基坑支护设计施工与基坑安全分析

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关键词：管廊；基坑支护；设计；施工；安全监测

1常见基坑支护类型

1）土钉墙主要由钢筋制作而成，用于加固基坑边坡。此技术施工环节要求施工区域周围不可存在市政管线，岩土土质良好，基坑深度小于12m，施工区域需要先完成止水处理，并且基坑周围建筑、土体之间允许存在较大位移。2）高压旋喷桩主要利用钻杆下方喷头，将高压泥浆喷射在原土之上，在泥浆和原土混合过程中，以螺旋状将钻杆向上提升，结构凝固之后强度最高可达8.0MPa，实现对土体的有效加固。3）悬臂支护悬臂支护技术中，SMW和钢板桩方法为典型代表。SMW工艺运用过程土方运送量小，对于周围环境影响小，施工过程噪声小。钢板桩可连接成连续钢板墙，施工快速，防水性能优良，适合应用在小于7m深度的基坑支护施工当中。4）重力挡土墙其厚度为基坑深度的0.7～0.8倍，可设置为栅格状、锯齿状等，可大面积作业，污染小，适合应用在基坑深度小于7m、施工区域环境优越的项目当中。将其应用在流塑性黏土当中时，使用3层围护墙体，可实现坡顶的超载小于20kPa。

2基坑支护设计施工和基坑安全技术应用

2.1项目概况

1）管廊布置某市政管廊项目全长3.34km，管廊的断面外尺寸有2种规格，分别为655cm×360cm和725cm×410cm。管廊设置在道路绿化带内部，并利用真空预压方式处理地基，预压宽度大于道路边线长约5m，以防地基处理环节对管廊施工造成影响。主干道设置双向6排车道，道路红线50m，管廊内部存在给水管、高低压电缆以及电信管3种类型管道，管廊和道路交汇处距离人行道6m。2）水文特点经过现场勘测，该项目共有3种地质结构，填土层黏性土占据主要部分，淤泥层呈流塑状，含砂率30%，顶部埋深0.6～3.0m，埋层厚度6.3m，淤泥黏土中细砂含量较少，呈鳞片状结构。项目地下水位受江口潮汐的影响，潜水位年变化量小于2.0m。施工场地内存在孔隙潜水，可能对混凝土结构造成弱腐蚀，经过水文和地质条件分析，对于管廊项目基坑设计和施工产生影响的主要是黏性土内部孔隙水。地下水位稳定标高为0.8～2.4m，埋深0.4～1.5m。若设计过程中选择钢板桩，需要在施工环节将基坑内不明水排除，同时还需做好坡面、边坡支护等处理工作，及时完成管廊节水、排水以及输水工作，根据雨期施工情况，制定防洪预案，确保施工过程安全。3）基坑概况项目综合管廊布置在绿化带内部，并且管廊和人行道的边线距离为6m。综合管廊施工过程中通常使用明挖现浇方法，需要在标准路段进行基坑开挖，控制其深度为5m，穿河路段，基坑深度扩大至9m。为控制基坑开挖施工对道路产生影响，需要在开挖的同时完成止水挡土以及围护相关设计。根据勘察报告，基坑施工范围主要为含砂淤泥土层，承载力较低，含水率高。此类基坑常选择土钉墙、SMW工法桩、水泥搅拌桩、钢板桩等作为围护结构。该项目的基坑支护设计方面需要遵循2个原则：①技术可行充分结合现场地质、主体结构、周围环境等因素，保证设计方案便于施工；②安全性高基坑支护需要确保施工过程的安全性，相邻建（构）筑物能够正常使用。

2.2支护设计和施工方案对比

1）SMW工法桩型钢水泥搅拌墙也称SMW工法桩，施工过程中使用搅拌机切削土体，通过钻头端部向土体内注入水泥浆，搅拌均匀后，利用型钢插入至搅拌桩内部，在地下形成连续墙，利用此结构作为止水或者挡土结构，完成基坑支护。此结构的优点：止水性能优越，施工耗时短，支护结构简单，对于外界环境污染小，并且施工结束后，型钢可回收。此结构适应用于深度小于13m的基坑支护。2）水泥搅拌桩水泥搅拌桩即使用水泥作为固化剂，采用搅拌机械将固化剂输送到软土地基内部并展开强制搅拌，水泥和软土充分混合，固结成高强度地基。此工艺适合用于深度小于5m的浅基坑支护。3）钢板桩钢板桩属于含有锁口的型钢，其断面类型主要有直板式、U形和Z形几种。锁口的功能是保证不同钢板桩之间的搭接，可形成板桩墙，起到挡水、挡土等作用。此类支护结构适用于地下水丰富且地基柔软的基坑中，结构轻便、承载力强，锁口位置结合紧密，防水性好，施工过程可结合工程地质情况，在少量土方开挖的前提下完成支护，施工过程环保，对于混凝土和土方量使用较少，利于环境保护，且施工快速，材料可反复利用。

