大跨度中介桩复合对撑在土方开挖施工中的应用

尹洪江

天津住宅集团建设工程总承包有限公司 天津 300384

基坑工程是支护结构施工、降水以及基坑开挖的系统工程[1-3]，在支护结构选型合理的前提下，基坑开挖对基坑周边环境的影响，甚至对基坑工程的安全都至关重要。基坑开挖时周围土体及围护墙向迎坑面发生侧向移动，并伴随地面沉降及坑底隆起，从而引起紧邻建（构）筑物及地下管线的侧移、沉降或倾斜。基坑工程开挖必须在全面掌握现场场地条件、基坑支护设计方案以及施工工期要求等方面的条件后，进行合理的施工组织策划。工程中结合地库基坑支护与地库外楼座基坑、工程桩相互重叠的情况，施工工序相互交叉，充分利用预留土对撑，打破了传统混凝土和钢内撑的做法，从而不用过度加大排桩支护的刚度和稳定性。

1 工程概况

工程规划总用地面积52 696.90 m2，项目总建筑面积99 530.50 m2，其中：地上面积68 619.00 m2，地下建筑面积30 911.50 m2。西侧为中学、北侧为居民住宅、东侧为物流城仓库、南侧为空地。施工设计大沽高程为16.5～18.3 m，自然地坪平均标高为16.10 m，基坑开挖深度为4.45～6.60 m，集水坑深度为6.9 m，电梯基坑深度为7.1 m。基坑面积约30 000 m2，周长约1 100 m，长度约260 m，宽度约160 m（图1）。

图1 基坑周边情况示意

基坑土方开挖主要遵循 分层、分区、分块、分段、留土护壁，先撑后挖，先形成中间支撑，后限时对称平衡形成端头支撑，减少无支撑暴露时间 的原则。

结合以上分析，土方开挖分为2个阶段进行：

第1阶段整体采取了分段分层开挖的形式，在南、北2部分开挖时采取岛式开挖，形成利用基坑周围支护和中介桩角撑组合形成G环形闭合支护形式，此时预留灌注排桩支护与预留土形成嵌固形式，形成整体平衡支护外土压力。

第2阶段由于采用临时支撑对撑结构与主体梁板相结和的支护形式，对预留支护的土体采用退台分级形式开挖，开挖时由于中介桩的支护形式转换减少支护形式向基坑内变形，对于支护桩周边土采取后开挖的形式进行施工，控制体系转换过程中支护变形的最小量。

2 施工流程及操作要点

2.1 现场施工流程

施工流程主要为：施工准备→基坑支护施工→北区、南区土方施工→北区、南区基础、传力杆施工→换撑、支撑拆除施工→北区、南区主体传力杆施工→中部土方施工→中部基础、主体、传力杆施工→中部换撑→斜撑拆除→中介桩、传力杆、冠梁拆除→剩余主体施工。

2.2 施工操作要点

2.2.1 施工准备

根据基坑支护、土质以及周边环境情况，结合施工现场只有东侧具备出土口的条件，为了有效控制基坑变形，基坑土方开挖和结构施工时，采取 分区、分块、分段，先撑后挖、限时对称平衡形成端头支撑，减少无支撑暴露时间 的原则，结合现场，土方开挖划分为3个施工区域：2个施工区段，南、北区采取全范围不分层分段开挖，中部区域采取一个方向分条退台开挖（图2）。

图2 施工区段划分

2.2.2 地库基坑工程支护施工

1）沿长条形基坑周边依次施作多根支护桩，然后在多根支护桩外侧的基坑周边连续施作多根止水帷幕桩；并且在放坡部位出土口以及坡度变形较大的地方增设抗滑桩，防止放坡后的土体滑移。

2）分别从基坑西侧位置开始沿平行于基坑短边的方向，在基坑纵向1/3和2/3处向基坑内前后间隔设置2段中介桩；2段中介桩长度为短边的三分之一。采用钢筋混凝土灌注桩和冠梁组合排桩（图3）。

图3 中介桩剖面

3）在待浇筑斜撑位置下方的基坑内打入多根竖托桩支撑，然后在多根支护桩的顶壁上以及2段排桩的桩顶上分别浇筑混凝土冠梁，并浇筑连接在支护桩顶壁上的混凝土冠梁和2段排桩桩顶顶壁上的混凝土冠梁之间的多根斜撑，以形成基坑上部支护结构。所述的多根斜撑分别支撑在竖托桩支撑上，基坑上部支护结构施工完毕后，伸入基坑内的2段排桩与角撑形成整体。

