钟宏南 王瑶
汕头市升平建筑设计院有限公司 汕头 515021
摘要：汕头市大悦城三期三层地下室基坑工程因周边场地的限制，常规单排钻孔桩+二道砼内支撑支护结构无法实现，因此采用非常规双排钻孔桩+斜支撑支护结构形式。本支护形式在潮汕地区基坑工程中的应用，进行了有益的探索。
关键词：三层地下室 基坑支护 双排桩+斜支撑 水泥搅拌桩放坡土体加固
前言
汕头市区工程地质构造较复杂，大部分地层为海陆交互相沉积层，主要由人工填土，淤泥，淤泥质土，粘土，粉质粘土，细砂、中层、粗砂互层组成，其特点是含水量高，抗剪强度低，岩土工程性质差。不少项目位于闹市区中，场地周边环境复杂，道路管线及建筑物环绕，一些建筑物的基础形式为浅基础，对基坑变形的控制要求越来越严格；与此同时，随着城市高层建筑的快速发展及对地下空间的利用，基坑的深度越来越深，地下室的层数越来越多，从过去的单层地下室到二层再到三层地下室及以上。
1、基坑支护结构的选型
汕头市目前基坑支护结构形式，单层地下室，开挖深度一般为4～5米，多采用重力式水泥搅拌桩支护结构，少数采用钢板桩或单排钻孔桩支护结构；二层地下室，开挖深度一般为7～8米，多采用双排钻孔桩支护结构或单排钻孔桩+一道支撑支护结构，少数采用单排钻孔桩+一道或多道锚索支护结构；三层地下室，开挖深度一般为11～14米，多采用单排钻孔桩+二道砼内支撑支护结构。但对于某些支护工程而言，由于场地条件和周边环境的特殊性，需要采用非常规的支护结构形式。
2、工程实例
2.1工程概况
汕头市大悦城工程，位于嵩山路西侧，黄河路南侧公安指挥中心大楼南侧，项目建设分期进行，第一期工程已完工，第二期工程完成部分地下室及地上部分结构层的施工，一、二期均为二层地下室，开挖深度为8.5米，支护形式采用双排钻孔灌注桩支护结构，与三期交界处采用双排水泥搅拌桩+放坡。三期为三层地下室，开挖深度12.5米。北侧地下室边线与公安指挥楼围墙距离20米。东侧地下室边线与嵩山路距高22米与临时商铺房屋距离6米，西侧、南侧与一期、二期地下室相连。图1为周边环境图。
图一 周边环境图
2.2场地工程地质条件
场地地貌单元属韩江三角洲冲积平原滨海滩地，自上而下为杂填土、海相沉积层、海陆交互相沉积层，土性有粘土、淤泥、细砂、淤泥质土、粉质粘土、中粗砂，残积土、全风化粉砂岩、强风化粉砂岩。
2.3支护结构的设计
根据场地环境现状及基坑开挖深度，若采用常规的支护结构形式，单排钻孔灌注桩+二道钢筋砼水平支撑，显然不太合适，基坑南侧和西侧场地已经开挖部分土方，无法提供桩撑支护结构体系中桩后土体的支撑反力。需要采用非常规的支护形式。考虑到基坑底存在一定厚度的粘土和砂层，结合现场环境特点及开挖深度，技术可行、方便施工等因素，借鉴相关工程案例{1}{2}，大悦城三期基坑支护方案因地制宜，不同位置采用不同的支护形式。
(1)支护结构北侧和东侧
采用双排钻孔桩+一道钢管斜支撑+坑内加固+前后排钻孔桩间止水帷幕支护方案。
a.支护桩和止水帷幕的设计构造
前、后排钻孔桩直径1200，排距2500，桩距1800，桩长为长、短桩间隔布置，长桩41米，短桩34米；桩项为宽3700，高1200的厚板，桩顶连梁和冠梁1200×1200；止水帷幕采用双排水泥搅拌桩，桩长26米，在前、后排钻孔桩桩间布置。
b.斜支撑的设计构造
斜支撑与支护桩冠梁夹角55，支撑长18m。先后比较了几种支撑材料，若采用钢筋砼支撑，断面尺寸1000×1000，支撑间距≥8000；若采用钢管砼支撑，钢管直径Φ609，壁厚t=16，核心砼强度C60，组合支撑刚度K=580MN/m，支撑间距7000～8000；本工程实际采用钢管支撑，钢管直径Φ609mm壁厚，t=16mm，钢材弹性模量206000MPa，不动点调整系数λ=1，支撑松弛系数aR=1。支撑刚度计算结果如下：
钢管横截面面积：
根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第5.2节相关规定，按照压弯构件强度、平面内稳定性、平面外稳定性要求计算单根钢支撑轴向材料抗力为1670KN，转化到水平方向，理正计算中输入的材料抗力为1367KN，支撑间距4000～4500。
c.土体加固的设计构造
