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摘要：通过对某高层公寓工程的实施，对地质条件和周边环境监测点的选择以及预防措施、施工动态控制等方面介绍了该基坑工程支护技术。
关键词：地下工程；基坑；支护；锚杆；腰梁；土钉墙；监测
中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：
1 工程概况
某建筑高层公寓为4 栋，地上18 层(1层为架空层)，地下l层，剪力墙结构，筏板基础，基础埋置深度7.60m。地下车库1层，总平面尺寸为205.50m×43.20m(含主楼面积)，环绕高层楼范围布置。基坑总平面如图1 所示。
图1 基坑总平面示意(单位: m)
2 水文地质条件
场地整体上较平整，地势由北向南微倾。地貌成因形态为剥蚀缓坡。地下水类型为基岩裂隙潜水。场地地质条件自上而下大致如下: ①杂填土厚0.40～2.70m，平均厚0.87m，松散，稍湿，以砂土为主，含少量建筑垃圾；为高压缩性欠固结土，应予以清除；②砂质黏性土黄褐色、可塑～硬塑状态，厚0.40～1.30m，平均厚0.91m；③全风化花岗片麻岩黄褐色，揭露层厚0.60～1.00m，平均层厚0.81m，属极软岩；④强风化花岗片麻岩揭露厚3.80～13.00m，黄褐色，属极软岩，岩体基本质量等级为V；⑤中风化花岗片麻岩个别钻孔揭露该层，揭露厚2.20～6.50m，黄褐色，为较软岩，岩体基本质量等级为V。
3 周边环境条件。
1) 东侧边坡拟建车库外墙距离东侧围墙仅有3.10m，东侧的混凝土路面及路面东侧的人行道无法保留，现有的几棵观赏性树木也要暂时移走。
2) 南侧边坡拟建车库外墙距离5 号楼北外墙9.60m、距離地面花砖的北侧2.10m。在保留现状草皮砖和绿化的前提下，再预留开挖后坡底的施工作业面，开挖空间仅有2.10m，接近于直立开挖。
3) 西侧边坡拟建车库外墙距离15号楼外墙9.40m，距离现状混凝土路面1.50m。因施工运输需要保留现状混凝土路面，并预留开挖后坡底的施工作业面，此处边坡无放坡空间，边坡直立开挖。
4) 北侧边坡拟建车库外墙距离北侧高压铁塔24.50m，距离东北角的砖房29.0m，北侧施工空间充足，可以满足自然放坡的要求。
4 支护设计
本工程基坑支护安全等级分段按一、二级考虑( 西侧、南侧支护段为一级，北侧及东侧支护段为二级)，基坑侧壁重要性系数各取1.1 和1.0，按临时性边坡考虑，基坑支护体系使用期限不应超过6个月。根据周边环境及地质情况，本着“安全可靠、经济合埋、技术可行、方便施工”的原则，经过细致分析、计算和方案比较，本基坑支护方案选择如下。
西侧、南侧边坡采用2 道预应力锚杆加腰梁进行支护，东侧边坡采用土钉墙支护体系，形成预应力锚杆加土钉形成的复合支护体系。北侧采用自然坡率法并结合坡面喷护处理。以西侧边坡为例，其立面与剖面如图2 所示。
图2 西侧边坡支护
本项目中坡顶附加荷载按≤30kPa 均布荷载考虑，设计中采用的主要结构构件情况如下: ①锚杆(土钉)机械成孔，注浆材料为纯水泥浆，强度不低于M20；②腰（助）梁 喷射混凝土工艺，截面300mm×300mm，主筋4C14，箍筋Φ6.5@200，在锚杆节点两侧各300mm范围内采用Φ6.5@100加密布设，混凝土保护层厚度为35mm；③面层MCI网喷工艺，厚度≥80mm，混凝土等级C20，坡顶上廷≥1.5m，网筋采用Φ6.5@200×200单层双向，加强筋水平向2C14、坚直向1C14，通长设置。
5 地下水控制
