深基坑施工技术研究

深基坑施工技术研究

摘要：深基坑施工中水体、土体、施工机械对基坑支护系统产生的压力，给工程带了重大的安全隐患。高效、精细的施工方法是深基坑安全施工的有力保障，本文从工程概况、施工准备、围堰造陆、钢板桩施工、基坑支护及开挖、安全保证措施等多个方面介绍深基坑施工技术，为今后类似施工环境下的深基坑施工提供技术支持。

关键字：深基坑；拉森钢板桩；围堰造陆；安全保证措施； 第1章工程概况及施工环境

1.1工程概况

嘉闵高架路（莘松路～联明路）新建工程为南北走向，工程范围起点为莘松路，终点为联明路(接联明路～徐径中路段)，主要经过闵行区西侧边界的莘庄及七宝镇地区，路线总长约5.48km。是上海市规划新增的虹桥枢纽路网配套工程“一纵三横”快速路网系统中的“一纵”，即嘉闵高架路工程（S32～S6）的一部分。是上海西部地区新辟的南北向快速通道。

本标段为嘉闵高架JMN1-2标，位于莘松路与疏影路之间，高架起讫里程桩号为：K8+139～K9+4（Pm016-Pm063），长1.505km，共有承台基坑345个，挖深小于3m的浅基坑317个，大于等于3m的深基坑28个，其中3.0~4.7m13个、5.0m1个、5.2m5个， 6.7m9个，均为临水或水中基坑。

1.2施工环境

深基坑分布在北竹港、盛家浜、庙泾港、冯家浜、杨家浜、和尚浜、西彭宅河7条河浜的岸边或水中，北竹港河底标高0m，其他河道河底标高为1.8m，各河道设计低水位为2m，设计常水位为2.5m，设计高水位3m，河流最大流速3m/s。北竹港为6级通航河，其他河道不通航。北竹港为浆砌块石护岸（见图1-1），其他为草皮护岸。

图1-1 北竹港护岸断面图

上海地区属于亚热带海洋性季风气候区，气候温和湿润，四季分明，年平均气温15.4℃，最热为7月份，月平均气温为27.8℃，极端最高气温达40.2℃，最冷月为1月份，月平均气温3℃，极端为-12.1℃。年降水日132天，年内降水量

为1144mm，年内平均蒸发量1336.6mm。夏季降水量占全年的40％左右。6月中旬至7月中旬是梅雨季节，7、8月间有伏旱。夏秋之季常有热带风暴侵袭，多雷暴雨。秋冬季节常有大雾天气，年平均降雪日4.3天，最大冻结深度0.15m。年主导风向夏季为东南风，冬季为西北风，年平均风速为3.8m/s。

根据本工程岩土工程勘察报告，本场地浅部土层分布如下表所示。

表1-1 场地浅部土层分布一览表

第2章施工准备

2.1现场准备

本工程中所涉及深基坑均为水中或者临水基坑，所有基坑在钻孔桩施工前进行围堰造陆，围堰方法为承台边线外扩3m打拉森钢板桩，回填素土至桩顶标高，然后平整场地，布置弃土堆放点，保证弃土堆放距离不小于基坑深度的1倍。便道宽4m，采用30cm建筑拆房土压实硬化，打桩机、起重、泵车等大型设备作业时宽度不足处垫设2cm厚大钢板，详见图2-1。现场设置上口宽0.5m底口宽0.3m，高0.5m的梯形断面排水沟通入河流，防止雨水倒灌基坑。北竹港为6级通航河道，在围堰范围两端设置浮标及安全警示标志。

图2-1 水中及临水基坑围堰造陆施工平面布置示意图

2.2材料准备

在墩位附近准备好待打钢板桩，按插打顺序堆码，每层用垫木隔开，钢板桩进场后要进行外观质量检验，拉森板桩的齿口要经过密封检验。其他详见表2-1材料机具用量表。

表2-1 材料机具用量表

2.3人员、机械准备

各相关人员进场（见表2-2），特殊工种人员持证上岗，机械进场（见表2-3）并经检测合格，报监完毕。基坑监测人员、设备由专业监测单位提供。

表2-2 劳动力用量表

表2-3 机械设备用量表

第3章施工方法

3.1工艺流程

施工准备→施工放样及施打定位桩→导向框安装→施打钢板桩→开挖基坑→首道钢板桩内支撑安装→排水→堵漏→继续开挖基坑→二道钢板桩内支撑安装→排水→堵漏→开挖至设计深度→混凝土垫层→承台施工→底部基坑回填→拆除支撑→上部基坑回填。

