组合式基坑支护结构在基坑施工中的运用

２０１１年第Ｏ８期　总第１５８期　Ｎ００８・２０１１　Ｖｏｌ・１５８　组合式基坑支护结构在基坑施工中的运用　陈志明　（福建六建集团有限公司福建福州　３５０００４）　摘要：通过一项大型工程组合式基坑支护结构基坑支护的实例，根据不同的场地特点及地质情况，针对不同情况采取因地制宜　的围护施工技术。　关键词：基坑支护　拉森钢板桩　Ｈ型钢　锚喷　中图分类号：ＴＵ９４　２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１【ｊ（］４～６１３５（２０１１）０８－－００４１－－０６　Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｈｏｌｅ　ｅｘｃａｖａｔｅｄ　ｆｏｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｆ　．Ｕ　ｉｎ　ｈｏｌｅ　ｅｘｃａｖａｔｅｄ　ｆｏｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｃｈｅｎ　Ｚｈｉｍｉｎｇ　福　Ｃ　（Ｆｕｊｉａｎ　ｓｉｘ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｐ　ｌｉｍｉｔｅｄ　ｃｏｍｐａｎｙ　Ｆｕｚｈｏｕ　３５０００４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａ　ｂｉｇ－－ｓｃａｌｅ　ｗｏｒｋ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｔｙｐｅ　ｈｏｌｅ　ｅｘｃａｖａｔｅｄ　ｆｏｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｈｏｌｅ　建　ｅｘｃａｖａｔｅｄ　ｆｏｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓ　ｅｘａｍｐｌｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｅｏ—　ｌｏｇｉｃａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ａｄｏｐｔｓ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ａｃｔｓ　ａｓ　ｃｉｒｃｕｍ—　　ｐｅｒｍｉｔ．　建　ｓｔａｎｃｅｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｈｅ　ｈｏｌｅ　ｅｘｃａｖａｔｅｄ　ｆｏｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｓ　Ｌａｓｓｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ　ｐｉｌｅ　Ｈ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ｓｔｅｅｌ　ａｎｃｈｏｒ　ｔｏ　，ｃ　吼　筑　ｓｐｕｒｒ　０前言　随着国内基础建设及项目大规模上马，建设工程规模的扩　大化，日益凸显出城市用地的紧张，因此向地下要空间就很重　要，随之而来的基坑工程越来越多，周围环境也越来越复杂。　开发商为了节省投资、降低成本及加快施工进度，往往只强调　基坑支护施工的临时性，而忽略了基坑支护施工的重要性、复　杂性及风险性，认为只要基础工程完成时，基坑支护未发生问　及６０幢（Ｂ１＃～６Ｏ＃）多层建筑物组成，高层为一十八层至三　十层不等的高层住宅，建筑最高高度为９５．２ｍ。地下室一层，　建筑面积为２１８９６ｍｅ，不规则的长条形。建筑物±０．００标高　相当于罗零高程９．