基坑支護設計施工與基坑安全分析
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1常見基坑支護類型
1）土釘墻主要由鋼筋制作而成，用于加固基坑邊坡。此技術施工環節要求施工區域周圍不可存在市政管線，巖土土質良好，基坑深度小于12m，施工區域需要先完成止水處理，并且基坑周圍建筑、土體之間允許存在較大位移。2）高壓旋噴樁主要利用鉆桿下方噴頭，將高壓泥漿噴射在原土之上，在泥漿和原土混合過程中，以螺旋狀將鉆桿向上提升，結構凝固之后強度最高可達8.0MPa，實現對土體的有效加固。3）懸臂支護懸臂支護技術中，SMW和鋼板樁方法為典型代表。SMW工藝運用過程土方運送量小，對于周圍環境影響小，施工過程噪聲小。鋼板樁可連接成連續鋼板墻，施工快速，防水性能優良，適合應用在小于7m深度的基坑支護施工當中。4）重力擋土墻其厚度為基坑深度的0.7～0.8倍，可設置為柵格狀、鋸齒狀等，可大面積作業，污染小，適合應用在基坑深度小于7m、施工區域環境優越的項目當中。將其應用在流塑性黏土當中時，使用3層圍護墻體，可實現坡頂的超載小于20kPa。
2基坑支護設計施工和基坑安全技術應用
2.1項目概況
1）管廊布置某市政管廊項目全長3.34km，管廊的斷面外尺寸有2種規格，分別為655cm×360cm和725cm×410cm。管廊設置在道路綠化帶內部，并利用真空預壓方式處理地基，預壓寬度大于道路邊線長約5m，以防地基處理環節對管廊施工造成影響。主干道設置雙向6排車道，道路紅線50m，管廊內部存在給水管、高低壓電纜以及電信管3種類型管道，管廊和道路交匯處距離人行道6m。2）水文特點經過現場勘測，該項目共有3種地質結構，填土層黏性土占據主要部分，淤泥層呈流塑狀，含砂率30%，頂部埋深0.6～3.0m，埋層厚度6.3m，淤泥黏土中細砂含量較少，呈鱗片狀結構。項目地下水位受江口潮汐的影響，潛水位年變化量小于2.0m。施工場地內存在孔隙潛水，可能對混凝土結構造成弱腐蝕，經過水文和地質條件分析，對于管廊項目基坑設計和施工產生影響的主要是黏性土內部孔隙水。地下水位穩定標高為0.8～2.4m，埋深0.4～1.5m。若設計過程中選擇鋼板樁，需要在施工環節將基坑內不明水排除，同時還需做好坡面、邊坡支護等處理工作，及時完成管廊節水、排水以及輸水工作，根據雨期施工情況，制定防洪預案，確保施工過程安全。3）基坑概況項目綜合管廊布置在綠化帶內部，并且管廊和人行道的邊線距離為6m。綜合管廊施工過程中通常使用明挖現澆方法，需要在標準路段進行基坑開挖，控制其深度為5m，穿河路段，基坑深度擴大至9m。為控制基坑開挖施工對道路產生影響，需要在開挖的同時完成止水擋土以及圍護相關設計。根據勘察報告，基坑施工范圍主要為含砂淤泥土層，承載力較低，含水率高。此類基坑常選擇土釘墻、SMW工法樁、水泥攪拌樁、鋼板樁等作為圍護結構。該項目的基坑支護設計方面需要遵循2個原則：①技術可行充分結合現場地質、主體結構、周圍環境等因素，保證設計方案便于施工；②安全性高基坑支護需要確保施工過程的安全性，相鄰建（構）筑物能夠正常使用。
2.2支護設計和施工方案對比
1）SMW工法樁型鋼水泥攪拌墻也稱SMW工法樁，施工過程中使用攪拌機切削土體，通過鉆頭端部向土體內注入水泥漿，攪拌均勻后，利用型鋼插入至攪拌樁內部，在地下形成連續墻，利用此結構作為止水或者擋土結構，完成基坑支護。此結構的優點：止水性能優越，施工耗時短，支護結構簡單，對于外界環境污染小，并且施工結束后，型鋼可回收。此結構適應用于深度小于13m的基坑支護。2）水泥攪拌樁水泥攪拌樁即使用水泥作為固化劑，采用攪拌機械將固化劑輸送到軟土地基內部并展開強制攪拌，水泥和軟土充分混合，固結成高強度地基。此工藝適合用于深度小于5m的淺基坑支護。3）鋼板樁鋼板樁屬于含有鎖口的型鋼，其斷面類型主要有直板式、U形和Z形幾種。鎖口的功能是保證不同鋼板樁之間的搭接，可形成板樁墻，起到擋水、擋土等作用。此類支護結構適用于地下水豐富且地基柔軟的基坑中，結構輕便、承載力強，鎖口位置結合緊密，防水性好，施工過程可結合工程地質情況，在少量土方開挖的前提下完成支護，施工過程環保，對于混凝土和土方量使用較少，利于環境保護，且施工快速，材料可反復利用。
2.3方案選擇
