城市密集区深基坑施工技术探析

城市密集区深基坑施工技术探析

刘勇军

五冶集团上海有限公司，上海市201900

摘要：随着我国城市化建设的不断加快，建筑工程数量也在逐渐增加，居住人员密集，而出于人们对于建筑工程质量、安全的需求，应不断提高建筑的基础支撑结构，对人们的生命安全提供保障。城市密集区深基坑支护施工极为重要，但很容易受到多方面因素的影响，增加其风险性与不安全性，也对建筑工程质量造成影响，因此为了提高施工安全与整体建筑水平，相关人员应熟练掌握深基坑技术，促进我国建筑行业的发展。

关键词：城市密集区；深基坑；钢板桩；型钢支撑；喷射砼；施工技术

中图分类号：TU94

文献标识码：A

引言

基坑支护是维护建筑工程稳定的关键环节，利用合适的支护类型，对基坑侧壁进行格挡、加固，可以减少基坑安全事故。相比普通基坑，深基坑工程安全风险、施工控制难度更大，如果未充分了解情况，很难保证建筑施工的顺利实施。本文主要从基坑周围土压力变化情况、工程地质条件、施工现场条件等方面进行综合考量，以平潭综合实验区海坛商业城应急搬迁过渡工程消防水池施工为例，介绍了城市密集区深基坑支护施工技术的使用，为以后类似工程的施工实践提供借鉴和参考。

1工程概况

1.1基本情况：

消防水池位于平潭综合实验区万顺路东侧，海坛商业城应急搬迁过渡工程主入口位置，采用剪力墙结构，抗震等级为三级。本工程地下建筑面积约308m2，基础底板尺寸为21.2m*14.55m，采用筏板基础，筏板厚度为550mm，外墙厚度为450mm，内墙厚度为300mm，顶板厚度为250mm，砼采用C35P6防水砼。自然地基承重，本工程的基底持力层为第④层强风化花岗岩 ,地基承载力设计值为450KN/m2，消防水池垫层底标高为-7.2m，局部集水坑垫层底标高为-8.2m。

1.2地形地貌

本工程建筑±0.00标高相当对1985国家高程基准17.65m，采用1980西安坐标系，现场场地实际平均标高为-0.15m。

1.3工程地质条件

根据福建省建筑轻纺设计院提供的《平潭综合实验区海坛商业城应急搬迁过渡工程岩土工程详细勘察》，查消防水池位置代表勘察孔位为BK1，得知本工程属于剥蚀残积地貌单元，基坑开挖范围内地层如下：

①杂填土：裸露地表，灰色、杂色，松散-稍密，稍湿，表层0.3-1.5米为主要有建筑垃圾回填，主要由水泥面层、石子、碎砖块等回填，中粗砂填充，其下为砂土、粘性土及少量建筑碎屑土回填，部分地段有少量软土。回填年限约5年，整个场地分布，力学强度及厚度不均匀，揭露层厚：0.30～3.20m。

②残积粘性土：埋藏在杂填土之下，层面埋藏距地表深0.30～1.90m，层面标高15.49～16.82m。灰绿色、褐黄色，湿，可塑-硬塑，为花岗岩风化土，组织结构全部破坏，风化呈土状，铁镐易挖掘，干钻易钻进，粒径大于2毫米的砾砂含量小于5%，摇震反应中等，无光泽反应，干强度中等，韧性中等。进行了标准贯入试验，标准值N=21.0击（N修正=20.5击）。场地ZK1、ZK4有揭露，强度一般，厚度及强度不均，揭露层厚：0.90～3.40m。

③全风化花岗岩：埋藏在素填土、杂填土、残积粘性土之下，层面埋藏距地表深0.40～3.80m，层面标高13.42～16.74m。浅绿色、褐黄色，为花岗岩风化而成，标准贯入试验击数30＜N≤50，组织结构基本破坏但尚可辨认，有残余结构强度，干钻可钻进，岩体完整程度分类极破碎（定性）、岩石坚硬程度等级定性分类极软岩，岩体基本质量等级分类Ⅴ级。进行了标准贯入试验，标准值N=41.8击（N修正=32.8击），强度随深度渐强。场地部分有分布，其他钻孔均有揭露，力学强度随深渐强，厚度不均匀。层厚0.90～4.70m

