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1、浙江省建设厅科研推广应用项目基于节约资源与可持续发展的基坑支护体系工 作 及 研 究 报 告浙江省建筑设计研究院2009年10月目 录第一部分：总报告第二部分：工作与研究报告第一章 概述第二章 可重复利用的基坑支护体系（SMW工法、钢支撑）第三章 与主体结构相结合的基坑围护措施第四章 复杂地层的基坑支护技术第五章 基坑开挖的环境保护研究第三部分：附件 1、已发表的论文 2、用户意见 3、查新报告第二部分 工作与研究报告第一章 概述1.1 地下空间的开发利用现状随着我国社会的发展和城市化进程的加快，地下空间的开发力度日益增大。为解决日益突出的停车问题，需建设大量地下停车库；为解决交通问题，需建设
2、地铁和隧道；我国人口多，土地资源相对比较匮乏，因此地下空间的开发利用不断向深而大的方向发展。以杭州为例，目前单体基坑的平面面积已超过10万平米，如杭州西湖文化广场工程，基坑平面面积约15万平米；基坑最大的开挖深度已接近30m，如杭州地铁1号线江南风井的开挖深度达到29m，火车东站及武林广场站也达到28m，在民用建筑基坑中，杭州黄龙饭店设置了四层地下室，开挖深度达到20m。基坑所处的环境条件也越来越复杂。特别是在城市市区，基坑边往往存在既有建筑物、道路、管线设施（包括市政、电力、煤气等等管线），如基坑失稳或变形过大，将造成后果严重的环境灾害，如周边建筑物沉降、倾斜、开裂甚至倒塌，道路下沉、开裂，
3、管线破裂等等。这样的工程事故很多，如杭州地铁湘湖站北二基坑倒塌后造成21人死亡、风情大道全部瘫痪的特大事故；广东珠海祖国大厦基坑坍塌致使周边住宅倒塌；上海地铁四号线风井基坑事故致使地面建筑塌陷、周边管线破坏、江水倒灌。因此，基坑工程的安全得到了各方面越来越多的关注，安全问题是“重中之重”。在漫长的地质演化及人类建设过程中，形成了不少复杂的地质条件。如在杭州不少区域，地下存在年代久远的旧河堤、江堤、驳坎、抛石等地下障碍物，涉及的土层厚度大者超过10m，埋深甚至达到20m，如杭州钱江新城，在第二长途通讯枢纽大楼至圣奥大厦沿线，地表下522m左右存在较厚的古钱塘江江堤；在旧城区，地基浅层存在深厚的杂
4、填土，其成分包括旧基础、枯井、木桩等等；一些现代建筑拆除后，其原有的地下室、工程桩或围护结构成为新建工程的地下障碍物，如浙江广发大厦，其场地原为延安饭店，工程桩包括沉管灌注桩及预制方桩，这些旧桩给广发大厦围护结构及工程桩施工带来了很大难度；广厦邮政项目在围护结构施工前发现邻近华鸿科技创业大楼基坑围护的土钉已伸入到其建设场地，不预先清除土钉无法进行围护桩及工程桩的施工。1.2常用的基坑支护形式及存在的问题基坑支护形式的选取需要考虑的主要因素包括：基坑开挖深度、地质条件、场地条件及环境保护要求等等，常用的基坑围护形式有放坡、土钉墙、复合土钉墙、重力式挡墙、桩墙式支护结构、组合支护结构等等。放坡开挖
5、在开挖深度浅、环境及土质条件较好的基坑工程应用广泛，在杭州粉土地基上的应用最大开挖深度已达11m，但软土地基上成功应用的开挖深度一般不超过5m。优点：1、 施工简单、建设工期快；2、 成本低；3、 地下室施工完成后如注意填料的选择，不会形成地下障碍物。缺点：1、 需要较大的建设场地；2、 适用的开挖深度较浅；3、 在软土地基上基坑变形控制较难。土钉墙或复合土钉墙在放坡开挖的基础上通过增设土钉、竖向加强体等措施，改善边坡土体的性质，提高其地基承载力，增加边坡的稳定和变形控制能力，应用范围在技术上较放坡开挖更广。但土钉伸入到坑外，形成永久的地下障碍物，可能会影响后续工程的施工，而且土钉如超越用地红
6、线，还需得到相关部门的同意和协调好与周边的关系。由于土钉墙对基坑土方开挖的要求较为严格，在软土地基上，当开挖深度较深、土钉竖向道数较多时，施工常常因为土方开挖难度大而出现违规现象，从而容易引发工程事故。因此，在软土地基上土钉墙的适用开挖深度一般不超过5m，复合土钉墙的适用开挖深度一般不超过7m。重力式挡墙一般由多排水泥搅拌桩或高压旋喷桩组成，通过边坡土体加固措施，使边坡的稳定得到保证，基坑变形满足要求。其主要优点是施工简单，土方开挖方便；但同时存在围护体占地面积大、对较深基坑变形控制效果不好的缺点。桩墙式支护结构的应用最为广泛。常用的围护桩型包括沉管灌注桩、钻孔灌注桩等等；内支撑常用的为钢筋混
