某地下室基坑支护失稳后的加固施工

　　【摘要】由于淤泥层、流沙层太厚，原实施悬臂式挡土支护、对撑支护方案后基坑变形超出规定，最后采用中心岛法加斜撑的施工方法，完成了开挖深度5.5m，四周满布市政管线，地处深厚淤泥流沙地质地段的基坑支护工程。

　　【关键词】基坑，支护加固，斜撑，位移监测

　　一、工程概况

　　北滘泓富广场位于顺德区北滘建设北路与建设北二路交汇处，由佛山市泓富商贸有限公司建设。泓富广场占地约7000㎡，七层框架结构，设一层地下室，地下室基坑东西长89.4m，南北宽70.4m开挖深度5.5m，地下室底板面标高—4.0m。

　　泓富广场所在地块四周为道路和民居，基坑四周有较多市政管线，其中北侧距用地红线0.4m为中国移动电缆，西侧距建筑红线2.0m为地下供水管，管径Φ800，为钢筋混凝土承插式结构，东侧距建筑红线2.0m为10kv高压电缆，南侧为8m宽水泥马路。(如图1)

　　二、工程地质条件

　　基坑所在场地属珠江三角洲地貌，场地平坦，各土层分布横向竖向比较均匀，地层特征自上而下分为：

　　2.1第一层素填土，黄褐色，由风化岩土组成，局部为填沙，厚度0.9～3.5m，平均厚度1.87m，底层埋深0.9～3.5m.

　　2.2第二层淤泥质土，灰色，呈流塑状，手捏粘滑，层厚0.5～1.3m，平均厚度1.87m，层底埋深2.0～4.0m。

　　2.3第三层粉砂，灰～深灰色，石英质，砂质不纯，夹有较多淤泥质土，松散，饱和，场地普遍分布，层厚2.8～7.5m，平均厚度5.55m，层底埋深6.8～9.5m。

　　2.4第四层淤泥质土，深灰色，手捏较细腻，夹有薄粉砂，呈流塑状，场区普遍分布，层厚6.5～9.3m，平均厚度7.53m，层底埋深15.2～16.5m。

　　2.5第五层粗砂，灰白色，石英质，级配较好，粒径0.5～4.0mm不等，松散～稍密，饱和，场区普遍分布，层厚3.3～8.6m，平均4.74m，底层埋深19.2～23.8m。

　　往下又是一层淤泥质土，一层粗砂，然后是中风化粉砂岩。

　　三、水文地质条件

　　基坑所在场地的地下水分为两类：一类为孔隙潜水，主要赋存在第四系沉积砂土中，水位受季节影响，水位0.5～1.0m，侧向渗补给，以渗流方式排泄;第二类为基岩裂隙水，主要赋存在风化岩的空隙裂缝中，与上部一类空隙潜水无直接关系。

　　四、原支护结构概述及基坑开挖后的情况

　　4.1、原支护结构状况

　　原基坑支护是采用预应力管桩挡土加深层水泥搅拌桩帷幕止水体系(如图2)。具体为采用Φ400预应力AB型管桩，桩距800，桩长12m，送桩2.0m，实际入土深度14.0m。管桩外侧设置Φ600@400单排水泥土搅拌桩止水帷幕，水泥渗入量为55kg/m，管桩顶捣制800×500钢筋混凝土冠梁，冠梁顶标高-1.6m，首次土方开挖至-2.0m，冠梁顶至自然地面土层采用1：1放坡，坡面用细石混凝土扶面拍坡，此阶段于2007年1月底完成。

　　4.2、基坑开挖的状况

　　基坑于2007年3月初开始进行挖土施工，由东侧北段起挖，采用一次性开挖到底的方法，当挖至设计标高时，从基坑监测数据显示，冠梁顶开始有明显位移，并逐渐超出预警数值，地面沉裂。为阻止支护体系继续破坏，施工单位采用回填土反压，并采用型钢桁架对撑的补救措施。具体是采用4×[16槽钢加5×5 角钢缀条焊接成桁架体系，成型截面600×600，支撑在冠梁侧面上，东西向对撑三道，南北向对撑五道，纵横对撑交叉点均设支撑立柱。但因槽钢桁架对撑体系跨度过大，刚度不足，随着基坑土方的继续开挖，对撑发生压弯失稳，基坑支护继续发生变形，施工单位不得不再次采用回填土反压，使基坑支护停止位移，并组织有关单位研究决定完善基坑支护体系，确保基坑开挖施工安全。

