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摘要：本文主要结合工程实例，对深基坑的施工技术措施进行了详细探讨，可为类似工程提供参考。
关键词：深基坑；支护；土方开挖
1 工程概况
某新建商住楼主体工程，2层地下室，基坑南北宽约39.5 m，东西长约97.2 m，工程占地面积仅4560 m2，基坑面积占其84％ ，约3840m2 ，施工作业场地狭小，开挖平均深度9.25 m。基坑周边环境复杂，东距居民小巷最近2.08 m、小巷东侧商住楼8 m；南距物业管理服务中心楼9.1 m；北距繁华的大马路人行道围墙不足4 m。基坑周边管线众多，且距离较近，东侧围墙3 m内有污水、雨水、电话及有线电视等公共管线；东南侧有污水处理池，距基坑约3.7m；南侧开挖面与污水管道接近，南侧生化处理池距基坑3.1 m。
基坑开挖土层从上到下为：①杂填土，②粘土、粉质粘土，③粉质粘土，④ 粉质粘土夹粉土；厚度(m)分另U为2．4～5．4，1.0～4.2，4.3～9.6，4.1～9.5；层底标高(m)分别为一0.77～-2.35，一2.73～-3.9，一8.68～-13.02，一7.49 ～-24.62；稳定地下水位位于地面下1 m，地下含水量较为丰富。
2 支护体系的确定
由于周边建筑密集，无法采用施工相对方便的预应力土层锚杆，本工程采用柱列式排桩与混凝土桁架混凝土内支撑挡土，双排搅拌桩止水。挡土排桩为桩径800—900mm的钻孔灌注桩，排桩设置桩顶环梁和腰梁各1道。
由于基坑较深较长，初步设计为2层钢筋混凝土水平桁架式对撑，后考虑挖土等施工开展将更为困难，修正为基坑中部的第2层对撑取消，仅基坑四角保留2层桁架角撑。图1为支撑、后浇带位置及部分测点布置示意。
圈1 支撑及部分测点与后浇带布置示意
3 截水帷幕
为减少对周围环境造成不利影响，施工不能采用坑外降水，而在挡土排桩外设深层搅拌桩作为截水帷幕。止水桩为7O0双排双轴深层搅拌桩，桩顶标高均为一1．50 m，桩间、排间互相搭接200mm，止水搅拌桩与钻孔灌注桩留空200 mm。
为深层搅拌桩与钻孔灌注桩在施工中因位置靠近，优先保证深层搅拌桩的连续施工，以保证搅拌桩的良好搭接，避免形成水泥初凝后的搭接，这是确保止水帷幕的质量关键所在。坑内拟采用管井降水，后因截水帷幕效果较好，坑内管井降水设施未启用，采用坑内集水井明排水，随挖随排。
4 土方开挖与换撑措施
4．1 土方开挖
由于结构设计基础设有纵横各2条后浇带，基础被后浇带分成数块。后浇带位置示意见图1，基坑分3层挖土，并采取分东、西、中3段施工措施。基坑到底后，立即分块浇好混凝土垫层和底板，这对防止地基土的扰动，尽早约束支护结构的水平位移，减少坑底土的回弹十分有利。
4．2 换撑措施
拆除支撑前必须有可靠的换撑措施，本工程利用地下室主体结构，以方便施工并降低造价，即用地下2层底板与顶板分别作为第l，2次换撑，其C30混凝土浇至围护排桩边，且混凝土浇过相邻两桩空隙中心线，混凝土强度达到C25后，方能分别拆除第2，1道支撑。第2次换撑前，回填土分层夯实，作为换撑体系的重要一环以有效减少基坑侧壁位移。
后浇带换撑采用工字钢作为传力杆，每根梁处放置1根，梁间的板内工字钢间距约2 m。工字钢能立即承受荷载，是联系基础各分块混凝土的可靠保证。
5 安全监测
为保证基坑与周围建筑及设施的安全，基坑施工过程中加强了监控工作，在基坑开挖前一星期开始观测，地下室施工结束回填土夯实后继续观测两星期，本文拟重点关注基坑施工对周边环境的影响，以下是部分监测结果。
5．1 排桩水平位移观测
排桩水平位移监测不仅是监控基坑稳定的重要工作内容，也是保证周边环境安全的重要一环。各测斜孔观测值变化趋势基本相同，均为向基坑偏斜，观测值在近孔处附近最大，以变化值较大的观测孔CX1，CX4，CX5，CX6的近孔口1m处观测累加值为例，从图2可以看出，随着基坑土体的开挖至设计标高，测量累计值增加迅速，挖土停止后一段时间，位移还在增长，略超过位移报警值30 mm，随着基础地板混凝土的分区浇筑位移趋于稳定，拆除基坑四角第2层支撑后，位移略有增加，达到整个监测过程的最大位移37．45mm，但尚少于设计容许的位移限值50 mm；至7月中旬基坑第2层地下室回填土完成，第2层地下室顶板混凝土强度的增长，位移稳定减少，到8月初第l层支撑拆除，位移稍有增加；随着，位移又趋减。可见，及时做好坑底垫层和分区浇筑地下室地板，尽可能缩短基坑开挖后的暴露时间，对减少基坑土壁侧移具有关键意义。