7、凝土内支撑，有条件时也采用预应力锚杆（索）代替内支撑。目前工程中应用桩墙式支护结构的主要问题如下：1、 部分围护桩型施工过程存在较大的环境影响，如沉管灌注桩施工时存在震动及挤土效应。2、 围护桩在围护功能结束后不能重复利用，形成地下障碍物。3、 钢筋混凝土内支撑施工工期长，拆除困难，且拆除后成为建筑垃圾，不能重复利用。基坑平面尺寸较大时，这个问题更加突出。4、 采用预应力锚杆（索）时，应注意基坑的变形控制效果、环境保护及锚杆（索）形成地下障碍物、超越红线的问题实际工程中采取的围护措施常常是以上各种形式的组合。1.3本课题的研究方向及研究成果我国人口众多，人均土地面积小、资源紧张，虽然近年来我国
8、的经济有了迅猛的发展，但与发达国家相比，单位GDP的资源消耗量很高。因此，国家一直倡导“节约资源、环保和可持续发展”的发展理念。在基坑工程常用的各种围护方法中，这方面的问题主要表现如下：1、 材料的不可重复利用在目前的基坑工程中，钢筋混凝土钻孔灌注桩和钢筋混凝土内支撑量大面广，应用最为广泛。但基坑工程完成后，钻孔灌注桩的使命已经完成，一般情况下不会再次利用，而混凝土内支撑需要拆除，拆除后成为建筑垃圾，需另行处理；拆除过程中，还存在噪音、粉尘，对周边环境有一定影响。2、 部分施工工艺存在严重的材料浪费现象如软土地基上的三重管高压旋喷桩，不少工程实践表明，在成桩过程中，不少水泥浆液从桩孔溢出，形成
9、废浆，某工程现场统计表明，近3050%的水泥浆溢出后成为废浆，现场需准备较大的废浆池，并需要考虑废浆外运。3、 基坑围护工作结束后，围护体成为地下障碍物，影响了后续工程的进行。与围护桩相比，土钉、锚杆、锚索等的影响更为突出。有些土钉伸入到市政道路之下，市政管线顶管施工时，遇到土钉而无法进行下去；有些土钉伸入到邻近建设工地，造成邻近围护桩及工程桩施工困难。针对实际工程中存在的问题，结合工程实例，本项目主要开展了如下研究：1、 针对浙江地区的地质特点及施工水平，从节约资源角度，研发新的支护体系。型钢水泥土墙和钢结构支撑是建设部一直在大力推广应用的基坑支护技术，由于浙江地区地质的复杂性，传统的SMW
10、工法设计理论及施工方法在应用中存在不少问题，也出现过一些工程事故，影响了该工法在浙江的推广应用。本项目结合了浙江的地质特点，通过试验和实践，提出了一套完整的设计计算理论和施工方法。2、 对平面尺寸超大的深基坑工程，开展与主体结构相结合的围护技术研究研究内容主要包括两部分，（1）、是开展地下连续墙的应用研究，将地下连续墙同时作为地下室外墙，即“二墙合一”；（2）、对平面尺寸超大的工程，利用主体结构楼板作为施工过程的支撑系统，包括逆作法和中心岛。3、 地基中存在复杂地下障碍物时，支护体系的优化处理结合工程实例，研究针对不同类型的地下障碍物采取了针对性处理手段。4、 复杂环境条件下的基坑支护措施 为
11、保证基坑周边既有建筑物、道路及地下管线的安全，基坑变形需要得到严格控制。结合工程实例，介绍了环境保护的具体技术措施。第二章 可重复利用的基坑支护体系2.1 SMW工法2.1.1前言SMW工法是近年来建设部一直在大力推广的基坑支护技术。它是通过在连续搭接的三轴水泥搅拌桩中插入H型钢，形成集挡土与止水于一体的围护结构，地下室施工完成后，将H型钢从水泥搅拌桩中拔出，达到回收和再次利用的目的。与传统的围护形式相比，该工法具有如下一些特点：1、 节材。由于围护功能完成后型钢可以拔出，供下一个工程使用，与钢筋混凝土灌注桩或地下连续墙相比，节省了大量钢筋。2、 节地。由于是在三轴水泥搅拌桩内插入型钢，SMW
12、挡墙同时具备了挡土与止水的功能，围护体的占地面积较小。以一个开挖深度6m的普通基坑为例，如采用传统的桩墙式支护结构，围护体由0.6m直径钻孔灌注桩和0.6m直径水泥搅拌桩止水帷幕组成，宽度1.2m；而采用SMW工法后，采用0.65m直径三轴水泥搅拌桩内插500300H型钢，围护体宽度仅0.65m。另外，三轴水泥搅拌桩设备的钻杆移动灵活，成桩施工时对场地的适应性强，一般情况下，围护体与既有建筑物或设施的距离只要大于1m就可施工，为场地条件比较紧张情况下的基坑围护提供了一个比较理想的解决方案。3、 环保。施工时噪音低，无泥浆污染及扬尘，对周边环境的干扰小。4、 施工速度快。三轴水泥搅拌桩施工的同时