　　4.3、支护结构变动结果

　　直至2007年6月份，基坑顶北面最大位移123mm，东面最大位移110mm，南面最大位移58mm，西面最大位移28mm，已严重超出基坑支护施工方案所设定的容许变形范围。

　　五﹑基坑支护加固方案的选择

　　对基坑支护的加固必须满足以下几个要求：

　　5.1保证加固后的基坑支护能满足地下室的施工要求。

　　5.2保证基坑四周的管线及建筑物得到妥善的保护，亦即基坑支护变形值要控制在安全范围。

　　5.3基坑加固方案必须考虑现有型钢桁架支撑的位置，基坑加固未完成时不能拆除现有型钢桁架。

　　为此，我们制定了三个加固方案，并进行比较：

　　5.4、支护加固方案比较

　　5.4.1第一个方案是对撑方案，通过采用增加强度和刚度的内支撑体系对基坑进行加固。这个方案的优点是能充分发挥支撑材料的受力性能，确保基坑的稳定，克服变形，保障四周管线和建筑物的安全使用。缺点是由于基坑平面尺寸大、对撑跨度大、制作成本大、工期长，需增加立柱承受对撑的重量，降低基坑内作业空间，从经济上及实际应用上不合理。

　　5.4.2第二个方案是采用土层锚杆加固，平衡土压力，抵御基坑变形。但由于施工现场地质土层多为软土，锚杆缺乏足够的锚固力，若将锚杆伸入很深的砂层中，会造成锚杆的长度很长，另外锚杆穿越红线后容易碰到周边建筑物的桩基，给邻近建筑物的安全带来影响。

　　5.4.3第三个方案是采用竖向斜撑加固。这个加固方案既具有基坑内对撑的优点，又使基坑内施工空间增大，减少支撑跨度，节省支撑材料，但需解决斜撑在基坑底部的平衡反力。若采用“中心岛”法施工，可有效解决斜撑平衡反力，通过先对地下室中间部分进行施工，再将斜撑支承在中心岛上预设的砼墩座上，以支撑基坑围护结构，达到基坑支护加固的目的。

　　通过比对，我们采用了第三个加固方案。

　　六、基坑支护加固施工

　　6.1新支护方案施工流程

　　基坑支护加固是依据有资质的设计单位设计并通过专家论证的方案进行施工。

　　基坑支护加固施工的流程是：原支护冠梁底增加围檩及斜撑牛腿施工→地下室中心岛结构施工→中心岛上斜撑墩座施工→斜撑位置土方开挖至斜撑底→安装斜撑及角撑→土方分块分层开挖至设计标高→地下室结构施工。

　　6.2加固方案的实施

　　根据目前基坑状况及水文地质特征，将基坑支护加固划分为五个支护段(如图3)，分别为：

　　6.2.1基坑北面BC段，总长62.8m，设一道Φ600×12钢管斜撑，共10根，斜撑长13.88m，与地面夹角12º。

　　6.2.2基坑西面DE段，总长52.8m，设一道Φ600×12钢管斜撑，共9根，斜撑长17.17m，与地面夹角10º。

　　6.2.3基坑南面FG段，总长65.3m，设一道Φ600×12钢管斜撑，共11根，斜撑长19.3m，与地面夹角9º。

　　6.2.4基坑东面HA段，总长42.7m，设一道Φ600×12钢管斜撑，共7根，斜撑长16.3m，与地面夹角10º。

　　6.2.5AB、CD、EF、GH转角位置各设一道Φ600×12钢管角撑，每道2根，水平长度8.3～16.8m，支撑在冠梁留设的牛腿支撑点上，为对撑构件。

　　6.2.6原有基坑支护冠梁底增设300×800mm砼围檩，通过在挡土管桩和冠梁植筋方法与冠梁连成一体，在围檩外侧根据斜撑位置设置牛腿，作为钢管斜撑的支撑点。斜撑的位置需避开原有的型钢桁架。

　　6.2.7在基坑支护加固施工前先施工中心岛部分的地下室结构。中心岛的范围是：基坑北面M轴，基坑西面3轴，基坑南面F轴，基坑东面1/10轴(如图1)。按常规流程完成“中心岛”部分地下室底板砼结构，墩座留设在承台或梁上，墩座长、宽、高分别为1.2×0.8×1.2m，砼强度等级C30。