支护桩在基坑底被动区采用格构式水泥搅拌桩加固，宽度6600，深度5000，沿支护钻孔桩内侧连续布置；为了保证在土方开挖过程钢管斜支撑施工完毕之前，支护结构变形控制在允许范围内，有必要对斜支撑下面的土体进行加固。
（2）东北角
采用双排钻孔桩+一道钢筋砼角支撑+坑内加固+前后排钻孔桩间止水帷幕支护方案。
除支撑材料和形式不同外，其它基本和北侧、东侧的支护结构相同。
（3）西侧和南侧与一、二期地下室相连部份。
支护结构形式采用格构式水泥搅拌桩挡土止水方案。
2.4施工工况
为整体了解支撑力作用下土体、桩、格构式水泥搅拌桩挡墙等的应力及变形特征，采用MIDAS GTS软件进行有限元分析计算，在此基础上采用荷载结构法进行分析。计算分析表明，最大水平变形发生在支撑牛腿、底板、格构式水泥搅拌桩挡墙部位，地层条件较好，最大水平位移为27mm；地层条件较差，最大水平位移为34mm。
根据有限元和荷载结构法的计算，在支撑水平力作用下，强度满足要求，但根据不同的计算模式会发生17～34mm的水平变形，为防止变形对工程的不利影响，须采取以下措施和施工顺序：
按盆式开挖方案进行施工，主要过程如下：
（a）进行支护结构、止水帷幕、坑内地基加固、放坡土体加固及立柱等的施工；
（b）根据斜撑钢管架设要求在坑内预留放坡加固土体，并按要求先进行基坑内降水，后按盆式开挖模式开挖至坑底；
（c）在预留钢管加固土体以外的其他区域及时施工垫层和结构底板，同时施工承台、牛腿和支撑等；底板与西侧、南侧格构式水泥搅拌桩挡墙之间的空隙施作混凝土传力带；
（d）底板、承台、牛腿等达到设计强度，安装钢管斜支撑后，按照间隔、分段模式进行预留加固土体的开挖，开挖至设计标高后应及时进行垫层底板施工；
（e）按照自下而上顺序进行各层板、墙、柱、梁的施工；侧墙与支护结构间的空隙须及时回填，板标高处应施作混凝土传力带；
（f）地下一层梁板及传力带施工完成并达到设计强度后方可拆除钢管斜支撑。
2.5基坑变形监测
（1）支护结构不同深度水平位移监测成果详见附表1
从2017年11月6日至2018年6月29日，测斜孔的测量次数分别为：CX1测16次、CX2测43次。
附表1
测斜孔的最大位移量出现在孔口位置。从各孔的位移量反映出围护结构的变形：东面CX2大，北面CX1小。测斜孔CX2最大累计位移量超过设计允许值（5cm）。二孔在最后一次观测的最大变化速率均小于0.01 mm/h，属于稳定范围。表明基坑开挖到底后，随着垫层及承台的浇筑，围护结构的位移曲线逐渐趋向平缓，底板浇筑后位移变形基本得到有效的控制。
（2）基坑压顶水平位移监测成果
从2017年11月6日至2018年8月9日，基坑压顶水平位移共进行104次观测。
最大位移量为100mm，基坑东面因基坑开挖较深且过快或暴露时间较长，造成变形量较大；由于采取了有效的施工措施，浇完负二层底板后，变形逐渐稳定，最后两个周期各测点位移曲线已趋向平缓，表明位移变形已趋向稳定。
（3）周边建筑物共设19个沉降观测点，东侧相邻建筑物的最大沉降量为65.12mm，最后一个周期的平均沉降速度均小于沉降稳定标准（－0.01mm/日）
（4）周边道路和围墙共设13个沉降观测点，围墙累计最大沉降量为-22.48mm，道路最大沉降为-21.69mm，各点沉降量均小于设计控制值（40mm）。最后一个周期的平均沉降速度小于-0.01mm/日，表明最终沉降已趋向稳定。
（5）支撑轴力观测
本工程东北角采用钢筋混凝土大角撑支护，北面和东面采用钢管斜支撑支护，其设7个监测点，监测结果详见附表2。
附表2
注：CL2为钢筋混凝土角撑，其余为钢管斜支撑，正值为拉力，负值为压力
由上表可见，轴力计大部分处于受压状态，钢管最大轴力为-8395KN（CL5点2018年4月23日测），位于位移最大处，支撑轴力随基坑的开挖深度增加而逐渐增大，挖至坑底时，轴力基本达到最大值，浇筑底板后，轴力逐渐趋向稳定，地下室浇筑负一层底板后，开始拆除斜撑，轴力监测结束。
（6）地下水位监测
从2017年11月6日到2018年7月21日，坑外水位共进行100次观测，累计下降量最大为-770mm（2018
年4月4日测得），日下降最大速率为-390mm/d（2018年5月9日测得），累计最大下降量小于规范允许值（1000mm），日下降速率小于规范允许值（500mm/d），表明基坑的止水效果基本满足设计要求。最后两个周期的曲线基本平行时间轴，表明水位最终已趋于稳定。