13、，型钢插入跟进，围护体相应形成，工序衔接紧密。围护桩施工工期一般较常规的排桩围护形式节省一半以上。5、 可持续发展。由于型钢拔除后，留在地基中的围护体仅为水泥搅拌桩，与钢筋混凝土钻孔灌注桩相比，这类障碍物易于清除，对后续工程的施工影响小。该工法在上世纪70年代首先在日本应用成功，据统计，至1993年时，日本国内的基坑工程中SMW工法占各种工法的50%左右；在台湾、欧洲，SMW工法的应用也最为广泛。我国在上世纪90年代开始开展这方面的研究和试点工作，并在上海、天津等地区逐步得到应用，但在浙江省的应用起步较晚。由于浙江地区的地质情况比较复杂，既有深厚的高压缩性软土，也有渗透性能强、压缩性低的砂性土
14、，SMW在前期试点应用过程中出现过一些问题，如2003年建设的杭州西湖隧道工程，在深厚的西湖淤泥中采用SMW工法，曾产生多次坍塌事故。这些问题影响了SMW工法在浙江的推广应用。为解决SMW工法在浙江地区典型地层中的应用问题，促进该工法在浙江的推广应用，使我省基坑围护技术往“节地、节材、环保、可持续发展”方向发展，2006年，以我院和杭州大通建筑工程有限公司为主体，成立了“浙江地区型钢水泥土墙的设计计算方法与施工技术研究”课题研究小组，该项目被列入杭州市建委2007年科研计划，经过2年多的研究，取得了丰富的研究成果，研究成果在2008年5月通过了浙江省建设厅组织的专家验收，验收结论认为本项目的研
15、究成果达到国内领先水平。2.1.2项目研究内容在现有的SMW工法设计计算理论中，尚有不少问题需要进一步解决，比如：1、型钢与水泥土的共同作用机理。2、SMW挡墙在开挖过程的防渗止水功能的定量要求，如抗裂弯矩的确定、裂缝大小的要求等等。3、不同土层条件下水泥土与型钢的界面摩阻力大小。SMW工法施工程序为：首先施工水泥搅拌桩，水泥搅拌桩施工结束后，立即插入型钢，完成挡墙的施工，基坑开挖结束且土体回填后，拔除型钢。该工法在实际应用中尚有如下一些问题需要解决：1、在复杂地层条件下，水泥搅拌桩的施工质量控制。常规的搅拌桩机械在遇到强度较高的粉砂、粘土、碎石土等时，钻进困难，搅拌不均匀，导致搅拌桩成桩效果
16、差，型钢下放困难，影响到SMW挡墙的整体效果。因此，施工设备及施工工艺的改进是关键；2、在强渗透性地层中，地下水位高且水位变化大的情况下，水泥浆液有流失现象，导致成桩不均匀，帷幕不连续、不封闭，影响到基坑的止水效果；3、水泥土强度较高时，型钢的回收技术；本项目的研究内容主要是针对以上所提及的SMW工法在国内以及杭州地区设计与施工中存在的实际问题，主要取得了如下研究成果：1、结合工程测试资料，对不同土层条件下，水泥土的成型、强度等进行了分析、研究和总结，对型钢水泥土墙在侧压力作用下的受力机理进行了分析，在此基础上提出了针对浙江地区的SMW工法设计计算理论；2、结合浙江地区各种典型土层条件中搅拌桩
17、的施工情况，提出了针对不同地层的搅拌桩施工机械、施工工艺的要求；3、对型钢回收技术进行了研究；4、提出SMW工法的质量控制措施；5、进行了10多项工程的设计与施工，对本项目的研究成果进行了验证。以上研究成果已公开发表学术论文两篇，编制了浙江省省级工法一本。2.1.3研究成果的应用情况本项目的研究成果首先于2006年在湖州凤凰污水处理厂两个地下水池项目中得到应用。该项目原设计采用钻孔灌注桩加混凝土内支撑支护方案，预算造价约150万；采用SMW工法后，基坑的稳定及变形均得到有效的控制，成功地解决了地下室的围护问题，且最终围护造价控制在80万之内，工期也大大节省。该工程的成功为SMW工法在浙江的推广
18、应用积累了宝贵的工程经验，具有非常重要的指导意义。在杭州，SMW工法首先在软土地基的基坑工程中试点应用，其中杭州留下商贸大厦工程设两层地下室，采用一排850直径三轴水泥搅拌桩内插700300H型钢结合两道钢结构支撑的围护方案，解决了两个主要技术难题：1、 SMW工法进入强风化岩层；2、 在距离一幢既有5层办公楼仅1m的情况下完成了SMW工法的施工，且该建筑物成功地得到保护。杭州运河宾馆工程位于深厚软土地基上，设两层地下室，采用SMW工法成功地保护了周边浅基础住宅楼的安全；杭州天际大厦、金盾大厦工程也均为两层地下室，成功地解决SMW工法进入深厚碎石土的技术难题。在渗透性能较强的粉性土地基上，SM
