大面积深基坑开挖及围护结构

摘要：本文就大面积深基坑围护结构的概述为切入点，以某工程基地地下空间开发项目为案例，概述了大面积基坑支护方案，从技术上进行分析，通过逆作法的施工过程探讨了大面积深基坑开挖及围护结构具体的施工，以供参考。

关键词：大面积深基坑；基坑开挖；围护结构；支护；监测；逆作法施工

中图分类号：TV551文献标识码： A

引言

随着城市建设的大发展，大面积深基坑施工越来越普遍，与一般房建工程不同，大面积深基坑工程大多都是地铁停车场、大型公共建筑基地地下空间开发项

目等，其具有整体基坑面积大、基坑开挖较深，场地相对较为狭小的特点，这就要求基坑开挖和支护方案需要从整体出发，对基坑围护结构和开挖进行合理设计和施工。

一、大面积深基坑围护结构的概述

大面积深基坑开挖工作存在一定的风险，随着深度的加深，地下土体结构易被破坏，加上地下水压力的影响，常会出现土体坍塌现象。为此，需对土体进行加固稳定，常用的办法就是设置临时结构承受开挖中产生的压力和重力，即围护结构。围护的目的是维护基坑稳定，避免坑壁坍陷，同时保证地下管线，及周围建筑的安全。可见，围护结构与深基坑开挖质量密切相关。实际工程中，常会遇到软土地基，由于地质条件较为复杂，使得深基坑工作更加困难。稍有失误，便会引起土体沉降、变形、开裂，阻碍了后续工程的进行。因此，必须处理好开挖及围护工作。

二、工程概况

某工程基地地下空间开发项目，总用地面积为43520m²。基坑呈长方形，东西长约249m，南北宽约176m。基坑总面积约36354m²，围护总长度约963m。地下室3层层高分别为7.1m；3.8m；3.8m，基础底板建筑板面标高为-13.69m，塔楼区基坑开挖深度为14.1～15.2m；裙房区基坑开挖深度为13.6m。

三、大面积基坑支护方案

1、基坑围护结构设计

该工程基坑围护结构采用1.1m直径的钻孔灌注桩围护，围护桩外侧采用三轴水泥土搅拌桩作止水帷幕，钻孔灌注桩与止水帷幕之间采用压密注浆加固填充。坑内加固采用深层搅拌桩及压密注浆，其中沿围护桩内侧采用双轴搅拌桩进行加固，对于电梯井、集水井等局部落深区采用三轴水泥土搅拌桩进行加固，并且对坑内采用压密注浆进行坑底加固。非主楼区利用3道结构梁作支撑，主楼区域采用3道临时混凝土支撑，支撑均在同一标高面上。第一道支撑布置施工栈桥，栈桥宽度9.2m。栈桥作为结构楼板，不予拆除。在第一、二、三道支撑处设置的围檩，支撑梁（即结构梁）支撑于围檩上；在底板边缘设置传力带，使底板支撑于围护结构上。立柱采用430×430钢格构柱，立柱桩采用直径Φ800钻孔灌注桩。立柱桩分为一柱一桩的永久性立柱和临时立柱两种形式，永久性钢格构立柱在逆作施工结束后外包钢筋混凝土形成主体结构柱，临时钢格构柱待地下室结构全部完成并达到强度后割除

2、土方开挖及支撑施工设计方案

该工程基坑总面积较大，约36354m2，为一个平面矩形；基坑开挖深度为14.1～15.2m土方总量约65.1×104m3，为大型地下结构及深基坑工程。根据围护支撑情况基坑分区分层开挖，中央盆式开挖，同时为遵循“分层、分块、尽早形成支撑或底板”的原则。综合本工程特点及围护工程设计要求，拟定了平面分块开挖计划，分为中部盆式开挖①～④区，周边平台开挖间隔划分为⑤、⑥区，按照分区编号依次进入挖土阶段（如图1所示）。根据“时空效应”的理论，应该严格按照“分层、分区、平衡、限时”的要求进行开挖，紧扣挖土与支撑施工的工序衔接。采用盆式开挖的方式时，先开挖基坑内中间区域的土方，待中间部位的支撑形成后，再开挖两侧留土，并快速组织支撑施工（图2）。在施工过程中应严格遵循“先撑后挖，见底覆砼”，确保基坑支撑围护系统的安全。在开挖至坑底时，砼垫层应随挖随浇，一般在开挖至基坑底的标高后，应在24h内完成砼垫层的浇筑。根据开挖进度，应提前在围护墙边预先开挖应力释放沟，使围护墙的侧压力逐步得到卸载，应力释放沟的深度一般为2m左右，确保基坑围护墙的安全与稳定。根据施工规范，应按照坑底土体标高的设计要求，预留20cm人工钎平，严禁超挖，以免扰动坑底土体，确保基础的工程质量。土方开挖时，基坑围护的周边范围严禁堆放重物，堆放物品的荷载必须控制在设计允许的范围内。

