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【摘 要】 深基坑是指开挖深度超过5米（含米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。本文针对长广生物质燃料输送地下廊道深基坑设计与施工，结合实际情况，详细介绍了拟建场地的各项情况及对施工方案的优化。
【关键词】 地下工程；深基坑；支护；机械开挖；降水；监测
本项目为改建工程，针对生物质燃料输送地下廊道施工的地质条件及周边环境和土方开挖工程的实际情况，经分析论证，决定采用悬臂式钢筋混凝土钻孔灌注桩支护形式。深基坑支护工程作为建设工程中一种特殊的构筑物，复杂性、可变性、临时性的特点使得支护结构的设计变得尤为艰难与苛刻。
一、工程概况
1.1基坑概况
生物质发电燃料输送地下廊道长85.92m，宽6.8m，坡道部分长36.91m，平直部分长49.01m。自然地面相对标高为-0.250m，基础底板顶面结构标高-7.200m，底板厚1200mm，垫层100mm。
1.2周边环境
西侧距地下廊道1.6m处为原有四层框架结构厂房，为运行中的燃料输送控制系统；东侧距地下廊道13m处为原有二层砖混结构的材料库房。其基础为混凝土独立基础，埋深为1.5～2.0米，墙下为条形砖基础。
二、工程水文地质条件
2.1工程地质条件
根据地质勘察报告显示，基坑开挖及其影响范围内主要土层分布如下表：
2.2场地水文地质特征
地下水主要为卵石层的孔隙潜水，主要受大气降水及地表水补给，水位随季节性变化，枯水期水位在地表下2m-2.4m。场地内地下水对混凝土结构无腐蚀性。
三、基坑支护设计
根据对场地环境、周边建筑物的重要性、开挖深度及工程地质条件的综合分析，在基坑开挖深度范围内大部分为含砾粉质粘土和卵石层，土质较松散，地下水位埋深在1.5米左右，水位较高。采用人工挖孔灌注桩，虽然费用相对较低，但可操作性、安全性较差，施工工期较长。现场施工条件，不具备大开挖施工条件，现为雨季，地下水位高。为了确保基坑周边建筑物的安全以及生产的正常运行，遵循“安全可靠、技术可行、经济合理、节约工期”的原则，经过多种方案的技术和经济对比，在基坑西侧距地下廊道1.6m原有多层厂房区段内，采用机械钻孔灌注桩对该基坑进行支护处理，并经过专家论证，其余基坑周边采用放坡+土钉墙支护。
3.1灌注桩设计
基坑开挖深度为7.2m，为了保证基坑边坡的稳定，采用φ1200@1600钻孔灌注桩围护结构，混凝土强度为C30，桩长为14.7m，桩顶标高为0.00m。内配钢筋笼，主筋为20φ28，φ8@200螺旋箍，φ18@2000加强筋。
3.1.1、设计简图
3.1.2、计算
3.1.3、围护桩设计
3.2冠梁和面层设计
排桩顶用冠梁连接为整体，冠梁设计参数为：混凝土强度等级为C30，宽1400mm，高1000mm，主筋为上下各5φ16、左右各12φ25，箍筋为φ10@150四肢箍。
四、基坑支护施工
4.1钻孔灌注桩施工
钢筋混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。
泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺流程如下：场地平整→桩位放线→开挖浆池、浆沟→护筒埋设→钻机就位、孔位校正→成孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣→清孔换浆→终孔验收→下钢筋笼和钢导管→浇筑水下混凝土→成桩。
4.1.1、成孔顺序
为了防止孔内串穿影响成桩质量，采取间隔跳跨顺序施工，相邻桩孔的开孔时间控制在混凝土浇筑完24小时以后进行。
4.1.2、钻孔
钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，地下水位以下的孔壁土在静水压力作用下向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能防止孔壁坍塌。护筒除起到这个作用外，同时也有隔离地表水进入、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向等作用。