根据岩土层条件，本基坑工程采用坑内集水明排方案控制地下水，即在坑内设置明沟和集水井。在坡顶设置截水措施，防止雨水或地表水流入基坑内。坡面设置泄水孔，泄水孔纵横间距为1.5～5.0m，根据现场实际情况，坡面渗水量大时取小值。
6 施工动态控制
由于工程水文地质条件较为复杂并存在一定的不确定性，且基坑支护工程受诸多因素影响，故不安全状况很难完全避免。本工程按照基坑支护设计规程进行了设计，且经过专家论证，在开挖过程中也严格执行了分层分级开挖，但还是出现了坡顶地面裂缝、局部掉块和坍塌现象。
基坑北侧边坡出现坡顶地面裂缝。裂缝长度约8m，离坡顶线3.5～6.9m。经查看现场和分析，其主要原因为施工现场场地紧张，临时施工道路离基坑北侧边坡距离较近，坡顶受到施工重载机械、车辆等动荷载的影响，局部自然放坡坡度不足且个别位置为敷设地下管道后的回填土。处理方法为按照1∶1坡率削坡并对现有坡顶地面采用水泥进行硬化，裂缝处用水泥砂浆灌注，扩大围挡围护范围，坡顶3.0m 范围内严禁重载机械、车辆通行。
基坑南侧边坡出现局部滑塌掉块，约3m2。经支护专家现场查看滑移面，主要原因为基坑开挖过程中有页岩岩脉发育，因脉体结构面切割而产生，而支护结构未根据现场实际加密加强。处理方法为在原设计基础上加长锚杆长度，加密钢筋网，并在喷射护面混凝土时提高混凝土强度等级，在支护结构达到设计要求强度后再继续进行基坑开挖。
基坑东南角边坡出现局部坍塌，约4m2。经查看现场和分析，其主要原因为该部位存在地下暖气管道和污水管道，回填土层密实性较差，且污水管道渗漏和上层绿化草皮灌溉造成土层含水量变大进而自重变大，在尚未进行支护时发生坍塌。处理方法为修补渗漏污水管道，并采取措施保护暖气管道，适当控制施工期间的绿化灌溉，保证土层含水量符合施工要求后及时实施支护工程。
7 基坑监测和应急预案
7. 1 监测点位设置和预警值
根据本基坑工程不能自然放坡开挖而坡面较陡及土层的特点，和基坑周边近距离范围内存在已建居民楼的现状，在基坑西侧已建15 号楼和南侧已建5 号楼各设8个监测点，以监测其整体倾斜度和水平位移。倾斜度控制预警值为累计值达到2/1000或倾斜速率连续3d＞0.000 1H/d(H 为建筑承重结构高度)；水平位移控制预警值为累计值超过20mm 或变化速率超过2mm /d。另外，沿基坑四周设8 个监测点，以监测边坡水平位移、竖向位移和基坑周边地表竖向位移。边坡水平位移监测预警值为水平位移累计绝对值超过60mm 或大于基坑开挖深度h 的8‰或变化速率超过15mm/d 或连续3d的变化速率＞10mm/d；边坡竖向位移监测预警值为竖向位移累计绝对值超过60mm 或大于基坑开挖深度h 的8‰或变化速率超过8mm /d 或连续3d 的变化速率＞6mm/d；基坑周边地表竖向位移监测预警值为竖向位移累计绝对值超过60mm 或变化速率超过6mm/d 或连续3d 的变化速率＞4.2mm/d。
7. 2 应急预案
当监测值超过预警值时应立即停止开挖，并采取坡底堆载反压或坡顶卸载等措施。若个别构件出现断裂、松弛或拔出现象，为施工原因时，应在原设计位置周边进行补强；为设计原因时，应及时与设计单位联系。若施工现场不能保证连续供电，应配备发电机组，防止因断电不能持续排水导致地下水位升高产生安全隐患。
8 结语
本项目的基坑支护工程目前已完工并实施了回填，虽然存在坡顶地面裂缝等问题，但其原因为施工过程中管理不够严格和土层的复杂和不确定性，通过加强管理和信息化控制均能有效预防或避免。总体来说，在挖土及地下车库施工期间，基坑边坡和基底地面未发生较大异常和安全事故，临近建筑物、道路、管线等均未出现异常和裂缝损坏等，达到了支护预期效果。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：地下工程；基坑；支护；锚杆；腰梁；土钉墙；监测