图1 盆式开挖土方分块示意及开挖顺序布置 图2 土方盆式开挖剖面图

四、具体的施工

1、基坑开挖

在具体开挖中，挖过的土应置于较远的距离，离基坑顶边线至少30m；为维护边坡稳定，应将坡度严格控制在1:2-1:3之内；挖土机应缓慢小心，不得和地下墙、基坑支撑及桩体发生碰触；坑底留置20cm-30cm人工修土至设计标高，分块挖土完成后，应立即进行素混凝土垫层浇筑，将时间控制在24h内；基坑底部应保持干燥，为防止有积水，需设置集水井，或排水沟；挖掘工作分层开展，第1层时，将每小段的开挖长度控制在12m之内；第2至4道支撑的土层开挖时，开挖长度控制在5m内，挖完后安装支撑，并施加预应力，这一整个过程必须在16h内完成；在第5-7道支撑开挖时，将每小段的长度控制在3m内，开挖、支撑安装、施加预应力整个过程在12h内完成。

2、节点处理

2.1 围护桩与框架梁的连接

支撑外缘分别设置围檩与围护钻孔灌注桩连接受力，支撑梁（即结构梁）支撑于围檩上；在底板边缘设置500mm厚传力带，使底板支撑于围护结构上。围檩浇捣混凝土之前，应将与围檩连接处围护钻孔灌注桩迎坑侧凿毛，以便与围檩混凝土连接（如图3所示）。

图3 结构梁与围护桩之间的连接节点图4 结构梁后浇带

2.2 后浇带（结构梁沉降、栈桥梁板沉降）

逆作法施工一大特点就是利用楼面永久结构代替临时支撑，以节约造价。这样就造成结构提前受力，成品保护的矛盾突出。尤其是逆作法施工阶段，仅靠临时型钢格构柱承托已建部分自重和施工荷载，底板形成前柱下只有单桩参与受力，承载力有限；另外，由于土方开挖，坑底隆起带动墙柱一同向上位移，在向下荷载和向上隆起共同作用下，使柱竖向下沉或上升，柱之间、柱墙之间差异沉降会引起结构的附加内力，严重的会导致结构开裂，对结构造成永久伤害，因此施工前必须根据施工流程进行详细的理论计算，施工过程中必须采取措施防止出现过大差异沉降。本工程中解决不均匀沉降设计思路是通过一定的构造措施加强与主体结构之间连接，从而使得与主体结构形成一个有效整体，共同升降（如图4所示）。

2.3 永久立柱浇筑

永久立柱的格构柱内混凝土浇筑为施工难点之一。由于框架柱截面远远小于梁宽，混凝土的浇筑必须经由格构柱内的空间，所以采用预留混凝土浇筑孔的方法。对于首层栈桥区域的结构，准备在永久格构柱顶端预留浇筑口。浇筑口用Ф150 的PVC 管，每个格构柱各两个，分别位于格构柱角钢内侧。管子上口高出栈桥 5～10cm，以防止地面水经由 PVC管流入基坑。对于第二、第三道支撑结构区域，准备合理调整格构柱钢筋排布，在支撑梁浇筑时，用钢丝网封闭格构柱周边，将格构柱内腔体全部空出，形成混凝土施工通道。同时，对后浇筑的顺做结构混凝土，还应视实际情况采取添加微膨胀剂等补偿收缩措施来确保顺逆交界处的混凝土浇筑密实，保证其力学性能。

结束语

总而言之，大面积深基坑工程是一项工程量、风险性极大工程，也是一门具有极强综合性的新型学科。大面积深基坑工程应做好基坑开挖与围护结构在设计选型阶段和施工阶段的工作，并通过良好的施工技术，以保证整个工程的顺利开展与进行，进而实现建筑工程项目在经济效益与社会效益的双丰收。

参考文献：

[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M](第2版).北京:中国建筑工业出版社,2009.

[2]JGJ 120-2012.建筑基坑支护技术规程[S].中国建筑工业出版社,2012.

[3]王美华,季方.超大面积深基坑逆作法施工技术的探讨[J].地下空间与工程学报,2005(04).

[4]杨昕,等.大规模多层次复杂基坑的合理开挖支护设计[J].山西建筑,2013(09).