钻孔深度要求嵌入中风化细砂岩1.5米以上，为此在进入强风化岩时必须由施工、监理、设计等到场确认，从钻渣中取样确认全风化、强风化层，以便控制进入中风化层的厚度。终孔到设计标高及入岩厚度后，施工单位应自检，自检内容包括：孔位座标、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥浆比重等符合要求后报监理验收，监理验收合格后报建设单位、设计单位进行复核、验收，并对其它情况进行检查，是否符合设计要求。
4.1.3、泥浆护壁
泥浆池在作业现场开挖，池内铺设塑料薄膜，以防渗漏，污染环境。泥浆采用优质膨润土、纤维素、加添加剂和水搅拌而成。泥浆具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗漏，防止坍孔的作用。调制的泥浆应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会消弱钻头冲击功能，降低钻进速度。
4.1.4、清孔
首次清孔是在终孔后进行，待泥浆比重、孔深符合设计要求后方可起钻，用测绳测量孔深。二次清孔在安装钢筋笼和下导管之后进行，调整泥浆比重，用导管注入小比重泥浆，置换孔中的沉渣和大比重泥浆，使泥浆比重和沉渣厚度符合规范要求。
4.1.5、钢筋笼的制作吊装
钢筋笼在现场制作，检查是否符合设计要求，待成孔結束后，吊放钢筋笼。钢筋笼搬动和起吊时要防止扭转、变形、弯曲。钢筋笼安装采用16吨汽车吊起吊入孔，采用三点起吊的方式下沉到设计标高后立即检查是否安装到设计位置，有无偏心，经检查合格后加于固定，钢筋保护层厚度不得小于50mm。 4.1.6、灌注水下混凝土
为确保水下混凝土的质量，保证其强度及连续性，本工程采用商品混凝土罐车运输，导管灌注的施工方案。水下砼质量控制：须保证水下砼有可靠的流动性和和易性，塌落度控制在18cm-22cm，用塌落度筒现场测量，并计算和控制好砼初灌量，导管埋置深度一般控制在4m-6m。每一根桩的混凝土灌注必须连续进行，控制拆除导管的时间，一次性连续作业完成。
4.2冠梁施工
待桩的混凝土强度达到80%后，即可进行桩头处理，人工用风镐凿除桩头不少于1米，并以桩砼骨料和砂浆均匀为宜。灌注桩顶的钢筋须锚入冠梁900mm，并与冠梁钢筋连接。钢筋安装结束，立即支设模板，浇筑商品混凝土，待灌注桩及冠梁混凝土达到设计强度80%后，方可进行基坑的土方开挖。
五、土方开挖施工
5.1土方开挖的方法及要求
基坑土方必须分层匀衡开挖，每层开挖深度不宜超过1.5m。并防止土方开挖设备碰撞支护结构。坑底应保留200mm-300mm地基土用人工挖除整平，以避免扰动基底原状土。土方开挖采用土台阶法施工，边挖边向上传递土方，所挖出的土方经挖机分级传递至基坑顶面后，直接装车转运出场地。
5.2防止边坡失稳的措施
基坑开挖过程中，发生异常情况时，应立即停止挖土，查清原因并采取措施后，方可继续挖土。土方应及时运走，严禁将土方堆于基坑周围。
在基坑开挖过程中，如出现边坡水平位移超过警戒值，及时通知有关各方，同时采取坡顶卸载、减缓放坡角度，加长加密土钉和施工预应力锚杆的方法处理。
基坑开挖至设计标高后，必须及时铺筑基坑的混凝土垫层，特别是靠近基坑边的混凝土垫层，以提高基坑抵抗土体变形的整体能力。
六、基坑排水
本工程穩定地下水位埋深较高，在基坑开挖过程中，大气降水量也较大，为了确保基坑不受影响，故在基坑开挖时，在坑顶及坑底四周分别设置排水沟和集水井，采用明沟排水，坑底排水沟距灌注桩距离不小于0.3m，深度必须低于坑表面0.3m，集水井低于坑底0.6m，每15m设集水井1个，排水时集水井内采用电动潜水泵将水排入沉淀池，沉淀后排向场外管网，在施工过程中，派专人进行值班，确保土方开挖的正常进行。
当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法。当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施保证坑底土层稳定。
七、基坑施工监测
7.1基坑施工监测的必要性
由于基坑自开挖就处于动的状态，支护结构的受力状态、大小、位移变形都随着开挖深度的增加而增加，而且本工程周围建筑物距离基坑较近，随着基坑暴露时间越久，基坑支护体系的位移变形越大，随时可能都会发生事先估计不到的事故。依据国家《建筑基坑支护技术规程》，在基坑施工及地下结构施工期间，应对周边环境和支护结构进行监测，及时撑握降水、基坑开挖和施工过程中支护结构的实际状态及周边环境的变化情况，做到及时预防，为基坑边坡和周边环境的安全与稳定提供监控数据，防患于未然。
7.2基坑监测的内容和要求
基坑监测的内容包括基坑四周土体深层和浅层水平位移检测，基坑四周建筑、道路及地面沉降监测、地下水位监测及围护体系受力监测。