④强风化花岗岩：埋藏在全风化花岗岩之下，层面埋藏距地表深1.10～6.30m，层面标高10.99～16.17m。褐黄色，为花岗岩风化，原岩结构大部分已破坏，矿物成分发生显著变化，风化裂隙发育，岩芯大都风化呈砂土状，标准贯入击数＞50击，为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。进行了标准贯入试验，标准值N=57.3击（N修正=53.7击），强度随深度渐强。场地大部分有分布，力学强度随深渐强，厚度不均匀。仅在主楼钻孔揭穿，层厚1.50～5.70m。

1.4地下水情况

(1)勘察期间，测得钻孔初见水位埋深0.45～1.36m，标高13.86～16.27；勘察结束后，测得的钻孔稳定水位埋深0.25～1.10m，标高14.48～17.18m。

本场地3～5年最高地下水位标高为17.10m，水位变化幅度0.58～1.06m。历史最高洪水位为17.50m，具有干湿交替。

(2）本场地地下水主要为埋藏在杂填土中的孔隙潜水和花岗岩风化层中的风化裂隙潜水，地下水对基坑施工影响不大。

1.5周边建筑物

消防水池位于福州平潭综合实验区万顺路旁，海坛商业城主入口位置，东侧、北侧为民房，西侧红线外为万顺路及部分未拆除的民房，南侧为拟建海坛商业城。

消防水池南侧海坛商业城水平距离为6.67m；北侧距离五层石砌老房屋、三层石砌老房屋各一栋，水平距离3.21m；西侧(西侧红线外为一层、两层石砌老房屋)，水平距离7.765m;东侧距离商业城10.245m；无法采用无支护大开挖，结合现场实际情况，需要采用基坑支护加固处理措施

消防水池平面位置图

2工程特点及难点

2.1本工程为国务院督办的应急工程，工期紧，施工任务重。

2.2施工场地为市中心老城区、道路狭窄、四周都是居民区，需要注意避免扰民，每天施工时间只能在6:00～22:00。

2.3本场地地下水主要为埋藏在杂填土中的孔隙潜水和花岗岩风化层中的风化裂隙潜水，地下水对基坑施工影响不大，但因周边建筑物均为石砌房屋，地下水流失，可能会引起房屋沉降，必要时，需要考虑回灌。

2.4消防水池北侧位置，仍然有一栋五层楼老房屋未拆迁(规划红线内)，另外有一栋三层石砌老房屋的阳台距离消防水池只有1.2m，需要建设单位尽快落实拆迁进度，属于消防水池施工的必备施工前提条件。

2.5基坑深度大部分为7m，周边建筑物多为石砌房屋，且紧邻基坑，施工时影响周围民房，尤其需要注意北侧为五层石砌老房屋、三层石砌老房屋各一栋，西侧为两层石砌老房屋，南侧和东侧为新建海坛商业城主体，老城区房屋抵抗变形能力差，稍有不慎，有发生墙体开裂的安全隐患。

2.6本工程为自然地基承重，且为老城区，业主无法提供地下管网布置图，开挖难度大，土方开挖时需要注意随时观察基底是否有地下管网，同时，应走访周边居民，调查地下管网布置情况。

3基坑支护方案分析及选择

3.1拉伸钢板桩+型钢内支撑体系:在平潭地区，属于比较普遍采用的支护方式，但主要针对4m以内基坑，而本工程地质条件有石方，基坑深度达到7m，拉伸钢板桩无法锚入下部岩层，此方案施工不可行。

3.2工字钢+型钢内支撑体系，再以喷射混凝土面板断水：该方法内支护结构平面刚度大，结构变形小，可有效保护基坑周边建筑物和地下管线安全，从施工可行性可以满足本工程施工安全，但用钢量大，造价偏高。

3.3钢管桩+型钢内支撑体系，再以喷射混凝土面板断水：该方法内支护结构平面刚度大，结构变形小，可有效保护基坑周边建筑物和地下管线安全，从施工可行性可以满足本工程施工安全，用钢量比工字钢的支护方式低，造价相对低。

