新建實(shí)訓(xùn)樓基坑支護(hù)方案優(yōu)化探析

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［摘要］基坑支護(hù)體系及地下水控制方案的選擇與地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等因素密切相關(guān)。以北京水利水電學(xué)校新建實(shí)訓(xùn)樓工程為案例，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)、基坑深度、周邊環(huán)境及水文地質(zhì)條件，通過對(duì)施工工藝、可操作性等多方面進(jìn)行對(duì)比，選擇確定最合理的基坑支護(hù)方案和地下水控制方案，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、質(zhì)量可靠的目的。

［關(guān)鍵詞］基坑；支護(hù)體系；止水帷幕

基坑工程中，支護(hù)體系及降止水方案的選擇至關(guān)重要，稍有不慎即產(chǎn)生安全隱患，甚至?xí)韲?yán)重的安全事故。因此，施工方案要從多方位、多角度進(jìn)行篩選，以確保達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量效果。結(jié)合北京水利水電學(xué)校新建實(shí)訓(xùn)樓工程，從可行性、可操作性等方面對(duì)比施工工藝，選擇最合適的施工方案。

1項(xiàng)目概況

擬建工程位于北京市朝陽區(qū)，場地±0.000標(biāo)高為28.910m，自然地面標(biāo)高約28.500m。擬建建筑為地上11層框架結(jié)構(gòu)，建筑高度44.95m，設(shè)2層地下室，基礎(chǔ)埋深約9.00m，擬采用筏形基礎(chǔ)。項(xiàng)目場地狹小，周邊環(huán)境較復(fù)雜：距基坑周邊約2~6m、地下埋深約2m位置存在新改建環(huán)形燃?xì)?、地下水等管線，基坑北側(cè)距坑邊約6m位置有學(xué)校多功能廳，基坑南側(cè)距坑邊約7m位置存在舊民房，地下不明障礙物及管線較多。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，基坑施工期間涉及的土層自上而下順序分別為：人工堆積粘質(zhì)粉土素填土、粉質(zhì)粘土素填土①層及房渣土①1層，砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土②層，粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土②1層，粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土③層，重粉質(zhì)粘土、粘土③1層，砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土③2層，粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土④層，粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土④1層，細(xì)砂、粉砂⑤層，粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土⑥層，粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土⑥1層。根據(jù)勘察報(bào)告，勘察深度范圍內(nèi)實(shí)測到3層地下水。各層地下水水位情況及類型見表1。

2項(xiàng)目分析

2.1項(xiàng)目重點(diǎn)

（1）項(xiàng)目位于北京水利水電學(xué)校內(nèi)，建成后將作為集辦公、教學(xué)等多功能為一體的綜合樓，其將成為學(xué)校內(nèi)最高樓和代表性建筑，具有重要的政治地位和歷史意義。（2）項(xiàng)目施工期間，學(xué)校處于正常上課階段，施工過程中學(xué)校的正常教學(xué)將受到影響，特別是師生的人身安全問題需要高度重視，要采取合理的措施予以保證。（3）基坑支護(hù)項(xiàng)目施工期間，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求非常嚴(yán)格，要充分做好環(huán)保工作，不能給學(xué)校帶來不利的影響。（4）項(xiàng)目作為北京水利水電學(xué)校代表性建筑，一定要嚴(yán)格執(zhí)行國家安全標(biāo)準(zhǔn)，保質(zhì)保量地完成工程。

2.2項(xiàng)目難點(diǎn)

（1）項(xiàng)目位于北京水利水電學(xué)校內(nèi)部，校內(nèi)學(xué)生和老師人流密集，再加上現(xiàn)場施工人員較多，很容易造成校內(nèi)秩序混亂，給現(xiàn)場施工布置和安全帶來一定的安全隱患，所以人員的安全控制是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。（2）擬建項(xiàng)目周邊環(huán)境復(fù)雜，周圍存在很多已有建筑群，如圖1所示。在基坑支護(hù)項(xiàng)目開始施工到基坑土方回填期間，如何保證這些已有建筑不產(chǎn)生裂縫、傾斜和坍塌是特別需要關(guān)注的問題。（3）距擬建建筑周邊約2~6m、地下2m處存在電纜、地下水管網(wǎng)等管線，施工期間行走大型車輛等，一定要保證這些管線的安全，不影響學(xué)校的正常生活。（4）基坑支護(hù)項(xiàng)目施工初期，經(jīng)歷雨季，需做好充分的施工準(zhǔn)備，減少降水對(duì)施工帶來的不利影響。（5）施工場地狹小，鋼筋加工場、水泥棚等臨時(shí)設(shè)施，現(xiàn)場平面布置困難，現(xiàn)場空間有限，而施工工藝較多，工序繁雜，各工藝流程的施工組織較困難。（6）根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，地表以下3m左右見地下水，坑底約1.5m存在承壓水，基坑開挖范圍內(nèi)土層主要為粉土類。降水或止水效果的好壞直接影響本工程基坑支護(hù)體系的安全與穩(wěn)定。（7）本工程施工工序多，施工人員及施工機(jī)械設(shè)備多，材料用量大，必須加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的檢查和控制，確保施工質(zhì)量。（8）本項(xiàng)目施工設(shè)備、人員較多，安全隱患及危險(xiǎn)源多，必須加強(qiáng)對(duì)安全、文明施工的檢查和控制，確保安全文明施工。（9）受場地限制，現(xiàn)場土方施工馬道預(yù)留困難，且施工場地面積較小，后期各種鉆機(jī)需采用起重機(jī)吊走。