19、W工法首先于2007年在杭州东杭大厦得到应用。东杭大厦设两层地下室，采用一排850直径三轴水泥搅拌桩内插700300H型钢结合一道混凝土内支撑的围护方案，该项目解决了两个主要技术难题：1、 深厚粉土地基上的水泥土隔渗性能保证措施；2、 高强度水泥土中型钢的起拔回收。东杭大厦的成功促进了三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕在粉性土地基中的应用。目前，在杭州粉性土地基的基坑工程中，三轴水泥搅拌桩由于其止水效果好、价格低等因素已作为首选的止水帷幕，取代了传统的高压旋喷桩，应用最深的基坑开挖深度达18.5m（杭州华润新鸿基钱江新城综合项目）。SMW工法在粉性土地基中应用的最大开挖深度达16m（庆春路过江隧道江北
20、明挖段）。到目前位置，已成功完成SMW工法项目近30只，其中包括杭州地铁、庆春路过江隧道等省市重大工程。试点过程中，在得到很多成功的经验同时，也在应用中发现了不少问题。如西斗门研发基地的基坑角部局部坍塌，潮王村安置房基坑变形过大，信雅达基坑工程渗漏等等。这些反面的教训使SMW工法在浙江的应用技术更加成熟，在此后的工程实践中，基坑的安全得到了保证，取得了预期的效果，创造了显著的社会效益和经济效益。目前我省各设计单位已逐渐接受认可了SMW工法，已有近10家施工单位掌握了SMW工法的一般施工技术，SMW工法在工程中的应用日渐普遍。除杭州外，湖州、宁波、台州等地也正在推广应用该工法。为确保SMW工法的
21、设计与施工质量，目前SMW工法的浙江省技术标准正在编制，本项目的研究成果将充分体现在省标中。2.2 钢结构支撑目前国内外常用的支撑材料主要是钢筋混凝土及型钢。型钢支撑具有如下一些优点： 1、钢支撑安装拆除方便、施工速度快，且无需养护，缩短了整个基坑的施工工期；2、可回收再次利用，节约了资源；3、可通过施加预应力措施，控制围护结构的侧向变位，保护环境；4、施工现场整洁、施工过程噪音小，环保效果好。因为上述优点，在日本、欧美等发达国家，钢支撑的应用非常广泛。我国的型钢支撑只局限应用于市政项目，如管道沟槽的开挖、地铁车站的建设等等。在民用建筑基坑中，钢筋混凝土内支撑的应用最为广泛，钢支撑只在平面尺寸
22、小、开挖深度浅的简单基坑工程中偶尔得到一些应用，其原因主要如下：1、混凝土支撑施工技术成熟，质量可靠；2、混凝土可根据基坑的形状灵活布置，在满足支撑功能的基础上，可以留设较大的挖土空间；3、钢支撑的施工经验缺乏、现场焊接的节点质量难以保证；4、为满足有效的支撑要求，钢支撑的布置一般较为密集，土方开挖的难度很大，现有的挖土机械及挖土工艺严重滞后，致使超挖、支撑不及时现象经常发生，形成安全隐患。部分工程因此出事后，影响了钢支撑的推广应用；5、型钢租赁单位相对较少，采用钢支撑的直接经济优势不大。从节约资源、提高功效的角度出发，钢支撑的应用是未来的趋势。特别是采用SMW工法后，配套采用钢支撑更加能体现
23、其技术和经济优势。为止，我院在2006年开始开展SMW工法研究的同时，也在积极推广和发展钢支撑，迄今为止，钢支撑已在十余项大型工程中得到应用。根据本地区的特点，为改进传统钢支撑的做法，在安全基础上充分发挥钢支撑的优势，主要做了如下工作：1、 支撑主要构件规格标准化。如钢管普遍采用609直径，H型钢普遍采用H700300、H500300；尽量统一规格，方便设计和租赁；2、 支撑杆件的连接节点标准化。支撑系统由支撑杆件、标准节点在现场拼装而成，设计时尽量避免非标节点，减少现场焊接量；3、 支撑与围檩、围檩与围护体的连接节点标准化；4、 支撑平面布置时，预先考虑土方的开挖方式，通过留设必要的操作空间
