关键词：中心城区；超深基坑；开挖及支护体系；沉降控制；监测；规律；技术管理
中心城区宽大深基坑工程的开挖及支护体系可以采用顺作法内支撑方案、全逆作法方案和中心岛方案。内支撑方案需设置大量的临时支撑,支撑杆件长度大,整体刚度小,基坑的变形较大。大量临时内支撑的设置,增加了基坑工程造价,不利于社会资源的节约,临时支撑的拆除既影响工期也易给环境带来不利影响。若采用全逆作法方案,利用结构梁板作为支撑,支撑刚度较大,有利于保护周边环境,而且可以节省大量的临时支撑费用。但基坑内土方需全部采用暗挖,对施工要求较高,降低了出土效率,而且全面积采用逆作法施工,需设置大量的一柱一桩,加大了施工难度,施工质量很难保证。采用传统中心岛方案,基坑周边留土,并采用多级放坡使中心岛区域开挖至基底,跟进施工中心岛结构,待中心岛结构施工至地下室结构顶板后,再采用顺作法或逆作法开挖周边留土和施工结构梁板。对于传统中心岛方案,中部土方基本上是采用大开挖施工,不涉及与支撑交叉施工和暗挖土方问题,挖土条件较好,大大加快了整体施工进度。
1深基坑支护施工重要性
随着时代的前进、社会的进步和经济的发展，国内各大城市高层建筑物与日俱增，越来越多的建筑结构朝着大型化、高层化和多元化迈进。众所周知，任何一个建筑物要想充分发挥其功能，那么基础结构的质量不容忽视，同时建筑结构越是大，对基础质量要求也就更加严格。于是，在建筑工程施工中基坑质量的重要性显而易见，而作为深基坑工程的重要组成部分，做好其开挖及支护施工是确保基坑工程质量的关键，由此表明深基坑施工开挖及支护技术的重要性。
2深基坑开挖及支护施工技术要点
2.1深基坑支护的工作特点及要求
深基坑指的是深度超越5米的基坑，这种工程构造在施工中受到多方要素的影响，使得其支护环境恶劣，工程难度大、施工要求复杂。且深基坑工程通常都是高层、超高层房建物的根底期间，为了保证施工的安全可靠，在施工之前有必要提前进行勘察和规划，并且严格监控每一个环节的施工。尤其在深基坑开挖的同时，要注意降水，依据水位的改变来做好相关支护作业。具体来说，在支护规划和施工中，施工难点主要表现为以下几个方面：
2.1.1逐步加大的基坑深度
在各种资源日益紧缺的新时期，为了更好的提高资源的利用率，各种新技术不断涌现。尤其是在人多地少的我国，为了更好的提高土地资源的利用率，节约土地资源，房屋房建的高层化、深层化和复杂化发展态势日趋明显。但在房屋结构高度不断增加的同时，基础结构承担的压力也就越来越大，由此引发了深基坑施工研究热潮。
2.1.2日益复杂的施工环境
一般来说，高层房建的出现主要是在城市中心，这些地带普遍存在着人口密集、交通复杂、房建物众多、房建设施拥挤的特征，因此在深基坑施工之前必须要正确处理这些因素之间的关系，确保基坑支护施工不影响周围人群的生活和工作，同时要确保工作人员的人身安全，面对这种特征，深基坑支护施工难度可想而知。
2.1.3受地域影响较大
在我国，全国各地地质条件区别很大，即使构造一样的房建物，在不同地质条件下的基坑支护施工办法也不尽相同，基坑开挖深度也随之不同。在地质承载力较好的地区，基坑开挖深度比较浅，而在地质条件欠好的地区，基坑开挖深度非常大，且这些特别地质条件自身对基坑支护存在必然影响。面对这些要求，在基坑支护施工中要提早做好地质条件勘测作业，依据地质条件有针对地挑选施工计划，从而确保施工质量。
2.1.4随机事件出现频繁，风险高
