城市大面积超深基坑的设计与施工

城市大面积超深基坑的设计与施工【摘要】在城市复杂环境中进行大面积的超深基坑开挖，容易造成周边的建筑物、地表及各种管线的变形，对周边环境的安全造成威胁。

本文论述了大面积超深基坑在设计上和施工上采的一系列措施，在实践中有效确保了基坑及周边环境的安全。

【关键词】开挖；变形；周边环境；
中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：
0. 引言
在城市复杂环境中进行大规模基坑开挖，围护结构变形逐步加大，建筑物基础底部土体及基坑、建筑物之间土体会发生蠕变；同时，地下水位下降会造成基坑周边土体孔隙率增加，这两种原因都会导致建筑物沉降或倾斜，如果建筑物不均匀沉降过大可能造成结构破坏，因此，在确保基坑本身的安全的前提下如何确保周边环境的安全成了城市地下工程的重点和难点[1]。

为尽量减小对周边环境的影响，本工程在设计上采用了桩+锚索的工艺，桩间设高压旋喷桩止水帷幕的设计方案；在施工上采取了分步分段开挖、锚索先行、预留反压土体、设置回灌井、注浆加固、信息化施工等措施，有效地减小了建筑物变形及路面沉降，把周边环境的影响降到了最小。

1. 工程概况
燕翔饭店改扩建项目位于北京市朝阳区将台路，项目总用地面
积2.27公顷，其中建设用地1.85公顷。

地块东北侧为将台路，东南侧紧临海润国际公寓，西南侧靠近丽都花园，西北侧正对丽都假日饭店。

本项目距离北京市中心（天安门）14公里，距首都机场17公里，周边集中了北京市的许多高档涉外公寓和饭店。

其中粤海国际公寓距离基坑边缘只有16m。

本工程基坑面积16500m2，开挖深度20m，属于大面积的超深基坑开挖。

地质情况：从上往下依次为：房渣土-碎石填土、粘质粉土-粉质粘土、细砂-中砂、粘质粉土-粉质粘土、粉质粘土、粉质粘土-粘质粉土、细砂-中砂、中砂-细砂。

地下水位在13m左右。

图1 燕翔饭店（改扩建）平面布置图
2．工程的重点和难点
本工程的周边环境复杂，在开挖过程中对土体的扰动及地下水位的降低均会对周边环境造成影响，因此如何在开挖过程中确保周边道路、既有管线及建筑物的正常使用是本工程的一个重点及难点。

同时，基坑属于大面积的超深基坑，如何确保基坑的安全是本工程的另一重点。

3．主要技术措施
3.1 围护结构形式的选择
综合考虑基坑周围现状建筑物、地下管线、市政道路、地质等情况，为了保证施工期间基坑内具备无水作业的条件和基坑的变形
控制的要求，在比较了地下桩、钻孔咬合桩、钻孔灌注桩等支护形式后，采用了工艺先进、安全可靠的地下钻孔灌注桩+锚索的支护方式，钻孔灌注桩施工方便快速，整体性好[2]，桩身强度高，能确保基坑安全。

3.2止水措施
为防止开挖过程中周边地下水位下降，在基坑周边要形成一个止水帷幕，止水帷幕由灌注桩和旋喷桩组成。

帷幕桩采用高压旋喷桩施工工艺，直径1000mm，桩顶自地表下卧6.0m，桩底深入基底以下2.0m。

大样图见图2。

止水帷幕形成后，坑内降水对周边影响降低，且可以保持坑内污水作业。

图2帷幕布置大样图
3.3分布分段开挖
基坑的开挖方式是造成基坑周边沉降的重要原因。

如采用大开挖的方式，造成的沉降过大。

采用分段、分层开挖的方式会有效减小基坑周边沉降。

燕翔饭店基坑共划分为六个区域，依次逐步开挖，做到对周边影响最小。

3.4锚索施工与土方配合
锚索支护这种方式比基坑内设置支撑的方式更容易变形。

由于土方开挖后桩受力变形，锚索与土体间会发生相对变形，这样有可能使桩变形增加。

考虑到以上原因，同时结合本工程实际，采用两
种方法相应减小这种效应。

第一，要按设计要求及时施做锚索，采取超张拉的形式，锚索张拉力是设计的1.1倍，然后等待一段时间，待土体与锚索变形相对稳定后，再向下开挖。

第二，由于是大面积开挖，容易造成周边地表下沉。

锚索施工前先开挖出锚索施工工作面，预留部分土体当做基坑底部反压（根据深度及面积决定预留高度），锚索施工完毕后，再开挖预留部分土体，此种开挖方法可以有效减小桩体变形，降低地表沉降及周边建筑物沉降。

见图3。

图3预留反压土体示意图
3.5设置回灌井
施工造成的地下水位下降是建筑物基础沉降的主要原因之一。

因此，在帷幕内实施降水施工的同时，要在建筑物与基坑之间设置回灌井，尽量保持外部环境的地下水位波动不大。

基坑井点降水井进行群优化设计，其目标函数是在保证基坑安全施工的前提下，使降水井数量及总排水量最小[3]。

3.6注浆加固建筑物基础土体
由于桩变形及建筑物基础底部土体颗粒孔隙水流失，造成建筑物沉降。

为及时补充土颗粒的流失，对基坑周边土体及建筑物基础底部采用袖阀管注浆。

开挖前对建筑物与基坑之间的土体进行注浆预加固，开挖时根据监测的信息，除对建筑物与基坑之间的土体进行注浆外，同时对建筑物基础底部土体进行注浆，控制建筑物基础
沉降。

3.7信息化施工
大面积超深基坑更有必要采用信息化施工。

要实现信息化施工，首要的任务就是做好监测工作，为信息化施工提供重要依据。

基坑的监测的监控量测已经成为基坑施工中重要一环[4]。

燕翔基坑工程现场监测除了锚索拉力、桩深层水平位移等常规项目外，主要监测基坑周边环境的变化。

包括地下水位、建筑物基础沉降、基坑周边土体沉降、深层土体深层位移等项目，为施工提供及时的反馈信息，达到信息化施工，同时作为设计与施工的重要补充手段。

4．实施效果
通过以上措施的实施，从基坑开挖至基础完成，距离基坑最近的粤海国际公寓基础最大沉降控制在1.2cm以内，下图为粤海国际公寓从开挖至结构完成基础的历时沉降曲线（c1、c2为近基坑监测点，c3、c4为远基坑监测点）。

见图4。

图4 粤海国际公寓基础沉降历时曲线图
参考文献：
[1] 李伟.明挖车站围护结构设计. 北方交通, 2009年第3
期,136-137
[2] 拓守盛.王育波.段云英.地铁车站明挖基坑内支撑技术.
西部探矿工程, 2005年第4期,103-104
[3] 刘志敏.徐云峰.许艳杰.基于目标函数法的基坑降水井群优化布置. 建井技术，2006年第4期,37-38
[4] 琚国全.明挖地铁车站深基坑施工监测方案设计研究. 铁道标准设计, 2008年第8期,107-109
作者简介：
作者：肖波，1969年生，吉林省吉林市人，本科毕业，毕业后从事建筑施工工作单位地址：中铁十六局集团北京工程有限公司。