比较均匀，充分发挥了边桁架与大角撑结合的空间作用，进行荷载重分布，将基坑各侧面的荷载均匀的分配到各主撑上。
第二道支撑轴力的突增和轴力曲线的发散是由于在第二层土A、B区开挖时，第二道支撑D区的支撑还未完成，一层土体已全部挖空卸载。此时的A区在第一道支撑与第二道支撑的竖向范围内，形成了一个东西向无撑的自由暴露空间。随着开挖深度的增加，开挖面的增大，东侧地连墙的侧向压力比较大，使得大角撑2Z6在5月24日～29日间出现了第一轮轴力的过快增长，使轴力迅速超过警戒值（8000KN），同时也促使此处地连墙变形位移的发展加速。同时，在第二道支撑合拢后，A、B区第二层土已全部卸载，此时二层土的挖土面标高为-12.2m，土体为淤泥质粉砂土，渗透性差，致使场内的深井降水效果不是很好，且土表的雨水也没有很快的组织引流，土体含水率较高，从而使土体的塑性增加。另外，A、B区块二层土体开挖后，没有及时的完成第三道支撑，导致二、三道支撑间土体在无撑的状态下自由暴露空间和时间都继续增长，根据空间效应这将促使加强土体的回弹及隆起，从而使地连墙支护体系的支撑轴力继续发展较快，而在这段时间内发生了此处地下墙位移变形的突增现象，在5月28日～6月12日间位移增长了2cm左右。同时也导致了大角撑2Z6在5月29日～6月12日间出现了第二轮轴力的增长。
另外，在施工土方开挖方案中没有充分了解考虑支护结构中支撑所选用的大角撑的受力特性，即大角撑在受力上本身就存在较大的不合理性，在开挖或荷载不对称时，容易造成应力集中，并且在围檩与角撑间产生较大剪力，容易造成围檩的破坏等。而从上面提到的挖土顺序可以发现，每一道支撑的土方开挖均从A区开始挖起，使挖土时基坑周边的应力释放成不对称性，致使东区支护结构的位移变形和内大角撑内力产生了较快的叠加累积。
4、应对基坑变形及轴力变化采取的措施
⑴抓紧完成第二道支撑的封闭，尽可能使第二道支撑发挥其荷载重分布的空间作用；
⑵减少第二层土在无撑状态下开挖空间的增长，对已开挖部分立即进行支撑的施工，减少土体在无撑状态下的暴露时间，从而减少时空效应的发展；
⑶在降水方面，增加深井数量，设置明沟和临时集水坑，提高降水效果，使土体强度增加；
⑷在第三道支撑完成封闭的前提下开挖第三层土；
⑸在挖土顺序上，第三层土从B区开始卸土，以减少A区的应力叠加现象。
经过以上一系列的措施实行后，3Z6支撑的轴力增长速度比2Z6有所趋缓，但由于基坑开挖深度的增加，卸荷的不对称性以及周围高层建筑的影响等，荷载在部分支撑位置集中的现象还是体现得比较严重。
5、基坑施工的整体效果分析
本工程从整个深基坑挖土的总体效果来看，应该说基坑支护结构的方案选择还是比较成功的，地下连续墙结合内支撑支护结构的防渗效果及抗变形的能力都得到了较好体现，确保了基坑周边建筑、施工的安全及施工的顺利进行。其所采用的大角撑结合边桁架内支撑系统，给基坑的挖土提供了较大的作业空间，且大角撑的受力独立性，使挖土与支撑制作可以进行流水作业，大大的提高了工程的施工进度，给基坑工程带来了很大的经济效益。但同时我们也可以看到，由于施工中过分的注重了大角撑的受力独立性，而忽略了其受力的不合理性，导致挖土方案实施不合理，从而引起部分位置支撑轴力和地连墙的位移变形均超过了设计预警值，特别是个别支撑轴力达到了预警值的两倍，给工程施工质量带来了极大的安全隐患。
五、结论
综上所述，从本工程的基坑施工实践可以看出，对深基坑的支护结构虽然设计在安全系数上有一定的放量，来保证突发现象的质量安全，但对于复杂的深基坑支护结构，设计与施工方都要非常认真的对待，设计除在设计选型的合理性和增加安全系数上要引起高度重视外，更要重视在深基坑开挖施工前的设计交底，要向施工单位表明设计所选用的支护结构方案的优缺点，以此来引导施工单位编排合理有针对性的施工方案；监理应认真熟悉研读设计图纸，切实理解设计意图和要求，掌握各种工艺的有关规范要求及技术特点，仔细审查施工单位编制的专项施工方案，严格落实对重点工序的质量控制；而施工单位在基坑施工过程中要及时掌握深基坑的各项第一手监测数据来验证设计、施工的合理性，并根据现场的实际情况变化及时与设计沟通，随时对基坑施工方案进行针对性的调整，施工方在深基坑挖土、换撑等施工作业时，一定要重视“先撑后挖”，挖土、换撑顺序的安排实行要尽量使支护结构受力合理，发挥其最大的空间特性。同时在施工过程中及时做好相应的降水、数据监测等工作。这对更经济有效的发挥支护结构作用，更有效的确保建筑施工质量安全来说还是非常重要的。
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论文作者:余晓平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/13
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