由于深基坑工程受到地质条件的影响，因此在施工中工期通常较长，且还常常会遭到气候变化的影响。比如在施工中，夏日会遭到雨水的影响，而冬天又会遭到冰冻的影响。这些影响是不可抗因素，需要工作人员提前对这些因素加以思考和排除。而土质和地下水位的影响在施工中经常出现，尤其是在沙质土中，遇水出现流沙现象，需要在工作中特别注意。由于基坑支护是地下临时工程，施工单位通常不愿意投入过多的精力和资金，其重视程度不高，危险系数较大。
3基坑支护方案选择
3.1 常见的基坑支护技术
1) 水泥土搅拌桩技术。
水泥土搅拌桩技术一般认为是我国目前5m以内基坑的首选支护形式,该技术既能挡土又能挡水,有时和钻孔灌注桩合用,适用于多种地质条件,比较经济。
2) 土钉墙技术。
土钉墙技术是一种原位土加筋和强化的技术,它具有用料少、施工快、工程量小等优点，对场地土层适应性强,随基坑开挖逐层分段作业,基坑开挖完成时土钉墙就能做好。不适合在软土、松砂土或地下水丰富的情况下使用。
3)钻(冲、挖)孔桩、沉管灌注桩或钢筋混凝土预制桩。对于5m~10m深软土基坑常用此法作为支护结构,基坑内必要时再加内支撑,如需防渗止水,则可辅之以深层搅拌桩作为止水帷幕,有时也用钢板桩或H型钢桩。
4) 锚杆技术。
以其能为基坑开挖提供较广阔的空间优势在我国应用广泛。
5) 地下连续墙。
基坑大于10m时或紧邻其周围有非常重要的建筑物、地铁或其他重要设施需要严格控制基坑变形时,常常选择地下连续墙,地下连续墙既是挡土墙又兼作地下室的外墙,采用逆作法施工可缩短基坑开挖和支护结构大面积暴露的时间,改善了支护结构受力性能,使其刚度大为增强,使支护结构的变形及对相邻设施的影响大为减少,从而使总造价降低,是一种先进的施工作业方法。
6)SMW 工法连续墙。
SMW是SoilMixingWall的缩写,该方法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘,同时在钻头处喷出水泥系强化剂与地基土反复混合搅拌,在各施工单元之间采取重叠搭接施工,水泥土未结硬前插入H型钢或钢板作为补强材料至水泥结硬,便形成一道具有一定强度和刚度、连续完整、无接缝的地下墙体。该方法近年来使用较多。
7) 其他一些支护技术。
近年来又出现了其他的一些支护技术,如:闭合或非闭合挡土拱圈、连拱式支护结构、桩拱围护体系、拱形水泥土槽壁结构等,这些可用于深基坑支护结构,相对而言其造价比普通的桩墙低。
3.2方案比较研究
1）内支撑方案。
此方案要采用四道支撑加一道换撑的方法,首层支撑采用钢筋混凝土撑,支撑横截面为800mm×1200mm,支撑间距6m,其余支撑采用Q345钢支撑800钢管,壁厚20mm,间距3m,3个竖向支撑。围护结构采用地下连续墙,墙厚1.2m,采用C30混凝土。
2）全逆作法方案
因车站主体结构地下三层层高较大,结构楼板中心距达到11.5m。逆作法施工过程中,以主体结构梁板作为地下连续墙的横向支撑结构,则地下连续墙的第二道支撑和第三道支撑间距达到11.5m,为控制地下连续墙的横向位移和内力,选用1.2m厚地下连续墙作为外围护结构,地下三层的地下连续墙上施工三道预应力锚索,锚索采用直径为15.20mm的1860级钢绞线制作。
3）中心岛方案
分析本工程的主体结构条件,本车站基坑内净宽度78.76m,结构上分为5跨,中跨18.2m,两侧两个边跨分别为21.46m和18.2m。先进行中跨明挖顺作,中跨主体结构完成后,施工整个主体结构顶板,利用结构顶板作为支护结构的支撑,然后两侧盖挖逆作,称为中心岛方案,相比全逆作方案,该方案大幅度减少了暗挖土方量,可加快工程进度。在超大面积深基坑工设计中,采用传统中心岛法是最经济的,施工也是最方便的,但结合本工程的实际条件,直接在两边跨内放坡到坑底,基坑墙前预留土体的被动土压力较小,基坑的变形较大,同时经过有限元分析表明,不对预留土体采取任何措施,开挖后预留土体将失稳。因此必须对预留土体进行加固。为控制基坑变形,将传统中心岛方案进行改进,提出改进方案,称之为“整体顺作法”，如图1所示。
