摘 要 随着我国城市化建设高速发展，城区建设使用面积越发有限，中高层、超高层为主的高层建筑越来越多。高层建筑的停车场、设备间、储藏室等设在地下，“安全、经济、可靠”的地下室深基坑支护结构设计及施工成为高层建筑建设中重要环节。本文以我公司承建的达州红岩社区安置房6#、7#、8#楼工程为例，详细介绍了该工程位于超厚人工填土及粉质粘土层的地下室深基坑支护结构设计与施工。
关键词 安置房 地下室 深基坑 支护结构 设计 施工
1 工程概况
1.1 工程简况
我公司以投融资及施工总承包模式承建的达州大寨子片区红岩社区安置房6#(19/-3F)、7#(19/-3F)、8#(19/-2F)楼工程为一类高层居住建筑，主要采用钢筋砼框剪结构形式；地下负一、二、三层为小车库及设备用房，地上一层及以上层均为住宅楼，三栋楼地下室建筑面积为9083.8m2。
工程所在场地范围内存在陡坡，整体地势西高东低，起伏较大，用地范围内原为摩托车训练场、居民住宅、荒地及耕作地。根据规划设计，6#、7#楼地下室筏板垫层底标高为291.75m，8#楼地下室筏板垫层底标高为295.35m，6#、7#、8#楼场地平整标高为299.0m～304.1m，地下室基坑开挖深度约为8.5m～12.5m。
1.2 地层分布及岩性
钻孔揭露，场地内地层为第四系全新统的人工填土(Q4ml)、第四系全新统坡积层(Q4dl)的粉质粘土及侏罗系中统上沙溪庙组(J2s)砂质泥岩、粉砂岩、砂岩，岩土性质变化较大，地基复杂程度为二级(中等复杂地基)。岩土层结构及岩土特征为：
(1)人工填土(Q4ml)：灰色，稍湿，主要为岩石块(碎)石、粘性土、建筑垃圾(如砖头、砼块)及少量生活垃圾等施工弃土堆积而成，主要分布于场地东部区域，厚度约1.50～20.00m。
(2)粉质粘土层(Q4ei+dl)：灰褐色～紫褐色，稍湿～湿，断面粗糙，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，偶见含斑点状铁锰质及少量黑色有机质，厚度约0.30～6.80m。
(3)强风化砂质泥岩(J2s)：棕褐色～紫红色，岩体较破碎，岩石质地极软，用手易捏散和掰碎，遇水易软化和崩解，厚度约0.70～5.00m。
(4)中风化砂质泥岩(J2s)：棕褐色～紫红色～砖红色，岩质稍硬，锤击声哑，敲击易折断，场地内分布广泛，厚度约1.71～31.00m。
(5)微风化砂质泥岩(J2s)：棕褐色～紫红色～砖红色，岩质稍硬，锤击声哑，敲击易折断，场地内分布广泛，厚度大，未揭穿。
6#、7#、8#楼的地基土类型分别为：6#楼：粉质粘土(厚度0.90～4.60m)、粉砂质泥岩、砂岩；7#楼：人工填土及粉质粘土(厚度0.90～12.50m)、粉砂质泥岩、砂岩；8#楼：人工填土及粉质粘土(厚度1.70～11.50m)、粉砂质泥岩、砂岩。工程地质剖面示意如下图1所示(6#、7#楼为例)。
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图1 典型工程地质剖面示意图
1.3水文地质条件
场地范围内，未发现有地表水体分布，地表排水通畅。
钻探揭露，场地地下水类型主要为人工填土层中的少量上层滞水和基岩裂隙水，水位埋深约13.5～26.8m，主要接受大气降雨及上部地表、地下水入渗补给，水量较贫乏，水位受季节影响较大，对本工程基础设计和施工影响较小。
2 施工方案选择
本工程地质详细勘察单位出具的勘察报告中指出：由于场地位于新区，周围环境条件较简单，具备放坡条件，建议采取坡率法进行放坡开挖。基坑开挖临时坡率：土层1：1.0，岩石1：0.5，土质边坡高度大于6米应分阶放坡，中间马道宽度1～2米，同时应对坡面进行遮盖措施，防止雨水冲刷和渗透，必要时还应根据实际施工情况采取简易支护措施。
根据建设及设计单位提供的红线用地及结构施工设计图精确放样发现，场地区域仅北侧为开阔区域(布置有同时开工建设的拟建建筑，没有地下室)，区域南侧有一三角形平台(唯一可以布置施工材料堆场和加工及现场临时用房区域)，东侧拟建7#、8#楼其地下室基底轮廓线紧贴征地红线，基坑施工预留1m宽作业面，基坑边线开挖点距红线仅2m。实测场地地面标高，按基坑开挖深度1：1放坡，每级坡高10m，护坡道宽1.5m，需放坡15～20m，故东侧基坑放坡开挖超出用地红线范围13～18m；且拟建物紧邻填土形成的地方道路，其高于拟建8#、7#楼地面4～6m，该便道的坡脚靠近建筑物轴线。由于拟建的建筑物毗邻便道及超出红线用地，同时基坑周边土质多为回填土、粘性土等，实施放坡开挖不但需要补增用地、改道、增加开挖工程量，而且由于土质的极不稳定，施工存在的不确定的安全隐患因素多，不易实施放坡开挖。场地布置示意图如下图2。