24、、设置施工栈桥或加强局部支撑，满足土方开挖的要求；5、 注意各施工工况中支撑系统的整体受力性能评估，根据评估结果对关键部位重点加强或采取临时加固措施；6、 根据实际支撑的平面和竖向布置，分析土方超挖的施工可能性，预先调整设计或加强对施工的管理要求；7、 结合监控要求，提出完整可行的应急预案。以上措施采取后，钢支撑在试点工程中应用的整体效果较好，但同时还存在如下一些通病：1、压顶梁制作。压顶梁是第一道支撑的受力点，承受第一道支撑的预应力，设计通过在压顶梁中设置预埋件来解决钢管支撑的局部压应力。现场工程实际施工中，出现压顶梁断面尺寸偏小，压顶梁平整度不够的问题，有些工程在安装钢支撑一侧的压顶梁侧面
25、，有波浪线存在，影响支撑预应力施加的效果；2、钢支撑安装。典型问题是钢支撑和压顶梁预埋件未完全连接，部分构件的端头表面和压顶梁之间存在缝隙。施加预应力后，很大一部分应力被接头处的变形消耗，没有真正发挥预应力的作用。同时由于钢管端部节点未完全与压顶梁紧密相接，使得压顶梁的局部受力面积大大减小，局部压应力增大，甚至出现压顶梁牛腿压坏现象，影响工程的安全。钢围檩一般采用双拼H型钢，预制成型，相对较为平整。但是工程中常常发现如下问题：（1）、钢支撑的受力点、以及围檩跨中位置，出现不焊接围檩加劲肋的现象。（2）、钢管支撑间的连接型钢以及八角撑等的焊缝长度和宽度不满足要求，受力杆件和钢管支撑间未加设钢垫板
26、，八角撑压顶梁的连接不到位等。（3）、围檩内侧的H型钢没有设置连接缀板，型钢拼接处没有焊接或通过缀板相接，造成围檩整体性较差。这些缺陷均给工程安全带来了较大隐患。3、钢结构构件的循环使用质量。个别工程在使用旧钢管前，未对钢管进行校正工作，钢管端面不平整，有较大程度的翘曲，影响了支撑系统的整体受力性能。4、土方超挖，支撑设置滞后，施工工况不符合设计工况。以上问题需要在以后的工作中进一步解决。综合考虑国内外钢支撑应用的特点以及我国目前在钢支撑应用中存在的主要问题，土方开挖技术的提高是钢支撑能否大量推广应用的关键。土方开发技术的提高包括如下几个方面：1、土方开挖的整体理念。传统的挖土方法是挖机及运土
27、车下坑后通过坡道运输，但钢支撑往往布置密集，对一道支撑的基坑可以考虑，但对两道以上内支撑的基坑，这种挖土方法的安全隐患很大，此时通过栈桥结合垂直运输土方的开挖方式较为合适；2、施工机具的改进。通过大型吊车、长臂挖机、土方垂直运输的相关设备等提高土方开挖的效率，使栈桥结合垂直运输土方的开挖方式成为可能；3、施工工况应严格与设计要求一致。（图2.2-1图2.2-2为现场钢支撑施工图）图2.2-1杭州留下商贸大厦工程图2.2-2 临平南苑发展大厦2.3 工程实例完成的部分型钢水泥土搅拌墙及钢支撑实例见表2.3-1：表2.3-1 完成的主要基坑概况一览表工程名称地点土质条件开挖深度围护体系完成状况备注
28、凤凰污水处理厂湖州淤泥质粘土7 mSMW工法加一道钢支撑体系项目竣工运河宾馆杭州淤泥质粘土10.9 mSMW工法加二道钢支撑体系基坑完成金盾大厦杭州淤泥质粘土8.6 mSMW工法加二道钢支撑体系基坑完成四堡污水处理厂杭州砂质粉土1213.5 mSMW工法加三道钢支撑体系项目竣工天际大厦杭州淤泥质粘土9.511mSMW工法加二道钢支撑体系项目竣工南苑发展大厦临平砂质粉土7.8 mSMW工法加一道钢支撑体系项目竣工东杭大厦杭州砂质粉土11.5 mSMW工法加混凝土支撑基坑完成大华西溪风情综合楼杭州粉质粘土4.35mSMW工法加一道钢支撑基坑完成丁桥新城广场杭州淤泥质粉质粘土7.85mSMW工法加一
29、道钢或砼支撑基坑完成华润新鸿基项目杭州砂质粉土1118.5 m三轴水泥搅拌桩基坑完成止水帷幕信雅达杭州砂质粉土1416 m三轴水泥搅拌桩基坑完成止水帷幕万银大厦杭州砂质粉土11 mSMW工法加斜向支撑结合土钉墙基坑完成泛海建设杭州砂质粉土11 mSMW工法加斜向支撑基坑完成三立时代广场杭州软土10 mSMW工法加一道混凝土支撑基坑完成恒丰大厦宁波软土912mSMW工法加二道钢支撑体系基坑完成镜湖时代绍兴软土56 mSMW工法加一道钢支撑体系基坑完成爱山广场湖州粉土、软土612 mSMW工法加一道或两道混凝土体系基坑完成【实例2.3-1】 运河宾馆工程一、工程概况浙江宏鼎工贸集团有限公司兴建的运