2.2.3 南、北区施工

基坑南、北两侧基坑支护的形式为G环形的角撑支护体系，内部没有对撑，以及靠近角撑的部位又与先开挖的楼座有交叉，因此在开挖时全范围不分层分段开挖，即先挖除南、北两侧基坑角撑部位的土体，可以尽早利用基坑的角撑的支撑作用，减少基坑在施工过程中产生的变形，然后再分块退台朝出土口处开挖。

1）南、北区2个基坑占地面积各约为1.2万 m2，角部均设置内支撑，因此先开挖G环形支撑区域的土方，然后进行G环形内撑混凝土的施工，待支撑强度达到设计要求时，再分块对角撑部位采用小型挖掘机进行开挖和驳运工作，开挖过程中应特别注意机械对格构柱的保护，在临近部位时采取人工配合开挖。按照 对称、均衡 的原则将角撑部位分为两部分进行开挖，先将对称的角撑进行挖除，即挖除S-1、N-1处的土方，然后再将S-2、N-2处的土体进行挖除。其余排桩支护处的土方在随着角撑开挖完成后沿着闭合的方向对向开挖，即按照对称原则进行开挖（图4）。

图4 南、北区土方开挖示意

2）完成南、北区小基坑周边的土方开挖后，对于靠近东侧局部为放坡形式结合出土口的部位以及对于预留的中心部分的土采取分级退台的形式进行开挖，开挖的顺序为：S-3～S-6，N-3～N-6。根据土质的情况采取分级开挖形式，开挖的坡度不大于1∶1.5，分级的厚度为3 m，在开挖中部预留对撑中心土时，根据预留土质情况采取放坡的形式进行土方开挖，开挖的坡度不大于1∶2，完成时对于形成的土坡按照边坡工程要求，对边坡坡顶、坡面、坡脚和水平台阶应设排水沟，并做好坡脚防护，在坡面采取喷射加筋混凝土形式进行防护，并且将水沟与收水井相连接以便外排，挖除后将形成如图5所示的断面形式，坡道宽度不小于4 m，坡道坡度不应大于1∶8，在开挖中部施工预留土段时，对于护坡要采取人工修正护坡的形式。机械挖土应挖至坑底以上20～30 cm，余下土方应采用人工修底的方式挖除，以减少坑底土方的扰动。

图5 南、北区域挖除后土对撑断面

3）按照结构施工图纸对南、北区的基础底板和顶板以及传力板进行施工（图6）。在施工顶板过程中依据先做换撑然后再进行拆撑的原则，采取基础底板与围护桩回填素混凝土的措施，并且应在强度达到规范要求后再进行下道工序的施工。

图6 南、北区基础、传力板施工完成

2.2.4 中部区施工

1）待南、北区基础达到设计强度，并且此处属于狭长地带三面的支护均已经稳定，开始第2阶段土方开挖。开挖形式采取一个方向分条退台开挖，将2段排桩之间的原状土体以向东侧分块朝出土口开挖，安排2台挖掘机采取错步分条退台分级开挖的方式，先进行没有角撑部位的土方开挖，开挖的坡度不大于1∶1.5，运输土车辆坡道坡度不小于1∶8（图7、图8）。

图7 对撑预留土分条退台开挖

图8 对撑土开挖

2）出土口处收口处理。此处收口处支护形式为工字钢抗滑桩与深层搅拌桩形式，开挖形式采取2次放坡形式开挖，由于抗滑桩桩顶标高高于土坡标高，采取2次开挖可避免对抗滑桩以及止水帷幕的扰动，第1次放坡坡度为1∶2，第2次放坡坡度为1∶1.5。

3）按照施工图纸对中部的基础以及传力板进行施工，并根据换撑要求，待回填素混凝土强度达到规范要求后再进行斜撑的拆除（图9）。

图9 中介桩拆除

3 施工措施

3.1 安全措施

3.1.1 基坑防护安全保证措施

依据监测单位的监测方案，设专人负责对基坑支护变形进行监测。基坑周边须安装防护栏杆，防护栏杆的高度和位置按照规范进行设置，防护栏杆自上而下采用安全立网封闭。

基坑外四周设置截水台及排水沟，并设置三级沉淀池，抽排水经过沉淀后排入市政管网。坑边荷载（积土、料具堆放，道路）与槽边距离符合规定。基坑坡顶以外2 m处设安全护栏；坑顶2 m范围内严禁堆载，2 m外荷载≤15 kPa。