3處理方案比選

結(jié)合北京地區(qū)工程施工經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、基坑深度、周邊環(huán)境及水文地質(zhì)條件等，基坑支護(hù)常采用以下4種處理方法。（1）土釘墻或復(fù)合土釘墻支護(hù)。（2）樁錨結(jié)構(gòu)體系支護(hù)。（3）擋墻+樁錨結(jié)構(gòu)體系支護(hù)。（4）土釘墻或復(fù)合土釘墻+樁錨結(jié)構(gòu)體系支護(hù)。基坑地下水控制常采用大管井降水和止水帷幕。

3.1支護(hù)方案選擇

（1）當(dāng)采用土釘墻或復(fù)合土釘墻時(shí)往往需要較大的放坡處理[1]。由于本工程位于學(xué)校內(nèi)部，場地十分有限，而且基坑周邊管線密集布置，故不予以選擇。（2）對(duì)于擋墻+樁錨結(jié)構(gòu)體系，其適用于空間有限的場地，但擋墻需要人工砌筑，施工速度緩慢且造價(jià)較高，故不予以選擇。（3）對(duì)于土釘墻或復(fù)合土釘墻+樁錨結(jié)構(gòu)體系，常規(guī)情況下其高度約6~9m，但需要放坡占用一定的空間，另外對(duì)于本工程約10m深的基坑，如果墻體高度太小的話，再做土釘墻增加了一道施工工序，對(duì)工期有一定的影響，故不予以選擇。（4）對(duì)于樁錨結(jié)構(gòu)體系支護(hù)[2]，即在地面直接施工護(hù)坡樁，隨土方開挖再施工預(yù)應(yīng)力錨桿。本工程基坑深度約10m，護(hù)坡樁長度一般在20m內(nèi)，對(duì)各護(hù)坡樁施工機(jī)械來說，其施工效率是最高的。通過排除法，建議采用樁錨結(jié)構(gòu)體系。

3.2地下水控制方案選擇

地下水控制方面，采用止水帷幕時(shí)往往能達(dá)到良好的效果，但通常存在著費(fèi)用高的問題；當(dāng)采用降水方案時(shí)，費(fèi)用會(huì)相對(duì)較少。大管井對(duì)止水帷幕方案費(fèi)用與降水時(shí)抽取地下水量所需費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下。（1）大管井降水方案技術(shù)不可行。按照北京市住建委與北京市水務(wù)局聯(lián)合發(fā)布的《北京市建筑工程施工降水管理方法》（京建科教〔2007〕1158號(hào)）和《北京市建筑工程施工降水管理辦法實(shí)施細(xì)則》（京建科教〔2008〕92號(hào)），采用降水方案在技術(shù)上須具備以下條件：基底位于砂卵石含水層水位之下，且該含水層中基底以下5m之內(nèi)無適當(dāng)?shù)母羲畬印?duì)本工程，基坑深度約10m，結(jié)合巖土工程勘察報(bào)告，基底位于粉質(zhì)粘土④層中，故不滿足降水技術(shù)的條件。（2）大管井降水方案經(jīng)濟(jì)不可行。根據(jù)《北京市建筑工程施工降水管理辦法實(shí)施細(xì)則》（京建科教〔2008〕92號(hào)），滿足下列條件可判定為經(jīng)濟(jì)不合理：帷幕隔水增加的工程造價(jià)（T）與減少抽水總量（Qz）的比值（M）大于50元/m3，即：M=（T1–T2）/Qz＞50元/m3。當(dāng)采用止水帷幕方案時(shí)，帷幕造價(jià)估算：T1=1076784元當(dāng)采用大管井降水方案時(shí)，造價(jià)估算：T2=158205元抽水量Qz估算：Qz=βQd=27254.73m3則：M=（T1–T2）/Qz=33.7<50元/m3。故不滿足經(jīng)濟(jì)可行條件。（3）周邊類似項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)周邊地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)采用大管井降水方案時(shí)，往往降水效果極差，基坑內(nèi)存在大量積水以致影響工程施工。另外在采取降水方案后，降水效果在粉土類土層中效果極差，降水不當(dāng)時(shí)容易發(fā)生基坑坍塌。由于本項(xiàng)目位于學(xué)校內(nèi)部，且周邊存在正使用的教學(xué)樓和地下管線等，從安全的角度考慮，建議不采取大管井降水方案。（4）基坑及周邊建筑安全。當(dāng)采用大管井降水方案時(shí)，土層內(nèi)水分流失，土中原來被自由水占據(jù)的空間將形成空洞，進(jìn)而土體沿垂直基坑方向產(chǎn)生不均勻壓縮變形，由于周邊存在教學(xué)樓和地下管線等，容易使其產(chǎn)生傾斜和裂縫，帶來安全隱患。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，本基坑內(nèi)第2層地下水位承壓水，如果降水效果不理想，可能會(huì)發(fā)生管涌現(xiàn)象（根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在粉土類土層中降水效果往往不理想），致使施工受影響，從而帶來安全問題和處理管涌的附加費(fèi)用。

4結(jié)束語

經(jīng)過方案的對(duì)比分析，建議基坑支護(hù)采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，地下水控制采用止水帷幕。采用此方案進(jìn)行基坑施工，效果良好，基坑水平變形量基本控制字在10mm內(nèi)，沉降量則基本控制在5mm內(nèi)，滿足地下結(jié)構(gòu)施工所需及周邊環(huán)境要求，目前項(xiàng)目運(yùn)行狀況良好。

參考文獻(xiàn)

[1]余挺.建筑工程中深基坑支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用[J]綠色環(huán)保建材，2019（3）：141，144.

[2]李杰.建筑工程施工中深基坑支護(hù)的施工技術(shù)[J].建材與裝飾，2019（7）：3–4.

作者:劉晨 單位:北京水利水電學(xué)校