3.2施工放样及定位

测量技术员利用全站仪放出基坑四个内角点，内角点位置为承台各边外扩1.5m。然后打定位桩，沿定位桩内侧安装导向框，导向框外侧每隔2m打限位销1道。

3.3施打钢板桩

本工程所用拉森钢板桩采用“逐根”式打桩工艺，打桩导向架每侧间隙控制在

5-10mm之间，拉森钢板桩的齿口应完整、平直。槽钢钢板桩不得有扭曲变形，钢板桩施工垂直度偏差小于1/150，转角处采用定制角桩收口。围堰施工当离岸较远，打桩机无法施打时，采用先做小段围堰填土压实,垫2m*4m*2cm的钢板，作为操作平台继续向前施打，一般离岸边每5m距离做1段围堰，围堰长度以保证打桩机械安全作业为准，围堰拉森钢板桩从岸边护岸石开始采用逐桩施打（见图3-2），拐角处采用角桩连接。

图3-1 围堰施工示意图

⑴基线确定：施工员在基坑边用白灰撒出轴线，留出以后施工需要的工作面，确定钢板桩施工位置。

⑵定桩位。钢板桩施打前设置导向架（见图3-3）：导向架横梁由工地现有的工字钢或槽钢制作，焊接在打入地下3m的30a#槽钢上。

图3-2 逐根打桩工艺图3-3 导向架布置图

3.4钢板桩围堰内支撑加固

围堰内围囹及支撑施工要在开挖至支撑标高下50cm开始安装，每层围囹位置先预焊三脚架以方便围囹施工，纵横支撑、斜支撑均在一个平面满焊牢固，支撑位置根据计算结果设置。

施工要点：

1）钢板桩打设完成后，用挖掘机开挖至设计围囹底标高下50cm，将由型钢制作而成的牛腿焊接在钢板桩上（每条井边中心和角点上均应设置）

2）将围囹吊装至相应位置并按设计要求进行焊接。焊接时，均采用角焊的焊接方式。其中：型钢与型钢、角撑与型钢、牛腿与钢板桩焊接时，应沿接触面四周满焊，水平向焊缝高度10mm，竖向焊缝高度16mm；圈梁预拼接时，用两块400×300×16钢板分别焊接于圈梁腹板两侧，焊缝高度14mm。再用两块400×300×20钢板焊接于圈梁翼板上，焊缝高度20mm。

3）焊接角撑以及垂直于长边方向的内支撑。

3.5围堰内开挖

基坑开挖采用长臂挖掘机停置在基坑边2m外进行开挖作业。开挖时采用分层挖土法，每层厚度不大于2m。开挖顺序则由基坑中间向两边平行对称开挖。运土时，自卸卡车停靠在挖掘机旁边，由挖掘机直接喂土，待装满后，由自卸卡车运至指定弃土地点卸土。

开挖到达设计标高后，清理、整平底面。同时，为了保证垫层混凝土与桩身的结合良好，达到止水效果。围堰垫层很可能出现四周涌水现象，要提前组织足够水泵进行连续抽水。基坑底设置排水沟，基坑一角设置集水井，排水沟尺寸为宽0.3m，深0.2m沿基坑边设置，详见图3-4基坑内排水示意图。

图3-4 基坑内排水示意图

基坑开挖按下列要求进行：

a. 开挖前应具备开挖条件，并按相关标准对围护结构的施工质量进行检查或验收；开挖应按照分层、分段、分块、对称、平衡、限时的方法确定开挖顺序。基坑开挖应遵循“分层开挖、先撑后挖、严禁超挖”的原则，其挖土方法和支撑顺序应与设计、施工组织设计工况相一致。

b. 基坑开挖必须事先通知施工监理，以便复核地面高程和平面位置，在监理批准后方可开挖。

c. 基坑采用挖掘机开挖，人工配合。在基坑深度1倍范围内不应堆放建筑材料、设备设施和土方。基坑分层开挖厚度不应大于4m，临时边坡坡度不大于1：1.5，高度大于4m时，应二级放坡。基坑边严禁大量堆载，基坑边超载应控制在20kN/m2以内，并严格控制不均匀堆载；大量超载位置应另行加固。

d. 挖土机械禁止碰撞工程桩、围护桩、支撑。

e. 坑底以上30cm土方应采取人工修底的方式挖除，并防止坑底土体扰动；开挖过深，不得用土回填，要采用黄砂或低标号砼填至基坑底部设计标高。混凝土垫层应做到随挖随捣，挖土到设计标高后，应在8小时内浇筑垫层，垫层浇至围护桩边。质量要求：基坑尺寸：不小于设计要求；高程允许偏差：±50mm（土质）；轴线允许偏差：≤50mm。

f．上下基坑必须使用安全爬梯，爬梯应稳定、牢固，有防滑设施和扶手,宽度为60cm，踏步高度30cm，宽度不小于20cm。

g．基底四周开挖50cm宽排水沟，并在坑角设置积水井，用水泵将水排出基坑外。

长臂挖掘机基坑开挖示意图

3.6基坑回填及钢板桩拔除

模板拆除完毕后，进行基坑填土，回填前如有积水先用水泵抽干基坑内的积水，清除槽底一切杂物，初步整平槽底。

1)道路下的承台回填

填料：采用中粗砂回填压实，确保基底的压实度（重型）不应小于90%。

首先将基坑内的积水排干，清除浮泥、杂物。在距地面0～80cm内分4层压实，每层检测达到压实标准后，才可进行上一层回填压实，80cm以下采用小型机械压实。

2)河道中及普通地段的承台回填

桥下方无道路的地段，承台基坑采用原状土回填，其原状土不得含有淤泥、垃圾及杂物。回填前先将基坑内的积水排干，清除浮泥。然后人工分层摊铺土质相对较好原状土，分层厚度30cm，采用小型夯实机具夯实，其压实度不小于地