30、河宾馆位于杭州市拱墅区拱宸桥东的拱西小区，在金华路和舟山路交叉口的金华路东侧。总用地面积10446m2，总建筑面积47310 m2，其中地上面积35330 m2，地下面积 11980 m2。工程采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，大直径钻孔灌注桩基础。运河宾馆的0.000标高相当于黄海高程4.500m，基坑平面呈长方形，平面尺寸约150m56m，占地面积约8350 m2。根据岩土勘察报告，其自然地坪绝对标高约在4.000m左右，即相对标高-0.500m。运河宾馆为两层地下室，局部一层地下室。地下一层楼面标高为-3.95m。地下二层底板厚度为600mm，地下一层底板厚度为500mm（地下室四周外墙下均
31、无地梁），垫层厚度为300mm，不同区域的垫层底标高分别为-4.75、-9.00、-9.90、-11.400m，因此本工程不同区域相应的开挖深度分别为4.25m、8.5m、9.4m、10.9m。基坑底落在3-1号淤泥质粉质粘性土上。图2.3-1 运河宾馆总平面图根据浙江省标准建筑基坑工程技术规程的规定和周围环境的特点，本基坑工程属一级基坑工程，相应基坑工程安全等级的重要性系数r1.1。二、工程地质条件根据运河宾馆岩土工程勘察报告。勘探深度范围内地层可分为7工程地质层，细分为17地质亚层，现将与基坑支护设计有关的地基土层的分布摘录如下：第1层填土层包括2个亚层：1-1层 填土：以砖瓦、碎石夹粉性
32、土组成，含建筑垃圾，表层大都分布薄层混凝土基础和砖基础，全场分布，层厚0.72.90m；1-2层 素填土：层分以砂质粉土为主，含少量碎石、碎砖、局部缺失，厚度一般为0.401.90m。2层 砂质粉土夹粘质粉土，中等压缩性土，层厚0.42.0m；3-1层 淤泥质粉质粘土，流塑，属高压缩性土，全场分布，层厚5.507.80m；3-2层 淤泥质粉质粘土，流塑，属高压缩性土，全场分布，层厚4.706.10m；5-1层 淤泥质粉质粘土：流塑，局部夹薄层粉土，属高压缩性土，全场分布，层厚9.8016.20m；5-2层 粉质粘土，软塑，属中等偏高压缩性土层，全场分布，厚度0.703.40m。基坑开挖面大部分
33、位于3层淤泥，该土层厚度大，为高压缩性、高含水量的土体，强度底。基坑支护设计所涉及主要土层的物理力学性质指标详见表2.3-1。表2.3-1 场区各土层物理力学性质指标表土类层号含水量（%）重度（kn/ m 3）天然孔隙比渗透系数Kh(cm/s)固结快剪（峰值）C(kPa)(度)素填土1230.518.70.892（5）(10)砂质粉土夹粉质粘土230.918.40.8885.0E-04520淤泥质粉质粘土3-140.617.91.1326.0E-071510淤泥质粉质粘土3-244.717.51.2528.5E-07149淤泥质粉质粘土5-141.417.71.1804.0E-071611粉质
34、粘土5-228.118.50.8952.0E-061917注：括号内参数为经验值。场地浅部地下水为孔隙潜水，含水介质主要为第1-2层素填土和第2层砂质粉土夹粉质粘土，含水量较小，地层透水性差，主要受大气降水补给，水位随季节性及气候变化，勘察期间在钻孔内测得其埋深在地表下0.9501.70m。基护设计建议水位埋深0.50m。三、周围环境分析运河宾馆施工期间，场地较为平整，其西、南两侧为道路，东侧有楼房等建筑物，北侧为空地。基坑场地较为狭窄，南侧和西北侧与用地红线的距离均不到1米，西侧与用地红线的最小距离为3.00米，东侧离红线的距离约在4.8米左右。基坑的南面、西面、埋有煤气干线（埋深1.2米）
35、和雨水管（埋深1.5米），离基坑的最小距离为6.2米左右。基坑的东南侧为新昌新村的三幢六层砖混住宅，墙下条形基础，离基坑最近的距离为14.5米；基坑东北侧10米开外为二三层砖混建筑，浅基础；基坑东北角有一二层建筑，浅基础，离基坑最近距离为1.9米，该建筑要求在基坑施工前予以拆除；北侧为规划中台州街步行街及过街地道，待建，现为空地；西侧为运河广场，离基坑均在23米以外；基坑南面23.米远的地方有一幢十一层的住宅，桩基础。四、基坑围护方案1、特点分析综合分析场地地理位置、土质条件、基坑开挖深度及周围环境等多种因素，该基坑具有如下几个特点：（1）、场地土质差。基坑开挖深度及其影响范围内主要为填土和淤