图1中心岛预留土体加固方案
具体方案如下:
a.对于上部填土、粉砂、粉质黏土层和砾砂层,采用土钉墙加固和搅拌桩加固。为配合车站结构逆作施工所需脚手架,在预留土体内施加搅拌桩D550,桩间距与脚手架间距吻合,布置采用正方形布置,基坑外侧冲洪积层为袖阀注浆加固。
b.对于下部砂层、粉质黏土(残积层)和全风化层,采用护坡桩+钢管内支撑方案支护。护坡桩顶标高位于地下三层顶板下,该层楼板施工不受护坡桩影响,护坡桩采用D1200的挖孔桩,间距1.5m。桩顶设一道冠梁,在冠梁和坑底之间设两道内支撑,首层内支撑采用钢筋混凝土支撑,支撑截面为800mm×1000mm,支撑间距6m,与挖孔桩冠梁同时浇筑,二道支撑采用600钢管,壁厚16mm,支撑间距3m。
4基坑边土体沉降控制措施
4. 1 注意应用时空效应原理
时空效应理论是在土体流变性的基础上提出的,其施工原则是分层、分块、限时、对称、平衡。即根据基坑工程规模、几何尺寸、支撑形式、开挖深度和地基加固条件,提出详细的、可操作的土方开挖分层、分块方案,限时开挖时间与无支撑暴露时间,并保证每次开挖时支撑体系的力学平衡。
4. 2信息化施工
1)支护结构的监测。支护结构的监测包括支护结构桩墙顶位移监测、支护结构倾斜监测、支护结构应力监测、支撑结构应力监测、锚杆锚固力监测、土压力监测、土体孔隙水压力监测等。
2)周围环境监测。周围环境监测包括邻近建筑物的沉降观测、邻近道路和地下管线的沉降观测、边坡土体的位移和沉降观测、地下水位测试、裂缝观察、边坡土体的位移和沉降观测。基坑监测可以捕捉到开挖各工况下的信息。
4. 3 适当的土体加固
对一些基坑变形不能满足要求的可适当对相应的土体进行加固,例如可对基坑周围的土体注浆加固,以减少周围建筑物、地铁、管道的侧移,同样也可以对坑底土采用压力灌浆、水泥搅拌桩、石灰桩等方法进行基坑底土体加固,以提高基底土的强度,改善其变形特性。
4.4 对基坑开挖及支护过程中规律的认识和应用
1）随着开挖的不断进行，围护桩的变形不断增大，桩体水平位移最大值位置逐渐下移，直至开挖完成后趋于稳定，最后呈两头小中间大的“胖肚”形。
2）地表沉降沿基坑边沿形成近似于抛物线形的沉降槽，各开挖阶段沉降曲线分布趋势一致，且随着开挖深度的增加而增加。开挖完成后，地表沉降最大值发生在距基坑边约(1/3～1/2)h的位置，随后远离基坑边沿方向逐渐减小，最终趋于定值。
3）在开挖深度不大时，坑底土体发生弹性变形，呈中部大两边小的反“锅底”形。当开挖达到一定深度时，坑底土体出现塑性变形，隆起量逐渐发展为两边大中部小的分布形式。
结论
总而言之，在超深基坑工程施工过程中，加强开挖及支护的施工技术管理建设是十分重要的，可以为工程质量的提升提供保障，打造安全可靠的深基坑开挖及支护体系，充分发挥出深基坑开挖及支护施工技术的应用价值。
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论文作者:李小明
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/29
标签：基坑论文; 结构论文; 深基坑论文; 方案论文; 地下论文; 作法论文; 中心论文; 《防护工程》2018年第19期论文;