　　七、钢管斜撑的安装及基坑位移监测

　　根据图纸要求，每根钢管斜撑的长度由13.3～19.3m不等，在斜撑拼装时采用若干节长度为4.0m、2.0m、1.0m的Φ600×12钢管单元通过法兰与螺栓拼接而成。为避免对钢管单元切割造成不必要的浪费且方便施工，另行采用2×Ι45b型钢加工成不定长度与法兰焊接，其一端与成品钢管单元用法兰与螺栓连接，另一端与墩座的预埋钢板焊牢。

　　7.1钢管斜撑安装流程如下：

　　7.1.1中心岛墩座及支护围檩牛腿预埋钢板表面清理、检查、验收→开挖一道斜沟土方至斜撑底0.3m→钢管斜撑施工放样、确定长度→钢管斜撑拼装→ 钢管斜撑吊装就位→两端与墩座和牛腿预埋钢板焊牢→检查、验收→开挖斜撑下及斜撑范围内的土方至设计标高→安装下一条钢管斜撑。

　　7.1.2为方便斜撑定位方便和放样准确，在墩座和牛腿钢板上预先一根L70×70×6型钢，作为斜撑定位依据及就位后的临时支座。为填塞法兰与牛腿钢板之间的空隙，我们在安装过程中使用20㎜厚钢板楔子，使两者充分接触，防止法兰不均匀受力引起变形。

　　7.2斜撑安装后土方开挖及监测

　　7.2.1钢管斜撑安装作为基坑支护加固工程中是一个重要环节，必须做到安装及时、准确、到位。为解决斜撑安装后影响大型挖土机作业，可使用小型挖土机配合，专门开挖大型挖土机挖不到的地方。

　　7.2.2随着斜撑安装进度的推进，我们设置监测点，对支护结构、周边建筑物及管线、地表裂缝等进行全方位的监测。本工程基坑按一级基坑设计，其支护结构位移预警值为30㎜，结构体最大位移为50㎜，地面沉降值控制在30㎜以内。监测工作在土方开挖当日开始实施，利用经纬仪、水准仪等测量工具进行观测，上午一次，下午下班前一次，基坑开挖完成后每天观测一次，遇到下大雨后适当增加观测频率，变形趋于稳定后可延长观测间隔，直到地下室结构完成，土方回填后结束。

　　八、钢管斜撑的拆除

　　在钢管斜撑全部安装完成并检查验收后，可拆除原有的型钢对撑，拆除对撑是监测支护体系的变形情况。

　　8.1拆除前的准备

　　在地下室底板结构全部完成后，为了不影响壁板施工，需先将钢管斜撑拆除，斜撑拆除前需完成以下工作：

　　8.1.1挡土管桩与底板之间的位置捣C30砼(如图4)，浇筑高度至—3.5m(底板面标高—4.0m)，利用底板结构顶住挡土管桩脚，形成悬臂挡土结构的一个固定端点。因支护冠梁顶标高为—1.5m，换言之，在拆除斜撑后，整个支护体系的悬臂段为2.0m，经验算，满足支护要求。

　　8.2斜撑的拆除

　　8.2.1拆除斜撑作业时，选择用风焊切断斜撑的不定长段，使斜撑停止受力，斜撑仍然留在原位，防止冠梁发生位移时能及时回顶。先拆除基坑南面的斜撑，采用跳拆的方式，在中段试拆第一根，随着风焊切割工作的推进，看到切口慢慢地收窄了，直到完全切断后，切口收窄了大约7㎜，尔后停止变形，监测显示，冠梁未发生明显位移，变窄的尺寸反映了斜撑本身的压缩值。

　　8.2.2在切断南面其他斜撑后，对冠梁顶位移进行了监测，结果显示未有发生位移，表明了在地下室底板完成以及采取了相应的措施处理后，原有支护体系能够抵御基坑土压力。其他东、西、北面的斜撑也按照上述方法进行切断，并进行监测，结果也没有发生位移。这标志着：基坑支护加固工程取得完满成功。

　　【结束语】通过一系列的支护方案的改进，完成了地下室工程的施工任务，反映了施工方案选择的重要性，也总结出，在开挖深度不大(5～6m)但地处深厚软土地段进行基坑支护施工时，在条件许可下，优先选择重力式档墙支护。本工程原设计采用悬臂式挡土墙，虽然挡土桩入土深度达到14.0m，嵌固深度达到 11.0m，支护结构仍然发生这么大的变形，说明在珠三角深厚淤泥流沙这种地质条件下，采用悬臂式挡土支护结构，不是一个经济可靠的方案，在方案选择时要注意考虑这个问题，避免多走弯路。

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