面原状土压实度。回填后地面高度略高于原地面15cm～20cm。

3）围囹拆除

围囹支撑的加工安装和拆除按设计要求执行。承台回填至围囹下方时，方可拆除围囹。严禁提前拆除围囹的行为。拆除围囹时先将围囹之间的焊接接头用乙炔氧气焰切割开，吊车配合拆除。有横撑的应先拆除横撑。

4）拔除钢板桩

墩身施工完毕至养护期满后即可拔除钢板桩，拔除钢板桩前要先拆除底层支护，然后按要求回填压实至上层支护时，最后拆除上层支护按要求回填压实。

拔桩时先略锤击振动拔高1～2m，使其松动后拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一起拔出。

第4章安全保证措施及要求

基坑开挖完成后应及时对基坑进行钢管维护，立杆高1.5m，露出地面1.2m，立杆间距2m，顶部及中间各设置一道横杆，用绿色密目网维护并挂警示牌。夜间有人经过的基坑设红灯示警，现场设置大幅安全宣传标语。

机械挖土应严格控制开挖面坡度和分层厚度，防止边坡和挖土机下的土体滑动。机械开挖时设专人指挥，以保证施工安全和开挖准确。挖土机作业半径内不得有人进入。司机必须持证上岗作业。人工清理基坑时操作人员之间要保持安全距离，一般大于2.5m；挖土要自上而下，逐层进行。挖土机挖土时严禁碰撞工程桩和支撑。分层挖土时，层高不宜过大，以免土方侧压力过大使工程桩变形倾斜，在软土地区尤为重要。

基坑开挖应尽量缩短基坑暴露时间，基坑成型后，尽快的进行浇筑承台，建立永久的平衡。尤其是底板的垫层应及时浇筑封底，遇大雨天气，垫层可挖一块(段)浇注—块(段)，但必须对应着支撑的位置浇筑垫层混凝土；浇注垫层要抢，越快越好。如果由于不可预见原因停工，要对基坑支撑系统进行检测，发现变形立即采取加内撑、斜撑等措施加固，变形如影响既有线安全则立即回填基坑。工序施工准备就是要有超前的意识“做一、备二、想三”，做到快挖土、快支撑、快浇筑。

必须做好基坑工程的明水疏排和暗水降排，降排水是提高土体强度(撑力)减少回弹，减小基坑变形的措施，而且也是纵坡稳定预防滑坡的重要措施。基坑水沟和集水井要及时设置，采取在基坑四侧挖30cm×30cm的排水沟，在四角设80cm深集水井，用水泵抽出坑外。在排水过程中，当出现大量砂漏、围堰裂缝漏水较大时，应暂停抽水，采取加固措施。抽水时检查围囹各节点是否顶紧，板桩与围囹间连接是否紧固，锁口不密存在漏水的以板条、棉絮、麻绒等在板桩内侧嵌塞，或在漏缝处侧水中撒下大量炉渣与锯末或谷糠等随水夹带至漏缝处自行堵塞。漏缝处较深时，也可将炉渣等装袋，到水下适当深度时逐渐倒出炉渣堵漏。抽水速度不能过快，且要随时观察围堰的变化情况。

施工全过程要有专职安全员、技术员进行现场旁站指导监控，安全员、技术员对安全技术方案要透彻的了解、要有应对突发事件的能力，并随工填写施工记录和安全监控记录。施工过程中技术人员随时观察地质情况，如在开挖过程中发现涌沙，立即停止开挖并立即回填基坑，进一步调查地质情况，再决定采取注浆、加密钢板桩或其他措施；如在承台施工过程中发生坑壁涌沙，则用沙袋码砌；如果坑底出现涌沙采用沙袋堆压。现场准备充足原木、工字钢、拉森桩、砂袋等应急物资。

大型设备作业，做到“一机一人”防护，专职防护人员要做到人到位、责任到位、措施到位、落实到位、确保安全。

对基坑支护进行变形监测，支护结构顶部水平位移记录及定量分析（包括位移速率和累积移量的计算、位移——时间变化曲线、位移速率增大的原因分析等）。

为方便施工，保证作业人员的安全，有利于特殊情况下采取应急措施，基坑内必须合理设置上下行人扶梯和其他形式的通道，其平面应考虑不同位置的作业人员上下方便，以及应急疏散。

对支护体施工质量必要的检测和检验。从源头开始首先把好进场用于支护的原材料关，不合格材料坚决不予使用。施工中对钢板桩的插打、锁扣、接长焊接、围囹、导框安装进行必要的检测。