本工程土方开挖及地下室整体施工进行了全过程的变形监测实行信息化施工。尽管变形控制值在局部位置超过设计允许值，但由于能及时报警，并得到各方的重视和配合采取加固等有效措施，保证了在土方开挖及地下室施工过程中基坑、周边道路和建筑物的安全。
3、结语
软土地基三层地下室，开挖深度12米左右，采用双排钻孔桩+钢管斜支撑支护结构体案例并不多见，本工程因地制宜作了一次成功的探索。可供类似工程参考。
参考文献：
{1}双排桩留土后开挖在武汉长江一级阶地深大基坑中的应用（第九届全国基坑工程研讨会学术论文集p416）
{2}龚佳南主编，候伟生副主编；深基坑工程设计施工手册
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支护框架。挖掘土方时，还应根据规定做好人工检底工作。尤其是要做好施工前的准备工作，要针对性的加以培训，通过培训可以提高工作人员的安全意识，对施工各个环节有所了解与把握。
（4）对工作人员组织文明安全、生态环保等三级教育、专业培训以及考核，细分到个人，并将员工名单造册。开工前分工序对员工组织文明安全、生态环保交底。
5、基坑数据监测
现如今信息化的有效应用能够提高施工的完善性，在土方挖掘的时候，可采取信息化，实现对基坑的监测，并且还可以按照监测中的数据制定完善的策略，避免重大项目事故的出现，便于以低价获得最佳的项目安全保证；而且，不断深入与修整原本的认识及设计，防止不顾条件改变的“照图工作”。要做好以下监测工作：
（1）在整个监测阶段需要严格按照施工的进程做好各项工作，并且要根据标准与要求，如果不符合标准则需要及时处理，加强观测。当出现事故征兆后，要不间断监测。
（2）该工程确定基坑变化监控标准是：桩墙顶变化小于5cm，桩墙体最高位移小于5cm，地表最大下沉小于6cm，且水平位移每日发展不大于1cm，基坑挖掘中引发的桩顶鼓起和沉降值不能大于1cm，每日发展不能超出0.2cm。当应力变化达到警示值时，应立即向监理方、设计方、用户报告，便于采取策略，避免由于延误而引起事故。
（3）埋设测点与测试初信息要在水泥拌合桩结束后土方挖掘前做好。
（4）为保证监测没有偏漏，通常安装两套监测设备，构成监测体制：其一，施工方的自检监测，频率很密，着重监控桩顶水平变化；其二，由业主方委托的高水平的专业机构监测。施工方每日监测一遍坡顶水平变化，并绘制每点的移动曲线图，距离一段时间和监测信息相对比，研究位移曲线图整体位移。产生位移量变化；位移量呈增长趋势；位移量方位出现变化情况，需要根据水位监测来分析形成原因，便于妥善处理。
6、结束语
房建工程建设中，基坑挖掘的安全性与质量既影响到整个建筑的生产安全与质量，还提高了工程建设质量。总之，在进行基坑开挖的时候，需要对施工的流程加以分析，针对性的采取科学有效的方式，从本质上保障基坑挖掘的完善性与可行性，同时，还要明确认识到淤泥土层深坑的可靠性、安全性、耐用性仍然是广泛关注的核心，本文根据实际工程，总结了当前房建项目淤泥土层深坑建设中存在的问题，并提出有效的处理措施。这些处理措施是针对实际工程制定的，可以为今后房建项目淤泥土层深坑建设提供借鉴。
参考文献：
[1]李海鸥.房建工程中淤泥土层深基坑土方的施工技术[J].建材与装饰，2018（47）：21-22.
[2]王文娟.刍议房建工程深基坑工程施工技术及其质量管理措施[J].四川水泥，2018（10）：195.
[3]徐得.房建工程深基坑施工常见问题及施工技术[J].建材与装饰，2018（14）：53.
[4]王建.刍议房建工程深基坑工程施工技术及其质量管理措施[J].智能城市，2018，4（04）：133-134.
[5]马银阁，冯少杰.深基坑开挖诱发管线变形规律的数值模拟研究[J].河南城建学院学报，2018，27（01）：11-15+30.
[6]赵霞，颜怀志.深基坑土方开挖及支护施工安全技术探讨[J].四川水泥，2018（11）：112.
论文作者:钟宏南,王瑶
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第2期
论文发表时间:2019/9/4
标签：基坑论文; 位移论文; 结构论文; 地下室论文; 钻孔论文; 钢管论文; 工程论文; 《建筑细部》2019年第2期论文;