土方开挖前将各监测点布置好，各项监测的零点均在第一层开挖前测定，基坑开挖过程中，应加强对支护结构体系和基坑稳定性监测，做到每一挖土步骤就要实施监测，然后对桩顶位移、桩倾斜度、桩沉降等监测值进行综合分析，如果监测值是一种渐变的递增过程，则说明基坑处于合理的稳定状态；如果监测值发生突变或出现峰值，则说明基坑支护结构承受过大的土压力，则需要放慢挖土速度或立即停止挖土，待基坑变形监测值停止增长或增长缓慢，则可继续进行土方开挖。
监测预警值：围护体连续3天水平位移速率达到3mm/d，靠近西侧累计最大水平位移达到15mm，累计沉降达到15mm，其余处累计最大水平位移达到30mm，累计沉降达到30mm；地面累计沉降超过基坑深度的1%；深层土体位移达到25mm。
测量控制点应设在基坑变形、位移区以外安全的地方，并加以妥善保护。每次监测，都应使用同一台测量仪器，在相同的位置上，由同一观测者按同一方案施测，测量人员应根据实际数据做好监测记录。如发现厂房出现裂缝等情况，立即报告建设单位，启动应急预案，及时与设计单位沟通，制定加固技术措施，以保证周边厂房的安全。
八、结语
本基坑工程施工历时三个多月，整个开挖和地下结构施工阶段，临近建筑物基本稳定。靠近西侧累计最大水平位移达到10.7mm，累计沉降达到12.3mm，其余处累计最大水平位移达到25.4mm，累计沉降达到29.2mm，坑内外水位稳定。基坑的位移和沉降监测表明，基坑处于安全状态。
对临近建筑物只有1.6米的深基坑工程，采用钻孔灌注桩围护的效果非常理想，未发生滑移、坍塌现象，位移值也非常小，表明该工艺是合理、可行的。对类似施工条件的深基坑工程具有很好的借鉴作用。
参考文献：
[1]中国建筑科学研究院.JGJ120-99建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.
[2]张学飞，李连营，王大佛，王志强，丁月双.杂填土场地基坑支护设计与施工[J].施工技术，2012（7）：18-24
[3]赵志缙.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.
[4]王銮学，王文玲，纽爱涛.某17m深基坑综合支护技术[J].施工技术，2011，40（7）：27-30.
[5]建筑施工手册（4版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.
【关键词】 地下工程；深基坑；支护；机械开挖；降水；监测
本项目为改建工程，针对生物质燃料输送地下廊道施工的地质条件及周边环境和土方开挖工程的实际情况，经分析论证，决定采用悬臂式钢筋混凝土钻孔灌注桩支护形式。深基坑支护工程作为建设工程中一种特殊的构筑物，复杂性、可变性、临时性的特点使得支护结构的设计变得尤为艰难与苛刻。
一、工程概况
1.1基坑概况
生物质发电燃料输送地下廊道长85.92m，宽6.8m，坡道部分长36.91m，平直部分长49.01m。自然地面相对标高为-0.250m，基础底板顶面结构标高-7.200m，底板厚1200mm，垫层100mm。
1.2周边环境
西侧距地下廊道1.6m处为原有四层框架结构厂房，为运行中的燃料输送控制系统；东侧距地下廊道13m处为原有二层砖混结构的材料库房。其基础为混凝土独立基础，埋深为1.5～2.0米，墙下为条形砖基础。
二、工程水文地质条件
2.1工程地质条件
根据地质勘察报告显示，基坑开挖及其影响范围内主要土层分布如下表：
2.2场地水文地质特征
地下水主要为卵石层的孔隙潜水，主要受大气降水及地表水补给，水位随季节性变化，枯水期水位在地表下2m-2.4m。场地内地下水对混凝土结构无腐蚀性。
三、基坑支护设计
根据对场地环境、周边建筑物的重要性、开挖深度及工程地质条件的综合分析，在基坑开挖深度范围内大部分为含砾粉质粘土和卵石层，土质较松散，地下水位埋深在1.5米左右，水位较高。采用人工挖孔灌注桩，虽然费用相对较低，但可操作性、安全性较差，施工工期较长。现场施工条件，不具备大开挖施工条件，现为雨季，地下水位高。为了确保基坑周边建筑物的安全以及生产的正常运行，遵循“安全可靠、技术可行、经济合理、节约工期”的原则，经过多种方案的技术和经济对比，在基坑西侧距地下廊道1.6m原有多层厂房区段内，采用机械钻孔灌注桩对该基坑进行支护处理，并经过专家论证，其余基坑周边采用放坡+土钉墙支护。
3.1灌注桩设计