最终，通过经济性、安全性及工期要求等多方面比较，最终决定采用钢管桩+型钢内支撑体系，再以喷射混凝土面板断水，达到控制地下水和基坑变形及节约工期的目的。

4深基坑施工技术

4.1施工工艺流程

测量放线→钻机引孔→钢管桩施工→孔内全长灌注水泥浆→土方分层开挖至围檩底，喷射砼面板→围檩、角撑施工→土方分层开挖至基坑底，同时挂网喷射砼→消防水池底板、填槽砼施工,并养护至设计强度80%→人工清底俢边→浇筑底板垫层→底板放线→底板及墙板钢筋绑扎→安装模板→底板砼浇筑→墙板、框架梁及顶板钢筋绑扎→安装模板→墙板、框架梁及顶板砼浇筑→砼养护→外模板拆除→外墙及顶板防水施工→砂回填至H型钢围檩及顶撑底部(同时用水回灌)→拆除穿墙部位H型钢内顶撑(防水修补同步穿插进行)→砂回填至-0.3m路基底标高。

4.2基坑支护施工

4.2.1基坑支护工程量及图纸

(1)基坑支护材料选型及主要工程量

(2)基坑降排水：基坑采用排水沟+集水井明排，基坑开挖应做好坑顶、底排水系统。

(3)基坑支护相关图纸如下：

1)挖土及基坑支护平面布置图

2)挖土及基坑支护剖面图

3)挖土及基坑支护节点详图

4.2.2具体施工要求

(1)钢管桩

1)采用400型锚杆钻机引孔,成孔直径取200mm,桩身宜采用整材，当需要采用分段焊接时，应采用坡口焊接。焊缝应饱满、满焊，焊缝厚度比钢板高出2mm，焊缝等级为二级。钢管接头应在坑底两米以下，且相邻桩接头高差应不小于2米。

2)钢管应在钻机引孔后，立即插入钢管并在钢管内及钢管外侧灌注水灰比1:0.4的水泥浆，为保证钢管外侧灌浆密实，在钢管侧壁开直径Φ30的圆孔，桩长以设计标高控制。

(2)钢支撑、钢围檩

1)型钢支撑体系的施工必须严格遵守分层开挖、先支撑后开挖的原则，钢桩施工完毕土方开挖至支撑底标高开槽设置支撑系统，不得超挖。 支撑顶面严禁运行施工机械和堆载。

2)安装好全部支撑系统后方可开挖土方。土方开挖至基底，立即施工垫层、底板。

3)围檩与H型钢桩间的间隙应采用C30细石砼填充饱满；

4)钢支撑焊缝应进行无损探伤检测，检测数量取20%；

5)支撑安装的容许偏差应符合以下规定：

a、支撑中心标高及同层支撑顶面的标高差：30mm；

b、支撑两端的标高差：不大于20mm及支撑长度的1/600；

c、支撑挠曲度：不大于支撑长度的1/1000；

d、支撑的轴线偏差：不大于50mm；

e、支撑水平轴线偏差：不大于30mm。

(3)面板喷射砼

1)喷射作业可分段分层进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，喷射完成后应喷水养护7d。在布置单层双向钢筋时，板底部的短方向钢筋应该放在下部，长向的放在上面；对于面层钢筋，短方向钢筋应该放在最上面，长向钢筋在短向钢筋的下面。

2)喷射面层混凝土时，应严格控制钢筋位置，按照喷射混凝土面层厚度居中布置，不得有露筋现象；面板水平钢筋必须采用焊接。喷射面必须修整平整，钢筋不得沾污泥土、机油等杂物。