36、泥质粉质粘土，基坑开挖面位于3-1层淤泥质粉质粘土，该层厚约25米，含水量大，压缩性高，透水性差，物理力学指标低，对基坑的稳定，变形控制和挖土施工均有较大影响。（2）、基坑平面尺寸大，相应基坑的空间效应比较小，围护体的最大变形更加接近平面问题的计算结果，相应的对围护结构的变形控制要求比较严格。（3）、基坑的开挖深度复杂，东面为地下二层，西面为地下一层，使得基坑土压力东西不对称。（4）、基坑周边环境复杂，场地紧张，除北面外，周围有大量的浅基础老建筑物和道路、市政管线等设施。以上的工程特点对基坑的稳定和变形控制提出了较高要求，要求围护体不能占用太多场地。2、 围护方案确定在确保基础和地下室施工安全
37、的前提下，根据“安全可靠、技术先进、经济合理、方便施工”的原则，为方便施工，加快工程进度，降低工程造价，对各种围护措施进行了比较，从本基坑工程的基坑规模、开挖深度、地质条件及周边环境来看，带撑桩墙式支护结构比较适合本工程。经过综合分析，确定采用SMW工法加钢支撑方案（典型剖面见图2.3-2），具体如下：图2.3-2 围护典型剖面（1）、东侧地下二层较深处采用SMW工法三轴水泥搅拌桩3F850600，内插7003001324型钢作为围护结构，根据基坑开挖深度的不同以及周边环境条件，型钢采用不同的插入深度，和隔一插一（1200）和隔一插二（750）两种平面布置形式。（2）、其余地下一层部分以及坑内
38、地下一层与地下二层高差处采用SMW工法三轴水泥搅拌桩3F650450，内插5003001318型钢作为围护结构，型钢采用隔一插一（900）形式，并根据基坑开挖深度的不同以及周边环境条件，采用不同的插入深度。（3）、为进一步增强基坑稳定性，控制变形，地下二层较深部分以及基坑内“阳角”处采用了水泥搅拌桩进行被动区加固。坑内电梯井局部深坑采用水泥搅拌桩重力式挡墙进行支护。（4）、支撑采用钢结构支撑系统。结合基坑的平面形状，设计采用了对撑结合角撑的支撑平面形式。对撑以四根F60916钢管作为一组，每组间距约12米；角撑根据跨度采用双拼或单根F60916钢管。第一道支撑局部角撑为挖土方便，采用了混凝土支
39、撑。这样支撑系统的受力明确、合理，又可留出一定的挖土空间，并且节省了围护施工工期。第一道支撑顶标高定在-1.50，并利用压顶梁作为支撑围檩，压顶梁采用混凝土梁。第二道支撑围檩采用双拼H型钢，支撑顶标高定在-6.00。支撑平面布置和标高的确定主要考虑控制围护体的变形，减少围护体内力，并考虑挖土施工的方便、及不影响地下室主体结构施工。五、监测内容及应急要求现场监测对于深大基坑的土方开挖和地下室施工是必不可少的重要环节，可确保周边道路、建筑物、构筑物和地下管线的绝对安全。工程进行了围护体沿深度的侧向位移、支撑轴力、竖向立柱、地下水位以及周围环境的监测，后者包括周围建筑物、道路的路面沉降、裂缝的产生与
40、发展，地下管线设施的沉降等。其中沿金华路、浅基础厂房和新昌新村侧，分别布置了4各测点，以对浅基础房子侧和道路侧的基坑施工进行实时监控，另两侧各自布置了两个测点。围护体最大侧向位移控制值为3.0cm和4.0cm；支撑轴力控制值：第一道支撑钢管支撑3000kN，混凝土支撑3500KN；第二道支撑4000KN；竖向立柱的垂直位移和侧移，竖向立柱的垂直位移控制值为5mm，侧移控制值为5mm。六、基坑施工及监测数据分析工程于2006年4月进行围护桩施工，现已施工完成。基坑与2006年10月初进行土方开挖，于2007年元月挖至坑底，2007年4月施工至0.00。在基坑的整个施工过程中，地下一层部分的监测点
41、变位均较小，如CX1、CX2、CX6、CX7、CX8，其最大水平变位的最大值才20mm；地下二层部分的监测点变位较大，如CX9、CX10、CX11、CX12，最大水平变位值分别为30.4mm、30.9mm、62.5mm和91.6mm；地下一层部分临深坑位置较近处的监测点，如CX4、CX5、CX6，变位值不仅小，甚至还出现负值，最大水平变位值在9 mm-24mm。各个监测点的变位详见图6.3。究其原因，地下一层部位基坑开挖深度浅，累积变形小，相对而言，水平变位值小。地下二层开挖深度深，施工周期长，累积变形大，基坑暴露时间长，因而总的位移量均超出30mm；但是地下二层部位的所有变位当中，CX11和