图2 侧斜孔累计位移曲线
值得注意的是，拆除第2层角撑和拆除第1层支撑后，侧移最大实测值分别为37．45 mm，36．78mm，虽少于设计容许的位移限值50 mm，各测点的测量值差异也较小，但比相应侧移理论计算值10mm，9 mm大许多，原因可能是计算土压力时采用工程界习惯采用的水土合算，即采用土的饱和重度计算总的水、土压力，但在地下水位较高、基坑内外差水位较大时，而本工程地下水位以下有渗透性较好的粉质粘土，地下水有可能对水形成浮力，有可能低估了水压力的作用 ；加之基坑施工工期较长，土的流变效应计算软件尚未能考虑，这都有可能使实测值和理论值差许多。
对于水土分算是采用浮重度计算土压力，按静水压力计算水压力，然后两者相加即为总的侧压力。当利用有效应力原理计算土压力时，水、土压力分开计算，虽然这种方法概念明确，由于获得有效强度指标较为困难，在多数情况下采用总应力法计算土压力，再加上水压力，不过此时土的土重度仍采用浮重度。当基坑施工时，若坑内降水形成坑内外水头差，地下水会从坑外流向坑内，若为稳态渗流，此时作用在围护桩墙的水压力应用流网确定 。应该强调的是，水土合算尽管也是采用总应力法计算土压力，但土的土重度采用饱和重度，计算结果已包括水压力。
5．2 基坑外水位变化观测
若基坑截水帷幕施工质量不良，发生渗漏，基坑外水位下降过多过快，有可能危及周边建筑及设施，图3是基坑外地下水位一时间累计变化图，图中正值表示水位降低，反之为水位升高，可以看出，本基坑外水位變化与累计变化都不大，这对减少因基坑施工造成周边建筑及设施的沉降很有利，这也反映止水帷幕效果较好，施工中拟定的技术措施得到了很好的落实。
5．3 周边建筑及设施沉降观测
为监控基坑施工对周边建筑与设施的影响，在排桩顶环梁、周边建筑及设施设置沉降观测点，由于观测点与观测次数较多，以累计沉降量最大的东侧多层房屋为例，图4给出部分观测结果。可以看出，在基坑开挖期间沉降增加较快，至地下室底板浇筑完成，沉降趋于稳定，各测点在观测差异沉降不大，和基坑外水位变化不大的观测结果可以相互印证。西侧医院门诊楼、病房楼观测期最大沉降累计值分别为3．08 mm，3．11 mm，各测点差异沉降均较小，其最大差异沉降分别为1．63 mm，1．49 mm。
图3 地下水位一时间累计变化
图4 基坑东侧房屋累计沉降
南侧物业服务中心楼观测期最大沉降累计值分别为1．83 mm，各测点差异沉降则更小，最大差异沉降不足1 mm。
北侧大马路人行道围墙的7个沉降观测点累计沉降见图5，围墙各点沉降趋势与图4所示观测结果一样，在基坑开挖期间沉降增加较快，至地下室底板浇筑完成，沉降趋于稳定。但由于围墙东西长达百米，以中部观测W4为界，W1～W4沉降趋于一致，比其他几点W5～W7的沉降稍大，但在整个观测期最大累计沉降也仅5．07mm，W5～W7最大累计沉降则为3．44mm，可见基坑施工对大马路的不利影响是较小的，取得了预期的效果。
图5 基坑北侧围墙累计沉降
6 结论与建议
深基坑施工目前大多采用习惯的水土合算计算土压力，若地下常水位较高，坑内外水位相差大时，对地下水位以下的砂性土有可能低估水压力的作用，由此计算的基坑侧移值偏低，给基坑的施工带来隐患，也可能危及周边环境，建议应采用水土分算，以利于基坑安全。
在挡土排桩外设深层搅拌桩作为止水帷幕时，应优先保证深层搅拌桩的连续施工，确保搅拌桩的水泥在初凝前的良好搭接，这是避免基坑渗漏，坑外地下水位降低过多的可靠保证，从而大大减少对周围建筑及设施不利影响。
当前建筑物的体量趋大，若结构后浇带数目较多，基础被分割的块数较多，鉴于施工通常利用地下室底板及顶板作为换撑措施以节约成本，因而必须合理考虑基础各块间的传力措施，预埋工字钢是一种施工简便而可靠的措施。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：深基坑；支护；土方开挖
