深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的信息化管理

1、    深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的信息化管理    摘要：深基坑施工過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工方法的選擇是深基坑成敗最為重要的技術(shù)問題，也是基坑安全及控制成本的決定因素。本文以某深基坑為例，介紹了信息化管理及支護(hù)方案設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化。關(guān)鍵詞：深基坑；支護(hù)；設(shè)計(jì)與施工；信息管理；優(yōu)化一、概述深基坑的設(shè)計(jì)與施工，通常要考慮的技術(shù)問題：地質(zhì)與水文情況；支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇；止水問題（如地下水位較多）；基坑降水（如地下水位高于基坑底面）；土方的開挖與出土；基坑施工過程中的監(jiān)測(cè)與監(jiān)控（信息化施工）等等。基坑工程是地基與基礎(chǔ)工程中投資多、風(fēng)險(xiǎn)大、難度大的關(guān)鍵性工程項(xiàng)目，設(shè)

2、計(jì)與施工工程中必須加強(qiáng)信息化管理，如監(jiān)測(cè)監(jiān)控、優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工方案等等。本文重點(diǎn)探討深基坑工程支護(hù)方案設(shè)計(jì)與施工的優(yōu)化。二、工程實(shí)例（一）案例背景某深基坑支護(hù)工程，工程±0.00標(biāo)高相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高48.45m，主樓及裙房下基礎(chǔ)墊層底標(biāo)高均為-20.30m，絕對(duì)高為28.15m，場(chǎng)地標(biāo)高48.5649.23m，平均約+0.4m，設(shè)計(jì)基坑開挖深度平均約20.7m，設(shè)計(jì)基坑使用年限為1年?；犹攸c(diǎn)：規(guī)模大，南北長(zhǎng)約165m，東西寬約5666m，基坑周長(zhǎng)約為510m，面積約10000；開挖深度深，達(dá)20.7m；基坑周邊場(chǎng)地緊湊，其中西側(cè)、北側(cè)及東側(cè)緊貼紅線，南側(cè)與已有建筑相距離約4m，周邊無施

3、工現(xiàn)場(chǎng)；基坑周邊環(huán)境復(fù)雜敏感，臨近燃?xì)夤芫€、道路及已有建筑；擬建項(xiàng)目為大型公建，地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主體結(jié)構(gòu)外側(cè)設(shè)有多條汽車坡道，坡道基底標(biāo)高與主體結(jié)構(gòu)基底標(biāo)高高差較大，從020.7m不等。地下結(jié)構(gòu)輪廓線與周邊圍擋、道路及建筑物位置關(guān)系如圖一。1.基坑支護(hù)深度范圍內(nèi)土層參數(shù)（表一）本工程基坑深度范圍內(nèi)土層主要有房渣土1層、粉土填土層、粉質(zhì)黏土層、細(xì)砂層、卵石層、卵石層等。2.水文地質(zhì)條件根據(jù)地勘報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際量測(cè)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)有一層地下水，為潛水，靜止水位較高為25.1925.42m，水位埋深為23.3023.90m，位于基底以下約3m深度，含水層巖性主要為卵石層、細(xì)砂層、粉質(zhì)黏土1層和卵石層，透水性較好

4、。同時(shí)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)存在局部上層滯水，埋深約614m。3.基坑周邊環(huán)境條件基坑?xùn)|側(cè)：距東側(cè)結(jié)構(gòu)約3.9m外為現(xiàn)有圍墻，圍墻外為一條約4m寬?cǎi)R路，車流量不大。距北段結(jié)構(gòu)17m外為5層磚混結(jié)構(gòu)住宅，筏板基礎(chǔ)，埋深約5m；南段結(jié)構(gòu)25m外為20層剪力墻磚混結(jié)構(gòu)住宅，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深8m，基坑邊坡采用土釘墻支護(hù)?；?xùn)|側(cè)距離結(jié)構(gòu)外皮1.6m位置埋設(shè)有一條燃?xì)夤芫€，燃?xì)夤艿捉^對(duì)標(biāo)高約為46.85m，影響護(hù)坡樁施工?；幽蟼?cè)：基坑南側(cè)14m外為正在施工的鍋爐房，埋深11.5m，采用樁錨支護(hù)，樁長(zhǎng)16m，錨桿一道，長(zhǎng)度23m；基坑西側(cè)：西側(cè)二期結(jié)構(gòu)邊線距離紅線約為3.6m，北墻外為約6m寬北營(yíng)房北街道路，車流量