2.3方案选择

按照基坑的支护原则，借鉴同类项目施工经验，充分研究工程地质水文条件。由于本项目基坑形状狭长，最大深度为9m，施工过程需要严格控制坑体的水平位移情况。鉴于市政项目中管槽开挖环节常使用钢板桩类型支护结构，展开狭长基坑施工。利用此支护结构，能保证基坑双侧的稳定性，防止由于环境影响发生变形，导致基坑底部隆起或者边坡下滑等问题，保证基坑施工过程的安全性。利用钢板桩进行支护，可结合基坑宽度灵活控制，从而有效减少施工过程开挖、回填等工量。此外，运用钢支撑和钢板桩组合支护，施工过程简单，便于拆除，工期短，可重复利用，能够节约施工成本。该项目中，在管廊穿过河道与道路的特殊施工段，基坑深度为9m，若利用钢板桩完成支护，需要在其中设置若干支撑，并且浇注箱体环节需要更换支撑，施工流程繁琐。考虑项目土质淤泥层较厚，拔桩后期可能对土体造成扰动，进而影响箱体的稳定性，因此，运用SMW工法桩完成深基坑支护，利用水泥搅拌桩作为止水帷幕，保证支护结构的止水效果。当基坑内部施工结束后，可将型钢回收。

2.4支护施工

1）钢板桩施工该项目基坑挖深8m位置，设置拉森三型钢板桩，施工全程利用三维分析法，确保支护结构设置合理。使用长度为16m的钢板桩，间距控制在0.4m，利用609钢管作为支撑，保持水平间距为3.5m。设置纵向支撑2道，第1道连接压顶梁，第2道位于钢管中心5.5m位置处。施工路段基坑的长度共计120m，基坑宽度为9～11m，基坑的长宽比大于10，利用三维分析法，可认为管廊基坑和狭长基坑特点相符。经分析，与SMW工法桩结果类似，在基坑底部存在较大程度水平位移，因此，需要对坑底进行加固，最大限度控制基坑侧壁发生水平位移。第1处支撑位置轴力相对较小，第2处支撑轴力相对较大，因此，需要展开优化设计，适当下调第1道支撑，缩小2道支撑之间间距，将原有设计5m缩小到4m。对于深度相同的基坑，使用钢板桩支护，此结构存在的水平位移、弯矩轴力、支撑轴力等和SMW工法桩对比相对较大，对此，在深基坑小平面位置使用钢板桩结构支护，在深基坑对环保要求较高的位置，利用SMW工法桩进行支护。2）SMW施工选取基坑深度8m的施工路段，设置SMW工法桩，并利用时空分析方法，完成基坑支护设计，使用φ850mm@600mm、长度16m的工法桩，保证其中水泥含量为23%，在其中设置间距为1.2m的型钢。仍然采用609钢管进行支撑，控制水平间距为3.5m。经过变形分析，基坑底部位置可能出现水平位移，因此需要加固坑底，控制侧壁位移量，优化设计。在第2处水平支撑结构处存在最大弯矩，需要合理优化，下调第1处支撑，缩小2处支撑间距为4m。

2.5安全监测

地下管廊的施工具有综合性特点，技术运用流程复杂，基坑施工狭长，面临工况复杂。为确保施工安全，需要对基坑施工展开监测，防止施工过程对周围建筑安全造成影响。同时，项目地质条件复杂，岩土结构稳定性不足，导致施工环节突发情况较多，利用监测手段，可实时呈现施工问题，一旦出现不合理变形情况，应及时控制，保证现场安全。该项目监测过程，对于围护结构的水平位移以及竖直位移的测点布置，控制间距为20m，每条边侧点大于3处，管廊开挖各段设置1个测点以上。由于本项目的开挖宽度相对较小，基坑底部暴露的时间也相对较短，因此可不考虑基坑隆起方面的监测。在支撑轴力方面，可按照现场情况以及试验结果，对管廊支护的轴力位置进行监测，需要注意过河段应在两侧分别设置轴力监测点，若过河段相对较长，可间隔20m设置1个监测点。对于深层土体的位移监测，钢板桩位置，间隔25m设置1个测点，完成加固的路基一侧，间隔50m设置1个测点，注意测点设置对称进行。钢板桩监测点设置要求如表1所示。工法桩支护结构中，地块位置间隔50m设置监测点，以实时掌握支护墙体实际位移，可将工字钢置于墙体内，观测位移量。按照设计规范，测斜管需要设置在土体内部，保证其长度大于墙体深度，埋设在墙底5m以下位置，确保嵌入稳定。

3结语

市政项目的管廊基坑施工需要结合工程地理特点、水文信息等合理选取支护方案，规范施工流程，落实安全监测，保证基坑支护施工过程的安全性，高效完成项目建设。

参考文献：

［1］凌付南.解析复杂条件下的深基坑支护设计选型研究及实例［J］.中国金属通报，2019（1）：207，209.

［2］陈忠桂.基坑工程支护设计、施工与监测技术的研究［J］.建筑技术开发，2019，46（8）：148-149.

［3］马丽珠.岩土工程中的深基坑支护设计问题及对策［J］.工程技术研究，2019，4（12）：202-203.

作者：王建华 刘小伟 单位：中交城市投资控股有限公司