(4)填槽砼

1)填槽砼采用300mm厚C30素砼。

2)填槽砼施工前、应清除支护桩桩身侧表面的泥土与杂物。本工序应经业主、监理现场严格检查后验收。

3)填槽砼底部基坑不得积水，基坑回填密实度应≥93%，且应符合上部结构设计要求。

(5)支撑拆除顺序和要求

1)拆除时间：消防水池施工结束后，在基坑回填至H型钢围檩及顶撑底部后，进行支撑拆除，并做防水修补处理，处理完成并验收合格后，再行回填至-0.3m。

2)拆除原则：先拆对撑，后拆角撑。

3)支撑宜采用人工拆除。

4)支撑拆除前，须制定专门拆除方案。并应采取相应的安全保证措施。

5)支撑拆除时，应加强监测。

(6)泄水孔、排水沟、集水井

1)排水沟采用M5.0浆砌粘土砖，断面为200*250mm。表面1：2水泥砂浆抹面。

2)集水井采用M5.0浆砌粘土砖，断面为600*900mm。表面1：2水泥砂浆抹面。

3)泄水孔采用∅70UPVC管，外倾坡度i＝8%，管壁钻成梅花孔，用3层无纺布包裹，泄水孔长度为1000mm，泄水孔水平间距为2.5m。

(7)基坑监测

基坑监测是深基坑支护施工过程中的重要步骤，对于保障基坑施工安全以及施工质量效果有着积极作用，基坑施工监测要点包括以下几个方面：

1）加强对于基坑施工过程中，支护结构以及土体变形情况的监测，并根据监测结果及时进行施工进度和方案调整，确保围护结构以及周围环境安全。

2）加强对于周围既有建筑物沉降情况的监测，避免由于支护施工对周围环境造成不良影响。

3）明确监测阶段，在挖掘施工之前，需要对周围环境情况、建筑物沉降情况以及地下管线分布等进行详细调查，明确周围环境的初始状态。在基坑支护施工过程中，需要每天对深层部位的位移情况进行测量，一旦发现位移变化速率大幅增加，需要及时停止施工，并查找位移发生原因，然后有针对性地采取相应处理措施，以此全面保障深基坑支护施工安全、顺利。

(8)土方开挖

1)基坑开挖前，应联系建设单位对地下管线进行调查，并挖探沟确定位置，在基坑开挖范围内的，要做好保护措施。

2)基坑土方开挖和基础施工中应注意对基坑支护的成品保护，避免发生碰撞损坏基坑支护成品。

3)基坑开挖采用“竖向分层、纵向分段、严禁超挖”的原则进行。基坑内采用两台PC220型挖机倒运，挖掘机直接在作业面挖土，直接装车，自东向西开挖，分两次开挖结束，第一次采用一台PC220挖机开挖至-3m，第二次采用两台PC220挖机开挖至设计标高(一台挖机在基坑内开挖倒运至基坑边，另一台挖机在基坑顶部进行挖土装运至土方车内)，然后由4台自卸汽车直接从自然地坪高度运土至建设单位指定堆土地点集中堆放。土方开挖顺序及出土方向如下：

4)根据本工程的岩土勘察报告及现场实际情况，土质较差，土方开挖采取钢管桩+型钢内支撑体系，基坑降排水：采用排水沟+集水井明排，基坑开挖应做好坑顶、底排水系统。土方开挖施工的同时，同步穿插进行基坑支护钢支撑、钢围檩及喷射面板砼施工。土方第一次开挖至-3m标高位置，再行第二次开挖至底板设计标高向上200mm，基坑内放置一台PC220挖机，余下200mm采用一台PC150挖机及人工配合捡底至设计标高，所有捡底土方采用25T汽车吊吊出基坑(在海滩商业城主入口硬化地坪表面站位)，并用土方车外运，装土斗采用2*2*1m的钢制装土斗，待土方捡底结束后，采用70T汽车吊在海滩商业城主入口硬化的200mm厚混凝土地坪表面站位，将基坑内PC150挖机吊出基坑外。

5)土方开挖过程中用水准仪随时控制挖土标高，不得挖到设计标高以下，挖土机一次开挖至标高上200mm，留200mm厚土方不挖，以便在抄平后，由人工捡底通过挖土机运走。在机械施工挖不到的地方，配合人工随时进行挖掘，并用手推车把土运到机械挖到的地方，以便及时用机械挖走。

6)土方运土通道：沿施工现场已建的200mm厚砼道路，运至建设单位指定地点。

7)土方开挖过程，必须及时做好厂区运土道路的清理工作。

8)基础底部花岗岩处理

查阅地勘报告，得知消防水池底部为强风化花岗岩(碎块状)、中风化花岗岩，难以开挖，因离周边居民房屋近，且基础底部处理是一道关键工序，桩头破除采用空压机（6m3）和风镐从桩顶部开始逐步向下破除施工，进行施工中采取专人负责，跟踪验收。