２７ｍ，自然地面标高约为一０．８ｍ～一１．１ｍ，　地下室底板面设计标高为一４．９５ｍ，底板厚３００ｒｎｍ、３５０ｍｍ，　大面积基坑开挖到地下室垫层底标高处，深度为约４．５ｍ，局部　电梯井基坑开挖深度达到８．０ｍ。地梁及承台采用挖掘机逐个　开挖，采取边开挖土方边支护的形式，以加快施工进度。工程　总造价为７．５亿元。　题便解决一切问题，而且还可以省掉一笔安全文明费用，致使　基坑施工时安全质量事故时有发生，不仅延误工期，还造成了　巨大的经济损失，基坑开挖后对建筑地基会有一定的影响，特　别是高层建筑的深基坑，如施工技术处理不好，将发生严重的　工程事故，甚至造成人员伤亡，因此必须引起有关单位及相关　技术人员的高度重视。　由于受到开发商的资金及地产市场的影响，本工程分为四　期开发，第一期为３＃、４＃地下室；第二期为第三分区（Ａ１５～　１８＃楼），第三期为第二分区（Ａ７＃～１４楼）及１＃、２＃地下　室，第四期为第一分区（Ａ１＃～６＃）；地下室总面积约为　１９１６７９ｍ　，土７ｙ－ｌｉ￣约为９３９２２７ｍ　。　以福州泰禾・红峪工程实例为依托，结合本项目实际情况　以及当地工程经验，按照地质特点、场地特点及工程特点，采用　２工程特点、难点　２．１地下室总面积为１３１６８０ｎ１２，基坑超大，局部基坑超深，最　组合式基坑支护结构，以便加快施工进度的同时节约工程成　本。　深的电梯基坑设计标高为一８．７ｍ，与自然地面高差７．５ｍ，与　地下室底板底面高差也有３．５ｍ左右。　ｌ工程概况　泰禾・红峪项目位于福州市建新大道以西、浦上路以北，　建筑总面积为７０３９３３ｍ　，由１８幢（Ａ１＃～１８＃）高层建筑物　２．２每个区连续开发，基坑相邻很近　根据场地的实际情况，相邻基坑的边缘只有ｔｍ宽，甚者　如放坡都会危及到临时硬化的施工道路或围墙，根本无法进行　喷锚或安排施工道路。　２．３土层地质情况复杂，基础开挖范围内有杂填土、深厚淤泥　层及粉质粘土层、遗留下的旧基础、暗河道、流砂等等不利因　素；　作者简介：陈志明，１９７２年４月出生，在职研究生，高级　工程师。　收稿日期：２０１１一Ｏ７一Ｏ４　总体平面各期布置如下图：　２０１１年Ｏ８期总第１５８期　陈志明・组合式基坑支护结构在基坑施工中的运用　道　３场地岩土工程地质与水文地质条件　依据岩土工程勘察报告，该场地地貌属于闽江级阶地，场　地土层为淤泥、冲洪积成的淤泥（淤泥质土）、粘性土、砂性土及　孵石。场地为旧房拆迁地，总体地势由东至西走高，最大高差　约为１．８ｍ左右，填土层厚度平均为２．２ｍ，之下为厚约２．Ｏｍ　左右的粘土，土方开挖面为流塑淤泥或粉砂层、淤泥质土，再下　依次为粉质粘土、粉砂、卵石。　地下水主要为赋存于①杂填土中的孔隙潜水和赋存于④　粉砂、⑧粉砂、⑨圆砾或卵石、⑩中砂及⑩卵石层中孔隙承压　水。①粉砂含水层静止水位埋深为２．８５ｍ～３．６５ｍ，标高　３．２ｍ～３．３８ｍ。因此本工程采取基坑周围地面设置临时集水　井进行明沟排水，以及坡顶、坡面、坡脚相结合的排水措施。　４边坡支护施工方案选择及设计　由于场地周边除了破旧低矮的民房以外，均未有其他的建　３＃、４＃地上下宣支护范围线　４．１．１　３＃、４＃地下室详细介绍及具体的支护方案　没有打木桩如图Ａ；　筑体，本支护方法根据工程地质勘察报告及施工进度安排，合　理布置基坑开挖支护的方案。按照设计图纸方案本工程均采　用锚喷支护方案，但这方案没有考虑到现场实际情况。本着安　全、节约、加快工期原则，经与设计部门、监理单位、业主方商　讨，根据实际情况采取相应合理的支护方案。　４．１　自然放坡、素喷支护结合木桩支护方式　工程描述：泰禾・红峪３＃、４＃地下室位于福州市浦上大　道以北，周边建筑物少，场地开阔，标高由东至西逐步提高。施　工初期，３＃、４＃地下室土方开挖主要根据施工图纸及地质资　料及现场实际情况而定，东向是人行小道，采用自然放坡、素喷　支护结合木桩方式；北向的第三分区未动工，可以采用自然放　坡、素喷方式的围护，南向局部有行车荷载的影加设木桩支护，　以加固边坡，以减少工程造价。