42、CX12点的变位突出，分别是CX9和CX10的二倍甚至三倍。根据总平面图，CX11点恰好位于局部深坑附近，局部深坑的开挖深度比地下二层深度深2m，且局部深坑距离围护结构边仅约12m，而CX9 和CX10距离局部深坑远，因此CX11点的变位比CX9 、CX10大。CX12点距离局部深坑比CX11点远，距离地下一层基坑近，开挖深度相对浅，但变位值却比CX11增加了50。这主要是该处施工违反常规操作所致。因现场北侧为空地，其余三侧均没有出土空间，故基坑出土口设于基坑北侧。CX12即位于基坑东北角的深坑处，当基坑挖至第二道支撑底标高，施工CX12点附近的钢管角撑时，该范围部分超挖。并且施工单位为施工方
43、便，省去二次修筑出土坡道的工序，即没有挖除当时的出土坡道，该范围的围檩无法施工，使得角撑部位的型钢围檩没有完全贯通，在没有任何加强措施的情况下进行角部范围支撑以下的土方开挖，导致该号点变位急剧增加，尽管以后采取了回填土方等措施，CX12点仍持续增加，最大值超过90mm。另外，CX4、CX5、CX6点位于CX10、CX11、CX12点的对侧，虽邻近地下一层，但距深坑的距离也比较近，可变位值却比CX10、CX11、CX12点小得多，甚至出现负值。经分析，该处设置了二道钢管对撑，东侧（即CX10、CX11、CX12处）开挖深度深，设置了二道支撑，其中第二道支撑的一端顶在基坑内部地下二层的压顶梁上；西
44、侧（即CX4、CX5、CX6处）只有一道钢管撑，该道钢管撑即是东侧的第一道支撑。对撑形式传力直接，当开挖至地下一层深度时，东西两侧开挖深度相当，受力均匀，因此两侧的变位相近；当开挖至地下二层深度时，东侧虽有两道支撑，但因开挖深度深，第一道支撑所受土压力逐渐加大，西侧因只有地下一层的开挖深度，相对而言，支撑所受土压力不变，使得东西两侧土压力不均衡，导致基坑产生漂移，整体向受力较小的一方移动。当西侧土压力由主动土压力向被动土压力转变，位移由正值转为负值，土压力不断增大，直至和东侧的主动土压力平衡。这是CX4、CX5、CX6点位移出现负值和相对较小的主要原因；同时也和钢管对撑轴力传递路线明确、直接，
45、能较清晰地反映东西两侧的变位和土压力状态有关。 图2.3-3监测变位图七、H型钢的起拔和回收本工程型钢的起拔和回收分成两部分，即深坑和周边围护结构型钢的起拔和回收。深坑的型钢回收利用存在两个不利因素：1、深坑底板浇筑完成，达到设计强度后，拆除第二道钢管支撑。此时底板面和深坑压顶梁的高差为3.35m和4.25m。由于此时地下二层的墙板和地下一层的底板应同时浇筑，型钢必须此刻回收，否则将被埋在地下一层底板之下而无法回收利用。但是拔除型钢后深坑围护结构成为纯水泥土结构，相对而言，深坑围护结构的安全性降低。2、由于上面还有第一道支撑存在，型钢的起拔量受到很大限制，型钢起拔过程中碰到上面的障碍物，如第一
46、道支撑时，须人为切割，造成材料的浪费。同时深坑距离周边地表距离远，场地狭小，给起拔吊机的安置带来较大的难度。设计时经反复推敲，设计采用被动区加固以及顶部设置传力带等措施，较好的考虑了型钢起拔时工况，实际起拔深坑围护结构的型钢时，除地下一层底板垫层出现少许裂缝，无其它异常情况出现，取得了成功。型钢的起拔力为： 5003001318型钢，用于深坑处的围护结构，型钢约12m长，起拔力在15002000KN范围内；7003001324型钢，用于周边围护结构，型钢约24m长，起拔力在2500KN范围内。八、基坑现场照片图2.3-4基坑现场挖土至坑底图2.3-5基坑现场挖土至坑底照片【实例2.3-2】 东杭大厦一、工程概况东杭大厦由浙江东杭控股集团有限公司投资建设，位于杭州市钱江新城，城星路以西（见图2.3-6总平面图）。地下室平面形状大致为矩形，尺寸约为84m60m。主楼25层，裙房4层，框架剪力墙结构，桩基础，工程桩为钻孔灌注桩。建筑物下设两层半地下室，设计0.000相当于绝对标高7.380，自然地坪标高取周边道路标高6.980，即相对标高-0.400；基础底板垫层底的相对标高为-11.700，由于地下室周边地梁底与基础底板底齐平，
