深基坑开挖与支护技术在工程中的应用

深基坑开挖与支护技术在工程中的应用摘要：基坑分为放坡和支护开挖两大类、目前在城市建设中，由于受周边环境条件所限，支护开挖为主要形式.支护开挖包括围护结构、支撑系统、土体开挖、基坑加固、工程监侧和环境保护等一般将开挖深度超过6m的基坑称深基坑。

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中图分类号：tu473 文献标识码：tu 文章编号：1009-914x （2012）26-0119-01

近年来深基坑工程数量急剧增加，技术上也有了很大的进步。大量的工程实践积累了丰富的深基坑工程设计施工经验，各地编写的相应规范条文也陆续出台。但随着城市建设的发展，关于深基坑围护结构及支撑体系的选择、深基坑加固设计理论和方法等一系列问题尚需进一步研究。

1 工程概况

1.1 地理位置及工程规模

某车站长度为254.4m，宽度为21.4～31.6m，总占地面积15000㎡。车站结构型式为地下两层（局部三层）双柱三跨钢筋混凝土矩形框架结构。车站底板埋深平均约19m，最深处达25m。车站采用明挖法施工，主体围护结构采用φ1200mm，钻孔桩+φ600mm，旋喷桩进行支护和止水，采用直径ф=600mm，厚度δ=16 mm的圆钢管做为内支撑系统，标准段基坑竖向设4道钢支撑，局部竖向设5道。

1.2 水文地质条件

该车站所在地区为台地，地形起伏较大，地面高程为69.58～83.25m。车站范围内的地下水主要表现为上层孔隙水和基岩裂隙水。孔隙水主要赋存在第四系砂层、粘性土及残积层中，砂层地下水略具承压性。基岩裂隙水主要赋存在花岗岩强～中等风化层中，略具承压性。

1.3 基坑安全等级

车站为于高档住宅小区附近，地处交通繁华地带，对环境及安全要求严格，本工程基坑的安全等级为一级，车站主体结构的基坑变形保护等级为一级。

2 开挖支护理论体系

2.1 开挖支护“时空效应”理论

基坑开挖遵循“时空效应”理论，采用分层、分段挖土，并且先分层后分段开挖，按照“开槽支撑、随撑随挖、分层开挖、严禁超挖”的原则施工。按照“时空效应”理论，确定施工参数，以保证：1）减少开挖过程中的土体扰动范围，最大限度减少基坑周围土体位移量；2）在每一步开挖及支撑的工况下，基坑中已施加的部分支撑围护体系及开挖纵向坡度得以保持稳定，并控制坑周土体位移量；3）有计划的进行现场工程监测，将监测数据与预测值相比较，判断施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数。

2.2 “时空效应”理论的应用

本工程根据“时空效应”理论和有关规范的要求，对基坑围护

和开挖过程进行了认真分析，明确了以严格控制基坑变形，保持基坑稳定为首要目的；以严格控制土体开挖卸载后无支撑暴露时间为主要施工参数；采用加固地基、适当降水提高土体抗剪强度和注意做好基坑排水等综合措施，达到控制基坑周边地层位移，保护环境，安全施工的目的。

3 基坑支护方式

由于本基坑地下水位较高，且深度大，受场地限制，无法设置锚索和土钉，所以采用多支点混合支护结构，即围护桩悬臂结构与内支撑相结合组成的支护体系，内支撑采用组合式钢支撑。组合式钢支撑具有截面灵活可变、加工方便，可在各种地质情况和复杂周边环境下使用，施工速度快、可拆卸重复利用、节省投资，可施加预应力、支撑形式多样等特点。所以本基坑支护采用直径φ=600mm 壁厚δ=16mm 的组合钢管支撑系统。基坑内标准段设四道钢支撑，盾构吊出区设五道钢支撑，并施加预应力。

4 基坑开挖方式

本基坑土方开挖采用挖掘机分台阶“接力棒”倒运，装载机配合，自卸车外运的方式。开挖机械采用液压反铲挖掘机，“两大四小”即两台220 型和四台 60 型挖掘机相结合的方式，辅以推土机和装载机等设备，弃土运输则以自卸汽车为主。

5 开挖与支护

根据“时空效应”理论，基坑土方开挖与支护遵循“竖向分层、纵向分段、平面分区、对称平衡、先支后挖”的原则进行。

5.1 分层分段开挖

根据本工程基坑规模、几何尺寸、围护结构及支撑结构体系布置等工程特点，选择分层、分步、对称开挖和先支撑后开挖的施工顺序，并确定各工序的时限，按照支撑布置，第一层土方开挖深度3.0m，长度 6m，按约 1：3 放坡，标准段土方量约为 350m3；第二层土方开挖深度 5.3m，长度6m，按约 1：3 放坡，标准段土方量约为 700 m3；第三层土方开挖深度5.66m，长度 12m，按约 1：3 放坡，标准段土方量约为 750 m3；第四层土方开挖深度 3.5m，长度 6m，按约 1：3 放坡，标准段土方量约为m3。

5.2 开挖顺序

1）基坑开挖工程根据临时钢管支撑的分布情况及反铲挖掘机的性能，采用三至四台反铲挖掘机接力开挖的方式，根据开挖深度和支撑层数的变化适当调整台阶层数。

2）冠梁顶部需要放坡段，自地面分段放坡开挖，地面以下 3.0m 范围直接采用反铲装入自卸汽车运至指定点。

3）每个台阶各设一台反铲挖掘机同时开挖，土方接力挖到运输便道的自卸汽车上。

4）坑底挖土至自卸汽车的过程为：第一台反铲置于底部台阶，挖掘最底层土体，挖土甩放在底层台阶后部，由上层台阶反铲接力，直至顶层台阶，然后由最上层反铲负责装车。由于底层台阶反铲工作受基坑钢管支撑制约，可根据反铲卸土工作净高，选择小型反铲挖机。

5）分层分段对称进行土方开挖，基坑两侧预留三角土护坡，每层台阶的长度，根据机械开挖作业要求，控制在 5m 左右。

6）基坑最后端头剩余土体无法利用台阶接力式开挖的，采取长臂挖掘机配合基坑上部大型吊车垂直运输的方式进行土方开挖施工。

5.3 支撑安装

1）钢支撑安装

每根支撑预拼到设计长度，采用龙门吊与汽车吊配合的方式整体起吊摆放在支撑牛腿上，钢支撑整体吊装到位后用千斤顶施加预应力，达到设计轴力之后，在活络端插入钢楔块。预应力分步施加，第1次施加50%～80%；通过检查螺栓、螺帽，无异常情况后，施加第2次预应力，达到设计值。施工时，因支撑横向跨度大（>20m），在基坑中间增设格构柱，以减小钢支撑长细比，增加稳定性。配合监测单位做好轴力计的安装和监测工作。

2）钢支撑施工技术措施

千斤顶预加轴力要求分级加载，所有支撑连接处均应垫紧贴密，防止钢支撑偏心受压。钢支撑拆除时应分级释放轴力，避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。利用主体结构换支撑时，主体结构顶板、中板或底板混凝土强度必须达到设计强度。施工时加强监测，对基坑回弹导致格构柱竖向支撑位移所产生的横向支撑竖向挠曲变形在接近允许值时，及时采取措施，防止支撑挠曲变形过大。支撑体系中底板混凝土垫层的作用不容忽视，基坑开挖