３＃、４＃地下室及第三分区　（Ａ１５～Ａ１８＃）的平面图如下：　ｊ　地Ｔ　第＝分Ⅸ地下莹｝＃撇　２０１１年Ｏ８期总第１５８期　陈志明・组合式基坑支护结构在基坑施工中的运用　有打木桩支护如图Ｂ：　・　３０×６０木条双面铁钉固定　赴　图　４．１．２木桩支护方案简述：　土方分层分段均匀开挖到设计标高后，采用放坡加木桩加　固支护，木桩长６ｍ，尾径为１２０ｍｍ的木桩，采用梅花形布置　３００×３００，木桩顶部采用３０６０的木条双面铁钉固定，坡面喷射　混凝土，同时在坡面设ＰＶＣ排水管（也可用竹筒），以减少侧向　水压力。坑底四角挖一直径０８００、深５００的集水井，用潜水泵　抽取集水坑中地下水排人坡顶截水沟。　地下室结构施工过程，经岩土工程检测所出具的基坑开挖　监测数值显示，本支护结构坡顶水平位移及沉降符合要求，土　体水平位移满足要求，周边建筑物未到明显变化，总的结果基　本正常。　４．２　Ｈ型钢的钢板桩支护方式（以粉砂层作为持力层）　Ｈ型钢作为基坑围护结构主体，其优点是桩可拔出，成本　低，施工简便；受力性能好、刚度大、材料省、易于施打、挤土少。　缺点是打、拔桩后留下的孔洞要处理。如果不能拔出的话，那　成本也是比较高的。Ｈ型钢围护结构适用于粘性土，砂性土　和粒径不大于１００ｍｍ的砂卵石地层，当地下水位较高时，必须　配合人工降水措施。基坑开挖时，随挖土方随在桩间插入５厚　的薄钢板，以挡住桩问土体。开挖到一定深度后，需要设置腰　梁，腰梁多采用工字钢。由于施工时噪声很大，基本上这种支　护都是临时性、支护时间短，且要远离居民区，多采用此种支　护。本项目基坑支护采用９ｍ长的３５＃Ｈ型钢，排距　１０００ｍｍ。　工程描述：在３＃、４＃地下室主体结构进入装修阶段后，　着手进行第三分区基坑土方的开挖，第三分区地下室基坑距离　临时环形施工道路只有不到１．８ｍ左右，且二者高低差为　３．６ｍ。经现场查看，已没有放坡的可能，也无场地进行搅拌桩　的支护；北侧如要放坡会造成围墙倒塌，围墙外的行人道路下　沉等不利因素；经过试打木桩支护，发现不能满足现场施工要　求；改用Ｑ２３５Ｅ１８＃槽钢，由于槽钢刚度不足，仍无法进入砂质　土（地下土质由粘土层到沙层）：后改用Ｑ２３５Ａ　Ｉ　３５＃的Ｈ型　钢用＠１０００，用Ｃ２ＯＯ挖掘机振动试压打，顺利进人土层，达到　支护目的。因此决定采用３５０＊３５０＊ｌ０的Ｈ型钢的支护合　理，且施工进度快，地下室施工结束后还可以回收。靠近东向、　西向由于没有动荷载，且无施工影响，考虑到经济上的成本问　题，决定采用挂钢筋网喷锚支护的方式。以节约工程成本。第　三分区（Ａ１５＃～Ａ１８＃楼）平面布置图如下：　４．２．１　Ｈ型钢的钢板桩支护施工方案简述：　（１）工艺顺序：Ｈ型钢桩定位放线一挖沟槽一挖掘机振动　击打Ｈ型钢桩一安装支撑及围檩一安装钢围檩一回填马路　与Ｈ钢桩之间的中粗砂一护坡完成、基础施工一地下室施工　完成一边回填土，边拆除支撑及围檩一回填完毕，拆除Ｈ钢桩　（２）Ｈ型钢桩的压打：挖掘机就位时，应垂直平稳地位于　支护桩部位，挖掘机的斗对准桩顶位，确保施打时不发生歪斜　或移动。起吊Ｈ钢桩一般利用８ｔ吊车进行起吊。桩插入土　中位置准确，垂直度偏差不得超过０．５　。开始沉桩时挖掘机　的斗应垂直对准Ｈ型钢，先轻压并轻击数下，观测桩身垂直度　等，始可转入正常施打。开始振压时，入土达一定深度且桩稳　定后，方可加大力度施打，打至预定深度后即用钢筋与围檩支　架焊接固定。在挖土同时加插横板以挡土。　（３）Ｈ型钢桩的拔除　振动拔桩是利用振动锤对钢桩施加振动力，扰动土体，破　坏其与桩的摩阻力和吸附力并施加吊升力将桩拔出。拔桩时，　可先用振动锤将桩口振活以减小土的阻力，然后边振边拔。　对难拔的桩可以采用交替振打与振拔。