5、較大，再往北約10m為一座6層磚混結(jié)構(gòu)住宅，條形基礎(chǔ)，埋深約2.0m。（二）事件過程描述業(yè)主已委托有資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位完成基坑支護(hù)方案初步設(shè)計(jì)，將基坑支護(hù)工程分成兩期施工，一期主要為主體結(jié)構(gòu)部分，二期主要為西側(cè)4號(hào)坡道部分，一、二期分開施工。一期主要采用“上部2.3m磚砌擋土墻+護(hù)坡樁+三道預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)”方案，護(hù)坡樁長(zhǎng)度923m不等，護(hù)坡樁直徑為800mm，間距1.6m，共計(jì)342根，護(hù)坡樁樁頂位于地面以下2.3m，樁長(zhǎng)23m，嵌固深度為5m，樁底低于潛水水位2m，設(shè)計(jì)要求護(hù)坡樁采用機(jī)械成孔作業(yè)。二期采用“上部2.3m磚砌擋土墻+護(hù)坡樁+12道預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)”方案，護(hù)坡樁長(zhǎng)度13.519m不等，

6、護(hù)坡樁直徑為800mm，間距1.6m，共計(jì)80根。設(shè)計(jì)要求二期4號(hào)坡道施工時(shí)，其東側(cè)與主樓外墻之間的土方，按照坡道深度同時(shí)挖除。2.施工中遇到的問題（1）實(shí)際地質(zhì)情況與地勘報(bào)告不完全相符本工程于2011年2月28日開工，施工單位進(jìn)場(chǎng)后采用旋挖鉆機(jī)濕作業(yè)工藝選取了兩根護(hù)坡樁進(jìn)行機(jī)械試鉆，試樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)均為23m，施工至約19m深繼續(xù)鉆進(jìn)均出現(xiàn)進(jìn)尺困難。根據(jù)地勘報(bào)告描述，卵石層、卵石層一般粒徑24m，而實(shí)際據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁過程中鉆具攜帶上來的卵石反映，粒徑大于4cm以上的卵石含量遠(yuǎn)超過20%，很大一部分超過了10cm，部分卵石甚至超過20cm，最大過23cm，導(dǎo)致無法達(dá)到原初步設(shè)計(jì)護(hù)坡樁樁長(zhǎng)?？紤]到直徑8

7、00mm的旋挖鉆機(jī)鉆頭進(jìn)料口尺寸為30cm×40cm，鉆進(jìn)25cm及以上粒徑的卵石進(jìn)料困難；同時(shí)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)管線復(fù)雜，護(hù)坡樁距離設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及已有燃?xì)夤芫€較近，機(jī)械成孔容易出現(xiàn)意外事故，且樁身垂直度難以保證，影響結(jié)構(gòu)施工；另外，場(chǎng)區(qū)周邊對(duì)文明施工及環(huán)保要求較高，而機(jī)械成孔噪聲較大，且泥漿污染嚴(yán)重。綜合而言，本場(chǎng)區(qū)不適宜采用機(jī)械成孔。經(jīng)建設(shè)方、監(jiān)理、專家及施工方共同商討，現(xiàn)場(chǎng)選取了兩根護(hù)坡樁（設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)23m）進(jìn)行人工挖孔試樁（如圖三所示），以全面了解本場(chǎng)區(qū)地層情況及地下水情況，掌握人工成孔的可能性。人工挖孔均挖至21m深度時(shí)遇地下水（挖樁作業(yè)面為-2.3m），無法繼續(xù)開挖，深度未達(dá)到原設(shè)計(jì)要求