按照基坑的支護原則，借鑒同類項目施工經驗，充分研究工程地質水文條件。由于本項目基坑形狀狹長，最大深度為9m，施工過程需要嚴格控制坑體的水平位移情況。鑒于市政項目中管槽開挖環節常使用鋼板樁類型支護結構，展開狹長基坑施工。利用此支護結構，能保證基坑雙側的穩定性，防止由于環境影響發生變形，導致基坑底部隆起或者邊坡下滑等問題，保證基坑施工過程的安全性。利用鋼板樁進行支護，可結合基坑寬度靈活控制，從而有效減少施工過程開挖、回填等工量。此外，運用鋼支撐和鋼板樁組合支護，施工過程簡單，便于拆除，工期短，可重復利用，能夠節約施工成本。該項目中，在管廊穿過河道與道路的特殊施工段，基坑深度為9m，若利用鋼板樁完成支護，需要在其中設置若干支撐，并且澆注箱體環節需要更換支撐，施工流程繁瑣。考慮項目土質淤泥層較厚，拔樁后期可能對土體造成擾動，進而影響箱體的穩定性，因此，運用SMW工法樁完成深基坑支護，利用水泥攪拌樁作為止水帷幕，保證支護結構的止水效果。當基坑內部施工結束后，可將型鋼回收。
2.4支護施工
1）鋼板樁施工該項目基坑挖深8m位置，設置拉森三型鋼板樁，施工全程利用三維分析法，確保支護結構設置合理。使用長度為16m的鋼板樁，間距控制在0.4m，利用609鋼管作為支撐，保持水平間距為3.5m。設置縱向支撐2道，第1道連接壓頂梁，第2道位于鋼管中心5.5m位置處。施工路段基坑的長度共計120m，基坑寬度為9～11m，基坑的長寬比大于10，利用三維分析法，可認為管廊基坑和狹長基坑特點相符。經分析，與SMW工法樁結果類似，在基坑底部存在較大程度水平位移，因此，需要對坑底進行加固，最大限度控制基坑側壁發生水平位移。第1處支撐位置軸力相對較小，第2處支撐軸力相對較大，因此，需要展開優化設計，適當下調第1道支撐，縮小2道支撐之間間距，將原有設計5m縮小到4m。對于深度相同的基坑，使用鋼板樁支護，此結構存在的水平位移、彎矩軸力、支撐軸力等和SMW工法樁對比相對較大，對此，在深基坑小平面位置使用鋼板樁結構支護，在深基坑對環保要求較高的位置，利用SMW工法樁進行支護。2）SMW施工選取基坑深度8m的施工路段，設置SMW工法樁，并利用時空分析方法，完成基坑支護設計，使用φ850mm@600mm、長度16m的工法樁，保證其中水泥含量為23%，在其中設置間距為1.2m的型鋼。仍然采用609鋼管進行支撐，控制水平間距為3.5m。經過變形分析，基坑底部位置可能出現水平位移，因此需要加固坑底，控制側壁位移量，優化設計。在第2處水平支撐結構處存在最大彎矩，需要合理優化，下調第1處支撐，縮小2處支撐間距為4m。
2.5安全監測
地下管廊的施工具有綜合性特點，技術運用流程復雜，基坑施工狹長，面臨工況復雜。為確保施工安全，需要對基坑施工展開監測，防止施工過程對周圍建筑安全造成影響。同時，項目地質條件復雜，巖土結構穩定性不足，導致施工環節突發情況較多，利用監測手段，可實時呈現施工問題，一旦出現不合理變形情況，應及時控制，保證現場安全。該項目監測過程，對于圍護結構的水平位移以及豎直位移的測點布置，控制間距為20m，每條邊側點大于3處，管廊開挖各段設置1個測點以上。由于本項目的開挖寬度相對較小，基坑底部暴露的時間也相對較短，因此可不考慮基坑隆起方面的監測。在支撐軸力方面，可按照現場情況以及試驗結果，對管廊支護的軸力位置進行監測，需要注意過河段應在兩側分別設置軸力監測點，若過河段相對較長，可間隔20m設置1個監測點。對于深層土體的位移監測，鋼板樁位置，間隔25m設置1個測點，完成加固的路基一側，間隔50m設置1個測點，注意測點設置對稱進行。鋼板樁監測點設置要求如表1所示。工法樁支護結構中，地塊位置間隔50m設置監測點，以實時掌握支護墻體實際位移，可將工字鋼置于墻體內，觀測位移量。按照設計規范，測斜管需要設置在土體內部，保證其長度大于墻體深度，埋設在墻底5m以下位置，確保嵌入穩定。
3結語
市政項目的管廊基坑施工需要結合工程地理特點、水文信息等合理選取支護方案，規范施工流程，落實安全監測，保證基坑支護施工過程的安全性，高效完成項目建設。
參考文獻：
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作者：王建華 劉小偉 單位：中交城市投資控股有限公司