有时为了回填拔桩后　的土孔，在拔桩至基础略高时暂停引拔，用振动锤振动几分钟，　尽量让土孔填实一部分。拔桩时先从中间桩拔起，而后间隔拔　除，与打桩顺序相反。　４．２．２支护方案如下图：　经监测数值显示，本支护结构坡顶水平位移及沉降符合要　求，土体水平位移满足要求，周边建筑物及施工道路未到明显　变化，总体结果正常。　４．３挂钢筋网锚喷支护方式（第一、二分区地下室施工）　工程描述：第三分区地下室主体结构到６层楼以后，接着　２０１１年Ｏ８期总第１５８期　陈志明・组合式基坑支护结构在基坑施工中的运用　一制作排水孔一下一层土方开挖　（２）技术要点：适度放坡后，放置长度８～１０ｍ、直径８０　ｍｍ　围墙　Ｈ３５０￣檩　的土钉，土钉的水平与垂直间距均为１．２ｍ，土钉钢筋均为Ⅱ级　钢筋，直径为中２５，土钉与水平面之间的夹角为ｌＯ，喷射混凝　土厚１００　ｍｍ，配钢筋网为？６＠２５０×２５０。按设计要求在土钉　头处纵横方向处焊接加强钢筋，并在其后焊接２０　ｃｍ长的承压　．、、姘一　＿／基　坑　钉一根，使土钉头和两根加强钢筋边连成一个整体。喷射混凝　土土骨料采用２～１０　ｍｍ的级配岩屑和豆石，采用占水泥用量　二　一　一硪　一　　线　一跳范室区一　毓　　一支护剖面图　舭　钢　柚姗　酗　…　一镬迁　Ｉ　Ｉ　Ｉ　ｉ　ｉ　Ｉ　ｉ　ｉ　Ｉ　ｉ工Ｉ　ｉ　ｚ　ｉ　Ｉ　Ｉ　ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　ｉ工Ｉ　Ｉ　围地皿ＩＪ回　３５０＊３５０＊９米Ｈ钢＠１０００　５０００＊９００＊９钢板　钢板桩支护平面布置图　施工第二分区地下室部分完成；对于第二分区地下室开挖时，　考虑到第二分区地下室的南侧是主要施工道路，运输大动脉；　西侧紧邻第三分区，与３＃４＃地下室有１５ｍ的距离，西侧是未　动工的１＃２＃地下室部分，但是距离环形临时施工道路只有　１．６ｍ左右，结合场地周围无其它建筑物，以及场地土类型的有　利条件，经过研究比对，决定基坑四周均采取锚喷支护方式比　较稳妥，具体支护如下图布置：　北　４．３．１锚喷支护施工方案简述　（１）工艺流程：土方开挖一清理边坡、成孑Ｌ一放置土钉杆体　一注水泥浆一铺设钢筋网一焊接加强钢筋一喷射面层混凝土　６　的速凝剂。基坑开挖过程中，应在基坑底做好排水沟和集　水井，同时在坡预留一些泄水孔，并及时清除积水。施工时预　留浅层排水孔，直径３Ｏ～４０　ｍｍ。排水孔设置水平方向距为　３．０ｍ，竖向间距为１．４ｍ，梅花状排列。在土钉支护剖面图详　见附图。　４．３．２附图如下：　１—１音０面　本支护结构的土体水平位移满足要求，坡顶水平位移及　沉降均符合要求，周边建筑物未见明显变化，总体效果基本正　常。　４．４拉森钢板桩支护的方式（大型独立桩承台）　拉森钢板桩作为一种新型建材在基坑开挖的挡土、挡水、　挡沙墙、码头，卸货场、护墙，挡土墙、堤防护岸等，工程上发挥　重要作用。拉森Ⅳ型钢板桩抗弯性能好，宽度适中，运输周转　便利，符合工程特点和基坑支护需要。本项目拟采用ＭＩＩ　２０００型液压振动沉桩机，作为施打拉森桩的主要动力。为确　保基坑开挖安全，钢板桩上采用槽钢围檩加固，　工程描述：在建筑工程中，特别是大型的多桩承台基坑，按　以往的经验都在这承台四周打搅拌桩或砌厚大砖模，工程造价　高且拖延工期，以第二分区Ａ１４＃中的承台（Ａ１４ＣＴ５　６６）独　立电梯基坑的支护为例，电梯及其周边集水坑基础有６６根桩，　该地下水位较低，经与各方对现场勘查、讨论后，采用钢板桩形　式支护，其它开挖较深的多桩大承台部位均采用拉森Ⅳ型钢板　桩支护，对于基坑底下有流砂、涌水等现象换填碎石级配砂质　土，厚度为３００ｔｕｒｎ，本次承台基坑开挖深度为３．５ｍ左右，要求　进人粘土质土层１．５ｍ，桩长约９ｍ，同时为了有效的阻止承台　底的流砂及淤泥回涌，对基坑底部进行了换填处理，承台底部　更换毛石及沙包土，如承台平面下图：　４．４．