中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：
1 工程概况
某建筑高层公寓为4 栋，地上18 层(1层为架空层)，地下l层，剪力墙结构，筏板基础，基础埋置深度7.60m。地下车库1层，总平面尺寸为205.50m×43.20m(含主楼面积)，环绕高层楼范围布置。基坑总平面如图1 所示。
图1 基坑总平面示意(单位: m)
2 水文地质条件
场地整体上较平整，地势由北向南微倾。地貌成因形态为剥蚀缓坡。地下水类型为基岩裂隙潜水。场地地质条件自上而下大致如下: ①杂填土厚0.40～2.70m，平均厚0.87m，松散，稍湿，以砂土为主，含少量建筑垃圾；为高压缩性欠固结土，应予以清除；②砂质黏性土黄褐色、可塑～硬塑状态，厚0.40～1.30m，平均厚0.91m；③全风化花岗片麻岩黄褐色，揭露层厚0.60～1.00m，平均层厚0.81m，属极软岩；④强风化花岗片麻岩揭露厚3.80～13.00m，黄褐色，属极软岩，岩体基本质量等级为V；⑤中风化花岗片麻岩个别钻孔揭露该层，揭露厚2.20～6.50m，黄褐色，为较软岩，岩体基本质量等级为V。
3 周边环境条件。
1) 东侧边坡拟建车库外墙距离东侧围墙仅有3.10m，东侧的混凝土路面及路面东侧的人行道无法保留，现有的几棵观赏性树木也要暂时移走。
2) 南侧边坡拟建车库外墙距离5 号楼北外墙9.60m、距離地面花砖的北侧2.10m。在保留现状草皮砖和绿化的前提下，再预留开挖后坡底的施工作业面，开挖空间仅有2.10m，接近于直立开挖。
3) 西侧边坡拟建车库外墙距离15号楼外墙9.40m，距离现状混凝土路面1.50m。因施工运输需要保留现状混凝土路面，并预留开挖后坡底的施工作业面，此处边坡无放坡空间，边坡直立开挖。
4) 北侧边坡拟建车库外墙距离北侧高压铁塔24.50m，距离东北角的砖房29.0m，北侧施工空间充足，可以满足自然放坡的要求。
4 支护设计
本工程基坑支护安全等级分段按一、二级考虑( 西侧、南侧支护段为一级，北侧及东侧支护段为二级)，基坑侧壁重要性系数各取1.1 和1.0，按临时性边坡考虑，基坑支护体系使用期限不应超过6个月。根据周边环境及地质情况，本着“安全可靠、经济合埋、技术可行、方便施工”的原则，经过细致分析、计算和方案比较，本基坑支护方案选择如下。
西侧、南侧边坡采用2 道预应力锚杆加腰梁进行支护，东侧边坡采用土钉墙支护体系，形成预应力锚杆加土钉形成的复合支护体系。北侧采用自然坡率法并结合坡面喷护处理。以西侧边坡为例，其立面与剖面如图2 所示。
图2 西侧边坡支护
本项目中坡顶附加荷载按≤30kPa 均布荷载考虑，设计中采用的主要结构构件情况如下: ①锚杆(土钉)机械成孔，注浆材料为纯水泥浆，强度不低于M20；②腰（助）梁 喷射混凝土工艺，截面300mm×300mm，主筋4C14，箍筋Φ6.5@200，在锚杆节点两侧各300mm范围内采用Φ6.5@100加密布设，混凝土保护层厚度为35mm；③面层MCI网喷工艺，厚度≥80mm，混凝土等级C20，坡顶上廷≥1.5m，网筋采用Φ6.5@200×200单层双向，加强筋水平向2C14、坚直向1C14，通长设置。
5 地下水控制
根据岩土层条件，本基坑工程采用坑内集水明排方案控制地下水，即在坑内设置明沟和集水井。在坡顶设置截水措施，防止雨水或地表水流入基坑内。坡面设置泄水孔，泄水孔纵横间距为1.5～5.0m，根据现场实际情况，坡面渗水量大时取小值。