8、，與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)相差2m?？紤]到在含水層中繼續(xù)人工挖孔施工難度大，且危險(xiǎn)性高，采用人工挖孔樁工藝施工護(hù)坡樁，取代原機(jī)械成孔，樁底嵌固按照3m考慮（原設(shè)計(jì)為5m），依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況通過調(diào)整預(yù)應(yīng)力錨桿來彌補(bǔ)嵌固的減少，以解決邊坡的安全性問題。（2）分兩期施工不合理原設(shè)計(jì)將整個(gè)基坑分為一期主體結(jié)構(gòu)與二期4號(hào)坡道分開施工存在以下兩個(gè)問題：一是二期施工時(shí)需截除一期已施工的護(hù)坡樁，截除長(zhǎng)度從3.718m不等，共計(jì)涉及約70根樁，造成了巨大浪費(fèi)，且增加了人挖樁施工的風(fēng)險(xiǎn)。二是二期4號(hào)坡道較窄，最窄處約為7m寬，而開挖深度約11m深，若單獨(dú)施工也將面臨挖土困難的問題。因此，原初步設(shè)計(jì)關(guān)于一、二期分期施工的可行性及

9、經(jīng)濟(jì)合理性方面考慮欠佳，可進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)方案。（三）關(guān)鍵措施優(yōu)化調(diào)整后的支護(hù)結(jié)構(gòu)因地制宜，較原初步設(shè)計(jì)更加有針對(duì)性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.原設(shè)計(jì)樁底位于地下潛水位以下的護(hù)坡樁，嵌固減少至潛水水面（實(shí)際嵌固3m），增加一道預(yù)應(yīng)力錨桿來彌嵌固不足，保證支護(hù)安全。2.原設(shè)計(jì)未考慮結(jié)構(gòu)外坡道較主體結(jié)構(gòu)開挖深度小的影響，外坡道位置均按挖至主體結(jié)構(gòu)深度即20.7m考慮，造成大方量超挖，同時(shí)增加了支護(hù)費(fèi)用。3.對(duì)一、二期交接部位的護(hù)坡樁按照二期4號(hào)坡道坡度降低了樁頂標(biāo)高，避免了后期截樁，減少了一期人工挖孔工作量及錨桿工作量，避免了不必要的危險(xiǎn)，大大節(jié)省了支護(hù)費(fèi)用。同時(shí)也避免了二期較窄引起的后期挖土困難

10、問題，加快了施工進(jìn)度。4.考慮采用人挖樁護(hù)坡樁間距由原來的1.6m調(diào)整為1.7m，實(shí)際樁數(shù)減少至369根，較原樁數(shù)減少了53根，大大節(jié)省了支護(hù)費(fèi)用，降低了成樁風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化后的深基坑支護(hù)工程平面圖，如圖四所示。（四）結(jié)果狀態(tài)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，有針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)方案優(yōu)化并通過專家論證，保證了本工程的順利推進(jìn)。工程施工過程中施工單位嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，保證了工程順利通過竣工驗(yàn)收。根據(jù)長(zhǎng)期位移觀測(cè)，證實(shí)優(yōu)化后基坑支護(hù)體系穩(wěn)定可靠，同時(shí)，本工程支護(hù)系亦通過了冬季及雨季檢驗(yàn)，工程質(zhì)量良好。優(yōu)化設(shè)計(jì)具有良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)效益。以本工程為例，僅此一項(xiàng)可節(jié)省工程造價(jià)約200萬元。其次，相比于坡道內(nèi)側(cè)護(hù)坡樁樁頂標(biāo)高不隨坡道標(biāo)高變化，因地制宜的降低樁頂標(biāo)高，可避免后期截樁，減少建筑垃圾，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。三、結(jié)束語(yǔ)近年來由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及對(duì)外開放的需要，高層及大型建筑不斷涌現(xiàn)，相應(yīng)的基礎(chǔ)不斷加深、支護(hù)深度也就不斷加深，特別是現(xiàn)在大多數(shù)城市進(jìn)入了大規(guī)模的舊城改造階段，在繁華的市區(qū)內(nèi)進(jìn)行深基坑開挖，周邊環(huán)境復(fù)雜、影響因素多，場(chǎng)地內(nèi)存在許多不可預(yù)見的情況，給支護(hù)工程施工帶來一定的影響。建議在制定基坑支