１施工技术　２０１１年Ｏ８期总第１５８期　陈志明・组合式基坑支护结构在基坑施工中的运用　Ａ１　４＃楼地下室桩基础平面布置图（二）　的同类型、同规格的钢板桩作锁口通过检查。为保证钢板桩在　施工过程中能顺利插拔，并增加钢板桩在使用时防渗性能，每　片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油，其体积配合比为黄油：干　膨润土：干锯沫一５：５：３。　（２）钢板桩的起拔及过程控制：考虑到起吊设备和振动设　备等因素，钢板桩围护采用逐片插打。沿一端事先画好的白灰　线，插打第～片钢板桩反复仔细校正钢板桩位，确保垂直并至　设计标高。其余各钢板桩则以已插好的钢板桩为准，起吊后人　工扶持插入前一片钢板桩锁口，然后用振动锤振动下沉。施工　要点为“插桩正直，分散即纠，调整合拢”。　（３）钢围檩支撑设置：该承台基坑采用一道围檩设计，首先　用挖掘机开挖基坑卸载土方，挖至钢围檩设计标高处，暂停开　挖。完成此道钢围檩支撑后继续开挖至基坑设计底标高。钢　围檩施工先按设计高程在钢板桩上焊好Ｌ　５６　ｘ　５６　ｘ　８角钢短　牛腿作为临时支撑，采用双拼Ｉ２０ｃｍ工字钢，待各钢围檩纵横　安装连接就位后，再与钢板桩焊接牢固，空隙部分用混凝土填　充密实，使整个钢板桩围护整体受力。　（４）钢板桩的拆除：承台基础分二次浇筑，待浇筑到底板的　底面标高处，留出连接钢筋后，拆除钢围檩，回填土方，再穿插　Ａ１　４ＣＴ５－６６承台平面示意图　安装地下室底板钢筋。钢板桩拔除方法：先用打拔桩机夹住钢　板桩顶部振动１秒一２秒，使钢板桩周围的土松动，产生“液　化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。发现上拔困　选用拉森Ⅳ型（Ｕ）钢板桩，桩长９ｍ；钢板桩穿过淤泥土　层，进入粉质粘土层；钢板桩沿基坑四周连续设置成封闭的帷　幕；为保证基坑安全，钢板桩帷幕上设置一道连续的双排工字　钢围檩以加强钢度及整体性；沿基坑长边的方向每隔４．２ｍ设　一难或拔不上来时，应停止拔桩，可先行往下施打少许，再往上　拔，如此反复可将桩拔出。　根４５０ｍｍ钢管支撑在钢围檩上，中间设置钢管支墩，确保钢　（１）施工前的准备：钢板桩运至工地后，清理锁口内杂物如　４．４．２具体的布置平面图如下：　经监测显示，该承台基坑施工过程，本支护结构周边的土　围檩强度足够。　体水平位移及沉降均满足要求，周边桩位位移正常，未到明显　变化，总的结果基本正常。　电焊瘤渣、废填充物等，对缺陷部位加以整理。用一块长约２ｍ　２０１１年Ｏ８期总第１５８期　陈志明・组合式基坑支护结构在基坑施工中的运用　承台基坑支护平面图　５结束语　通过上述项目的地质情况及场地特点，针对不同情况采取　因地制宜的基坑围护技术，既能达到围护目的，而且又经济省　时。　且有施工方便，工期快等优点，施工现场常用到的木桩就是松　木，这在经济与技术上是可行的，也不失为一种有效手段。　基坑支护做为基础一个子分部，要合理运用基坑围护技　术，针对体情况，综合考虑周围环境、开挖深度、围护形式、围护　技术施工及围护费用、工期影响等诸多因素，选择符合实际、安　全可靠、经济合理的技术措施。　泰禾・红峪项目最为明显的特点也是结合实际情况和现　有的设计与施工技术经验，坚持因地制宜、就地取材的原则，采　用合理的施工技术措施，做到精心设计、精心施工。　本项目主要是针对不同场地、不同开挖深度、不同地质情　参考文献　［１］ＪＧＪｌ２ｏ～１９９９，建筑基坑支护规程［Ｓ］．　ＥＳＪＧｊ７９—２００２，建筑地基处理技术规范［ｓ］．　［３］ＧＢ５０２０２－－２００２，建筑地基基础工程施工质量验收规　范［Ｓ］．　况，综合采用放坡支护、放坡＋木桩支护、锚喷支护、拉森钢板　桩支护、Ｈ型钢支护等不同的围护形式，不仅能达到设计目　的，而且维护费用也较低，其中用木桩围护经济效益比较明显，