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图2 场地布置示意图
经建设、设计、监理、地勘及施工等几方责任主体单位多次研讨，在做好地表及基坑内排水的前提下，结合该工程的地质情况和本地下室工程的实际情况，对该地下室基坑分区分段分别采取支护结构进行施工。
3支护结构设计
随着施工技术水平的不断发展，应用于深基坑工程的支护方案种类很多,常用的有：水泥挡土墙式(深层搅拌水泥土桩墙，高压喷射注浆桩墙，粉体喷射注浆桩墙等)、排桩与板墙式(排桩式：钻或挖孔灌注桩、钢管桩，板桩式：钢板桩、型钢横挡板，板墙式：现浇地下连续墙，组合式等)、边坡稳定式(土钉墙：加筋水泥土围护墙、灌注桩与水泥土结合，锚杆支护等)、逆作拱墙式等，每种方案都有其自身的技术特点。不同类别的土质条件和基坑深度要求，以及周边的环境情况、安全性、造价、工期及不可见的其他因素都会影响到基坑支护方案的选择。
3.1设计原则
基坑支护体系基本上是临时结构，在地下工程施工完成后就不再需要，其受力、环境、人为、机械设备和材料等不确定因素较多，以“安全适用、经济合理、技术可靠、保护环境”为设计原则，在保证质量、方便施工，满足稳定、强度、变形的要求下，在使用期限内达到：
(1)保证坡体稳定，保证地下室施工顺利；
(2)保证基坑周边建(构)筑物、道路等周边环境的安全和正常使用，不产生不利影响；保证主体建筑地下结构的施工空间；
(3)充分考虑各种不确定因素，分析判断计算参数取值和计算结果的正确性与合理性，为信息化施工基坑、边坡监测和变形控制提出指导性意见。
3.2设计参数
(1)基坑安全等级及使用年限：综前地层岩性、水文地质及周边环境等述，根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)、《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)等规定，本基坑侧壁安全等级为一级，结构重要性系数1.1；支护结构设计使用期限不小于1 年。
(2)地面超载：基坑顶边线2.0m范围内严禁堆载，设计地面超载q=15kPa。
(3)地层岩性参数
根据《详勘报告》，各地层岩性参数如下表1：
表1 地层岩土参数表
3.3基坑支护形式选择
根据场地的工程地质条件、水文地质条件，充分考虑到周边环境条件，通过各种支护方案在经济性、技术性、施工难度及工期等方面综合比较，借鉴周边类似边坡支护工程的成功经验，并听取专家对边坡支护方案设计的意见，决定在做好地表及基坑内排水的前提下，对本项目基坑采取分区分段分别支护，主要采用“1：0.3放坡锚喷+单排旋挖桩+双排旋挖桩+桩间旋喷桩”的支挡措施，以保证保护对象的安全。支护平面布置如下图3。
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图3 基坑支护平面布置示意图
(1)根据不同区段地质、基坑深度选择“直径1.0m(或1.2m)旋挖桩+桩间旋喷”及“直径1.0m双排旋挖桩+桩间旋喷”支护措施；单排桩间距3.0m(或2.0m)，双排桩间距2.0m、排间距1.8m；根据受力确定嵌固长度及桩长；桩身采用C30钢筋砼浇筑；桩间设置1.0m×1.5m连梁(如图4所示)，桩顶设置1.1m(或1.3m)×0.8m冠梁；桩间设置有效直径0.8m的旋喷桩，桩间距0.7m，咬合0.1m，其底部进入基坑开挖面下1.0m。
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图4 桩体连梁连接示意图(单位：mm)
(2) “1:0.3放坡锚喷”区段锚杆按水平间距3.0m、垂直间距2.5m、倾角15°布置，钢筋HRB400φ25mm(一根)，锚孔直径为75mm，孔内灌注M30水泥浆；喷射砼采用C25砼，厚80mm，布设单层钢筋网，如下图5。
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图4 锚杆与面层构造示意图
3.4支护结构计算
按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)有关规定，采用《理正深基坑辅助设计软件F-SPW 7.0》，对不同地质、不同开挖深度，按增量法原理进行基坑支护设计计算。
支护体系侧压力根据朗肯土压力理论，按土层分布进行计算；基坑整体稳定性采用瑞典圆弧条分法进行验算；结构内力计算采用分区单元计算和整体协同计算两种方法进行，排桩及冠梁截面设计所用内力值采用整体协同计算结果，基坑地表沉降、整体稳定性验算、抗倾覆稳定验算、抗隆起验算、抗管涌验算采用分区单元计算结果。