1 工程概况
某新建商住楼主体工程，2层地下室，基坑南北宽约39.5 m，东西长约97.2 m，工程占地面积仅4560 m2，基坑面积占其84％ ，约3840m2 ，施工作业场地狭小，开挖平均深度9.25 m。基坑周边环境复杂，东距居民小巷最近2.08 m、小巷东侧商住楼8 m；南距物业管理服务中心楼9.1 m；北距繁华的大马路人行道围墙不足4 m。基坑周边管线众多，且距离较近，东侧围墙3 m内有污水、雨水、电话及有线电视等公共管线；东南侧有污水处理池，距基坑约3.7m；南侧开挖面与污水管道接近，南侧生化处理池距基坑3.1 m。
基坑开挖土层从上到下为：①杂填土，②粘土、粉质粘土，③粉质粘土，④ 粉质粘土夹粉土；厚度(m)分另U为2．4～5．4，1.0～4.2，4.3～9.6，4.1～9.5；层底标高(m)分别为一0.77～-2.35，一2.73～-3.9，一8.68～-13.02，一7.49 ～-24.62；稳定地下水位位于地面下1 m，地下含水量较为丰富。
2 支护体系的确定
由于周边建筑密集，无法采用施工相对方便的预应力土层锚杆，本工程采用柱列式排桩与混凝土桁架混凝土内支撑挡土，双排搅拌桩止水。挡土排桩为桩径800—900mm的钻孔灌注桩，排桩设置桩顶环梁和腰梁各1道。
由于基坑较深较长，初步设计为2层钢筋混凝土水平桁架式对撑，后考虑挖土等施工开展将更为困难，修正为基坑中部的第2层对撑取消，仅基坑四角保留2层桁架角撑。图1为支撑、后浇带位置及部分测点布置示意。
圈1 支撑及部分测点与后浇带布置示意
3 截水帷幕
为减少对周围环境造成不利影响，施工不能采用坑外降水，而在挡土排桩外设深层搅拌桩作为截水帷幕。止水桩为7O0双排双轴深层搅拌桩，桩顶标高均为一1．50 m，桩间、排间互相搭接200mm，止水搅拌桩与钻孔灌注桩留空200 mm。
为深层搅拌桩与钻孔灌注桩在施工中因位置靠近，优先保证深层搅拌桩的连续施工，以保证搅拌桩的良好搭接，避免形成水泥初凝后的搭接，这是确保止水帷幕的质量关键所在。坑内拟采用管井降水，后因截水帷幕效果较好，坑内管井降水设施未启用，采用坑内集水井明排水，随挖随排。
4 土方开挖与换撑措施
4．1 土方开挖
由于结构设计基础设有纵横各2条后浇带，基础被后浇带分成数块。后浇带位置示意见图1，基坑分3层挖土，并采取分东、西、中3段施工措施。基坑到底后，立即分块浇好混凝土垫层和底板，这对防止地基土的扰动，尽早约束支护结构的水平位移，减少坑底土的回弹十分有利。
4．2 换撑措施
拆除支撑前必须有可靠的换撑措施，本工程利用地下室主体结构，以方便施工并降低造价，即用地下2层底板与顶板分别作为第l，2次换撑，其C30混凝土浇至围护排桩边，且混凝土浇过相邻两桩空隙中心线，混凝土强度达到C25后，方能分别拆除第2，1道支撑。第2次换撑前，回填土分层夯实，作为换撑体系的重要一环以有效减少基坑侧壁位移。
后浇带换撑采用工字钢作为传力杆，每根梁处放置1根，梁间的板内工字钢间距约2 m。工字钢能立即承受荷载，是联系基础各分块混凝土的可靠保证。
5 安全监测
为保证基坑与周围建筑及设施的安全，基坑施工过程中加强了监控工作，在基坑开挖前一星期开始观测，地下室施工结束回填土夯实后继续观测两星期，本文拟重点关注基坑施工对周边环境的影响，以下是部分监测结果。
5．1 排桩水平位移观测
排桩水平位移监测不仅是监控基坑稳定的重要工作内容，也是保证周边环境安全的重要一环。各测斜孔观测值变化趋势基本相同，均为向基坑偏斜，观测值在近孔处附近最大，以变化值较大的观测孔CX1，CX4，CX5，CX6的近孔口1m处观测累加值为例，从图2可以看出，随着基坑土体的开挖至设计标高，测量累计值增加迅速，挖土停止后一段时间，位移还在增长，略超过位移报警值30 mm，随着基础地板混凝土的分区浇筑位移趋于稳定，拆除基坑四角第2层支撑后，位移略有增加，达到整个监测过程的最大位移37．45mm，但尚少于设计容许的位移限值50 mm；至7月中旬基坑第2层地下室回填土完成，第2层地下室顶板混凝土强度的增长，位移稳定减少，到8月初第l层支撑拆除，位移稍有增加；随着，位移又趋减。可见，及时做好坑底垫层和分区浇筑地下室地板，尽可能缩短基坑开挖后的暴露时间，对减少基坑土壁侧移具有关键意义。