6 施工动态控制
由于工程水文地质条件较为复杂并存在一定的不确定性，且基坑支护工程受诸多因素影响，故不安全状况很难完全避免。本工程按照基坑支护设计规程进行了设计，且经过专家论证，在开挖过程中也严格执行了分层分级开挖，但还是出现了坡顶地面裂缝、局部掉块和坍塌现象。
基坑北侧边坡出现坡顶地面裂缝。裂缝长度约8m，离坡顶线3.5～6.9m。经查看现场和分析，其主要原因为施工现场场地紧张，临时施工道路离基坑北侧边坡距离较近，坡顶受到施工重载机械、车辆等动荷载的影响，局部自然放坡坡度不足且个别位置为敷设地下管道后的回填土。处理方法为按照1∶1坡率削坡并对现有坡顶地面采用水泥进行硬化，裂缝处用水泥砂浆灌注，扩大围挡围护范围，坡顶3.0m 范围内严禁重载机械、车辆通行。
基坑南侧边坡出现局部滑塌掉块，约3m2。经支护专家现场查看滑移面，主要原因为基坑开挖过程中有页岩岩脉发育，因脉体结构面切割而产生，而支护结构未根据现场实际加密加强。处理方法为在原设计基础上加长锚杆长度，加密钢筋网，并在喷射护面混凝土时提高混凝土强度等级，在支护结构达到设计要求强度后再继续进行基坑开挖。
基坑东南角边坡出现局部坍塌，约4m2。经查看现场和分析，其主要原因为该部位存在地下暖气管道和污水管道，回填土层密实性较差，且污水管道渗漏和上层绿化草皮灌溉造成土层含水量变大进而自重变大，在尚未进行支护时发生坍塌。处理方法为修补渗漏污水管道，并采取措施保护暖气管道，适当控制施工期间的绿化灌溉，保证土层含水量符合施工要求后及时实施支护工程。
7 基坑监测和应急预案
7. 1 监测点位设置和预警值
根据本基坑工程不能自然放坡开挖而坡面较陡及土层的特点，和基坑周边近距离范围内存在已建居民楼的现状，在基坑西侧已建15 号楼和南侧已建5 号楼各设8个监测点，以监测其整体倾斜度和水平位移。倾斜度控制预警值为累计值达到2/1000或倾斜速率连续3d＞0.000 1H/d(H 为建筑承重结构高度)；水平位移控制预警值为累计值超过20mm 或变化速率超过2mm /d。另外，沿基坑四周设8 个监测点，以监测边坡水平位移、竖向位移和基坑周边地表竖向位移。边坡水平位移监测预警值为水平位移累计绝对值超过60mm 或大于基坑开挖深度h 的8‰或变化速率超过15mm/d 或连续3d的变化速率＞10mm/d；边坡竖向位移监测预警值为竖向位移累计绝对值超过60mm 或大于基坑开挖深度h 的8‰或变化速率超过8mm /d 或连续3d 的变化速率＞6mm/d；基坑周边地表竖向位移监测预警值为竖向位移累计绝对值超过60mm 或变化速率超过6mm/d 或连续3d 的变化速率＞4.2mm/d。
7. 2 应急预案
当监测值超过预警值时应立即停止开挖，并采取坡底堆载反压或坡顶卸载等措施。若个别构件出现断裂、松弛或拔出现象，为施工原因时，应在原设计位置周边进行补强；为设计原因时，应及时与设计单位联系。若施工现场不能保证连续供电，应配备发电机组，防止因断电不能持续排水导致地下水位升高产生安全隐患。
8 结语
本项目的基坑支护工程目前已完工并实施了回填，虽然存在坡顶地面裂缝等问题，但其原因为施工过程中管理不够严格和土层的复杂和不确定性，通过加强管理和信息化控制均能有效预防或避免。总体来说，在挖土及地下车库施工期间，基坑边坡和基底地面未发生较大异常和安全事故，临近建筑物、道路、管线等均未出现异常和裂缝损坏等，达到了支护预期效果。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。