验算内容主要包括：(1)稳定性: 根据基坑支护形式及其受力特点进行基坑内外土体的整体稳定性计算；(2)对支护结构的强度、稳定、变形及受压、受弯和受剪承载力计算；(3)对悬臂桩进行桩嵌固深度计算并符合嵌固稳定性的要求，对桩长、桩径及配筋进行计算；(4)进行冠梁截面尺寸、配筋计算、截面承载力计算、支撑体系计算；(5)土钉长度、强度验算，土钉抗拉承载力计算、土钉墙整体稳定性验算；(6)止水帷幕设计以及围护墙的抗渗设计，抗渗透稳定性验算。
计算结果分析主要包括：(1)对支护结构体系进行整体稳定性分析、局部稳定性分析；(2)对支护结构受压、受弯、受剪承载力计算结果进行评判；(3)对地面沉降及支护结构水平、竖向位移等进行评价分析。
4支护结构施工
4.1施工顺序
(1)平整旋挖桩施工作业平台→测量放线→旋挖桩施工→桩间旋喷桩施工→凿桩头→平整场地、立模浇筑桩体连梁及桩顶冠梁砼→养护。
(2)平整场地→按设计坡率1：0.3卸载放坡开挖坡面→锚杆施工→挂网喷砼→养护。
4.2分项工程施工工艺
为常规施工，详细施工方法不再详述，施工工艺流程如下：
(1)旋挖桩施工：平整场地→测量放线→埋设护筒→钻机就位→跳桩成孔→下放钢筋笼→下导管→灌注砼→导管起卸→拔护筒→孔口回填。
(2)旋喷桩施工：钻机就位→钻孔下管→制浆→试管→高压注浆→喷浆、拔管→设备清洗。
(3)桩体连梁及桩顶冠梁施工：基槽开挖→桩头剔槽→放线→平整梁基→支模→浇筑砼→养护。
(4)锚喷支护施工：平整场地→按设计坡率1：0.3卸载放坡开挖坡面→喷射第一层砼→钻孔安设土钉、注浆，安设连接件→绑扎钢筋网，喷射第二层砼。
4.3施工注意要点
(1)旋挖桩采用隔桩跳槽施钻、分次施工，必须确保桩身砼强度达到70%以后再施工相邻桩,以免造成桩身砼挠动,影响成桩质量。
(2)依据实际地质情况旋喷桩采用二重管法，水泥浆液的水灰比≮0.8，注浆管置入土层预定深度后用清水试压，旋喷时应先喷浆后旋喷和提升。
(3)桩体连梁、冠梁施工前，应将支护桩桩顶浮浆凿除清理干净，桩顶以上出露的钢筋长度达到设计要求。
(4)基坑开挖和土钉墙施工自上而下分段分层进行，上层锚杆注浆体及喷射砼面层达到设计强度70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工；锚杆采用湿法成孔,成孔后用清水冲洗孔底沉渣和孔壁泥浆,保证砂浆体和土体的粘结强度；喷射作业分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序自下而上。
(5)基坑土方开挖与基坑支护配合进行，并严格遵循“先支后挖”的原则，采取分阶段、分层、分区进行。分区范围按主体工程结构底板施工方便，尽量减小支护体的变形，以及缩短基坑壁的暴露时间为原则综合考虑确定。
5支护结构监测
基坑支护结构的设计虽然是根据地质勘探资料进行计算的，但其设计计算的内力值与结构的实际工作状况很难一致，所以在基坑开挖施工期间对基坑及周边环境进行监测，预警并防范过大位移、变形与工程事故的发生，并通过监测指导施工，实现整个基坑工程的信息化施工。
本基坑的监测要求如下：
(1)监测项目：旋挖桩顶部、竖向水平位移，坡顶部、竖向水平位移，锚杆应力，周边地表或路面水平、竖向位移，以及周边房屋和道路沉降观测。
(2)基坑及支护结构报警值如下表2、基坑周边环境监测报警值如表3。
表2 基坑及支护结构报警值
表3 基坑周边环境监测报警值
6 结语
基坑支护工程多为临时工程，支护工程设计应做到：(1)具有明确的针对性，突出重点地段和部位，即明确的保护对象并分区分块的整治；(2)与周边环境相结合；(3)尽量因地适宜，就地取材，采用技术可行、经济合理且施工方便、可操作性强的工程结构。
通过经济性、技术性、施工难度及工期等方面综合比较，结合基坑特点及场地岩土工程条件，借鉴周边类似边坡支护工程的成功经验，并听取专家对边坡支护方案设计的意见，确定了本工程地下室深基坑支护结构的形式。现基坑开挖深度已接近底部，监测结果显示支护结构处于稳定状态，证明支护结构的设计方案是成功的。
参考文献
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作者简介：雷明深(1968.7-)，男，中国铁建港航局集团有限公司第四工程分公司副总经理(主持工作)，工程师，主要从事道路桥梁、市政工程的施工管理、科研工作。
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