图2 侧斜孔累计位移曲线
值得注意的是，拆除第2层角撑和拆除第1层支撑后，侧移最大实测值分别为37．45 mm，36．78mm，虽少于设计容许的位移限值50 mm，各测点的测量值差异也较小，但比相应侧移理论计算值10mm，9 mm大许多，原因可能是计算土压力时采用工程界习惯采用的水土合算，即采用土的饱和重度计算总的水、土压力，但在地下水位较高、基坑内外差水位较大时，而本工程地下水位以下有渗透性较好的粉质粘土，地下水有可能对水形成浮力，有可能低估了水压力的作用 ；加之基坑施工工期较长，土的流变效应计算软件尚未能考虑，这都有可能使实测值和理论值差许多。
对于水土分算是采用浮重度计算土压力，按静水压力计算水压力，然后两者相加即为总的侧压力。当利用有效应力原理计算土压力时，水、土压力分开计算，虽然这种方法概念明确，由于获得有效强度指标较为困难，在多数情况下采用总应力法计算土压力，再加上水压力，不过此时土的土重度仍采用浮重度。当基坑施工时，若坑内降水形成坑内外水头差，地下水会从坑外流向坑内，若为稳态渗流，此时作用在围护桩墙的水压力应用流网确定 。应该强调的是，水土合算尽管也是采用总应力法计算土压力，但土的土重度采用饱和重度，计算结果已包括水压力。
5．2 基坑外水位变化观测
若基坑截水帷幕施工质量不良，发生渗漏，基坑外水位下降过多过快，有可能危及周边建筑及设施，图3是基坑外地下水位一时间累计变化图，图中正值表示水位降低，反之为水位升高，可以看出，本基坑外水位變化与累计变化都不大，这对减少因基坑施工造成周边建筑及设施的沉降很有利，这也反映止水帷幕效果较好，施工中拟定的技术措施得到了很好的落实。
5．3 周边建筑及设施沉降观测
为监控基坑施工对周边建筑与设施的影响，在排桩顶环梁、周边建筑及设施设置沉降观测点，由于观测点与观测次数较多，以累计沉降量最大的东侧多层房屋为例，图4给出部分观测结果。可以看出，在基坑开挖期间沉降增加较快，至地下室底板浇筑完成，沉降趋于稳定，各测点在观测差异沉降不大，和基坑外水位变化不大的观测结果可以相互印证。西侧医院门诊楼、病房楼观测期最大沉降累计值分别为3．08 mm，3．11 mm，各测点差异沉降均较小，其最大差异沉降分别为1．63 mm，1．49 mm。
图3 地下水位一时间累计变化
图4 基坑东侧房屋累计沉降
南侧物业服务中心楼观测期最大沉降累计值分别为1．83 mm，各测点差异沉降则更小，最大差异沉降不足1 mm。
北侧大马路人行道围墙的7个沉降观测点累计沉降见图5，围墙各点沉降趋势与图4所示观测结果一样，在基坑开挖期间沉降增加较快，至地下室底板浇筑完成，沉降趋于稳定。但由于围墙东西长达百米，以中部观测W4为界，W1～W4沉降趋于一致，比其他几点W5～W7的沉降稍大，但在整个观测期最大累计沉降也仅5．07mm，W5～W7最大累计沉降则为3．44mm，可见基坑施工对大马路的不利影响是较小的，取得了预期的效果。
图5 基坑北侧围墙累计沉降
6 结论与建议
深基坑施工目前大多采用习惯的水土合算计算土压力，若地下常水位较高，坑内外水位相差大时，对地下水位以下的砂性土有可能低估水压力的作用，由此计算的基坑侧移值偏低，给基坑的施工带来隐患，也可能危及周边环境，建议应采用水土分算，以利于基坑安全。
在挡土排桩外设深层搅拌桩作为止水帷幕时，应优先保证深层搅拌桩的连续施工，确保搅拌桩的水泥在初凝前的良好搭接，这是避免基坑渗漏，坑外地下水位降低过多的可靠保证，从而大大减少对周围建筑及设施不利影响。
当前建筑物的体量趋大，若结构后浇带数目较多，基础被分割的块数较多，鉴于施工通常利用地下室底板及顶板作为换撑措施以节约成本，因而必须合理考虑基础各块间的传力措施，预埋工字钢是一种施工简便而可靠的措施。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。