(9)地下水抽排

本工程地下水主要为埋藏在杂填土中的孔隙潜水和花岗岩风化层中的风化裂隙潜水，地下水对基坑施工影响不大，施工时严格按照基坑支护设计图施工，沿基坑周边建立200*250mm排水沟引入集水坑(840*840*1000mm),再采用Y90L-2单级单吸离心水泵将水抽至现场排水沟集中外排。

(10)吊车选型及超载复核

1）吊车选型

土方开挖完成后，为保证挖机安全吊至地面，针对PC220挖机重量为20t，拟选用70t汽车吊，工作幅度8m，详见70t吊车起重性能表。

2）超载复核

查70t汽车吊作业动态主要参数表得知，70t汽车吊站位支腿距离为横向6.9m，纵向5.75m，而基坑支护设计图要求3m以外允许施工超载≤15KPa，PC220挖机重量为20t。

计算如下：6.9*5.75*15/10=59.51t＞20t，符合要求。

4.2.3检测

(1)喷射混凝土面层应采用钻孔法检测其厚度，每500m2选一组，每组不少于3点。验收合格标准为：检测孔厚度平均值不小于设计值，最小值不小于设计厚度80％。

(2)每500m2喷射混凝土面选一组进行现场试块强度试验，每组不少于3点。

4.2.4应急措施及其它

(1)应急措施：

1)现场应备有一定的砂土和土方机械，在出现紧急情况时实施反压或卸土。

2)现场应备有足够的水泵，以备随时抽水。

3)现场应备有一定数量的角钢或槽钢，以备局部加固。

(2)支护结构和土方开挖必须由具备专项资质的专业队伍施工。

(3)基坑开挖前必须对邻近建（构）筑物、道路、地下管线（给排水、煤气、电力、电信等）的现状再次进行调查。应对基坑开挖深度3倍范围内管线采取可靠保护措施后方可施工；对邻近建筑物可能受基坑开挖影响时，应详细调查其已有裂缝或破损情况，做好记录，并在基坑施工过程中加强观测。

(4)基坑开挖应尽量避开雨季，在雨季施工时要应加强基坑降排水措施，保障排水顺畅，坑内无积水。并根据需要在坡顶3m内及平台处铺设防水彩条布防水。

(5)基坑工程施工必须以缩短基坑暴露时间为原则，减小基坑的后期变形。

(6)基坑支护设计采用动态设计，并采用信息化施工。

(7)正式施工前，应再次实测场地标高、周边管线分布及埋深，经监理核实与支护设计文件无冲突后方可施工。

(8)施工中如发现地质情况变化发现异常应及时与设计人员联系以便调整设计。

(9)基坑支护超出用地红线部位，须征得相关部门许可及周边业主书面同意后方可施工。

5施工效果

本工程根据现场平潭当地实际情况，采用钢管桩+型钢内支撑体系，再以喷射混凝土面板断水，既起到支护作用，又起到止水的作用，结果周围建筑物发生很小沉降，最大25mm，对周围建筑的安全没有影响，在满足安全的前提下，帮助业主降低基坑支护费用。

6结束语

综上所述，在实际进行城市密集区深基坑支护施工的过程中，应事先针对施工现场、周围环境等展开全面详细的调查，然后结合相应调查结果，制定支护施工方案，选择合理的支护施工技术措施，并明确相关技术要求以及施工要点内容，同时为保障深基坑支护施工安全及顺利推进，还应做好每日基坑监测，明确检测要求以及监测要点。相信随着对深基坑支护施工技术的深入研究和实践应用，建筑工程的质量以及稳定性将会得到良好保障。

参考文献

[1]高永强.浅述建筑工程中深基坑支护施工技术的应用[J].房地产世界,2022(02):96-98.

[2]赖叶琴.深基坑支护施工技术在建筑工程中的应用探究[J].建筑与预算,2021(12):74-76.

[3]于立栋.建筑工程中深基坑支护施工技术要点分析[J].工程技术研究,2021,6(07):72-73.

[4]石雪洁.深基坑支护施工技术在建筑工程中的应用探析[J].九江学院学报(自然科学版),2019,34(01):35-37.