3.1.2 基坑开挖安全保证措施

破超高位桩头时应注意安全，周围不得有其他施工人员工作。配合清土的工人戴好安全帽，严禁在挖机的回转半径内工作。土方开挖中若遇地下管道、电线电缆，必须经过相关部门的核查，待确认无误后方可对其进行切断或处理。施工前检查基坑有无坍塌危险，发现问题及时处理，危险地段设立安全标志，以免人员不慎造成损伤。夜间施工要有充足的照明设施，主要通道不留盲点，危险区域设红色警示灯，全部工人穿反光背心，并配备充足的对讲机。

加强基坑监测工作，发现异常问题应及时报告相应单位，并要求围护设计单位在最短时间内给出相应的加固处理意见。

3.1.3 机械安全保证措施

机械操作人员必须经过专业安全技术培训，考核合格后，持证上岗。严禁酒后作业。

在作业过程中，操作人员不得擅自离开岗位或将机械交给其他无证人员操作。机械运行时，严禁接触转动部位和进行检修。在修理装置时，应使其降到最低位置，并应在悬空部位进行安全支撑。

遇到下列情况，应立即停止作业：填挖区土体不稳定，有坍塌可能；发生大风、暴雪、大雾等情况时；施工标记及防护设施被损坏；地面涌水冒泥，出现陷车或因下雨发生坡道打滑时；工作面净空不足以保证安全作业时；地下设施未探明时；出现其他不能保证作业和运行安全的情况。

当机械发生重大事故时，企业领导必须及时上报、组织抢救、保护现场、查明原因、分清责任、落实及完善安全措施，并按事故性质严肃处理。

夜间工作时，现场必须有足够照明，机械照明装置应齐全完好。

3.2 环保措施

3.2.1 土方运输

1）现场出入口派专人指挥车辆进出，确保安全。土方车辆按顺序依次装土，出场前由人工清扫后挡板、两侧挡板沿口余土，清扫和清洗轮胎后方可出场。从大门口至巷道路上铺设土工织物，派专人进行打扫。土方车辆进行苫盖，防止土方洒落。现场施工车辆应按规定路线进出，确保工程顺利施工至结束。

2）在大门设置冲车泵，对出门的车辆进行冲洗。

3.2.2 道路防遗洒措施

1）挖掘机装车不得过满（运输车上土方堆放最高点不得高于槽帮500 mm，边缘低于槽帮100 mm）；车辆行进途中拐弯要慢行，防止甩土。车辆出场前由专人检查上盖，上盖关闭不严的车辆严禁出场。

2）各出入口设专人清扫车辆。

3）现场门口设置醒目的提示牌，以提示司机及有关人员在执行运输任务时注意防止遗洒。

4）设置冲车泵、洗车池，清洗车轮，现场及周边道路覆盖密目网，安排专人及时清扫。

3.2.3 防扬尘措施

配备一定数量的洒水车及雾泡机，经常对施工场区洒水，对施工道路、场地采用适当硬化或覆盖草袋等措施，消除扬尘源。

3.2.4 减少扰民措施

施工中定期进行回访，对反映的问题加以重视，妥善解决。加强对参与施工职工的入场教育，杜绝人为的扰民问题。

4 结语

本文介绍的中介桩复合对撑土方开挖施工技术，充分利用了土压平衡原理，在开挖方式上通过预留土超大跨度主对撑，借鉴眼镜法对称分区开挖，变多道对撑为单道主对撑。

超大跨度主对撑长达160 m，采用桩土结合，复合支护，土体作为主对撑，横向传递侧向土压力，支护桩基对预留土体进行约束和复合承载水平土压力。根据基坑支护形式，采取了灌注桩排桩围护墙、型钢水泥土搅拌墙、局部钢柱抗滑桩结合；止水形式采用水泥土搅拌桩帷幕，角部采用钢筋混凝土水平斜撑，中部采用布置2道平行灌注桩排桩围护墙，内撑采用钢筋混凝土桁架形式水平斜撑。

对于中介桩支护在不同时段的受力形式的转换，根据基坑内中介桩支护与预留土的分隔采取了分段开挖施工方式，利用灌注桩与预留土之间的土拱作用形成整体，以桩土结合的形式形成基坑超大跨度对撑，先进行中介桩两侧基坑开挖，再进行中部预留土开挖。