基坑开挖深度为7.2m，为了保证基坑边坡的稳定，采用φ1200@1600钻孔灌注桩围护结构，混凝土强度为C30，桩长为14.7m，桩顶标高为0.00m。内配钢筋笼，主筋为20φ28，φ8@200螺旋箍，φ18@2000加强筋。
3.1.1、设计简图
3.1.2、计算
3.1.3、围护桩设计
3.2冠梁和面层设计
排桩顶用冠梁连接为整体，冠梁设计参数为：混凝土强度等级为C30，宽1400mm，高1000mm，主筋为上下各5φ16、左右各12φ25，箍筋为φ10@150四肢箍。
四、基坑支护施工
4.1钻孔灌注桩施工
钢筋混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。
泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺流程如下：场地平整→桩位放线→开挖浆池、浆沟→护筒埋设→钻机就位、孔位校正→成孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣→清孔换浆→终孔验收→下钢筋笼和钢导管→浇筑水下混凝土→成桩。
4.1.1、成孔顺序
为了防止孔内串穿影响成桩质量，采取间隔跳跨顺序施工，相邻桩孔的开孔时间控制在混凝土浇筑完24小时以后进行。
4.1.2、钻孔
钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，地下水位以下的孔壁土在静水压力作用下向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能防止孔壁坍塌。护筒除起到这个作用外，同时也有隔离地表水进入、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向等作用。
钻孔深度要求嵌入中风化细砂岩1.5米以上，为此在进入强风化岩时必须由施工、监理、设计等到场确认，从钻渣中取样确认全风化、强风化层，以便控制进入中风化层的厚度。终孔到设计标高及入岩厚度后，施工单位应自检，自检内容包括：孔位座标、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥浆比重等符合要求后报监理验收，监理验收合格后报建设单位、设计单位进行复核、验收，并对其它情况进行检查，是否符合设计要求。
4.1.3、泥浆护壁
泥浆池在作业现场开挖，池内铺设塑料薄膜，以防渗漏，污染环境。泥浆采用优质膨润土、纤维素、加添加剂和水搅拌而成。泥浆具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗漏，防止坍孔的作用。调制的泥浆应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会消弱钻头冲击功能，降低钻进速度。
4.1.4、清孔
首次清孔是在终孔后进行，待泥浆比重、孔深符合设计要求后方可起钻，用测绳测量孔深。二次清孔在安装钢筋笼和下导管之后进行，调整泥浆比重，用导管注入小比重泥浆，置换孔中的沉渣和大比重泥浆，使泥浆比重和沉渣厚度符合规范要求。
4.1.5、钢筋笼的制作吊装
钢筋笼在现场制作，检查是否符合设计要求，待成孔結束后，吊放钢筋笼。钢筋笼搬动和起吊时要防止扭转、变形、弯曲。钢筋笼安装采用16吨汽车吊起吊入孔，采用三点起吊的方式下沉到设计标高后立即检查是否安装到设计位置，有无偏心，经检查合格后加于固定，钢筋保护层厚度不得小于50mm。 4.1.6、灌注水下混凝土
为确保水下混凝土的质量，保证其强度及连续性，本工程采用商品混凝土罐车运输，导管灌注的施工方案。水下砼质量控制：须保证水下砼有可靠的流动性和和易性，塌落度控制在18cm-22cm，用塌落度筒现场测量，并计算和控制好砼初灌量，导管埋置深度一般控制在4m-6m。每一根桩的混凝土灌注必须连续进行，控制拆除导管的时间，一次性连续作业完成。
4.2冠梁施工
待桩的混凝土强度达到80%后，即可进行桩头处理，人工用风镐凿除桩头不少于1米，并以桩砼骨料和砂浆均匀为宜。灌注桩顶的钢筋须锚入冠梁900mm，并与冠梁钢筋连接。钢筋安装结束，立即支设模板，浇筑商品混凝土，待灌注桩及冠梁混凝土达到设计强度80%后，方可进行基坑的土方开挖。
五、土方开挖施工
5.1土方开挖的方法及要求
基坑土方必须分层匀衡开挖，每层开挖深度不宜超过1.5m。并防止土方开挖设备碰撞支护结构。坑底应保留200mm-300mm地基土用人工挖除整平，以避免扰动基底原状土。土方开挖采用土台阶法施工，边挖边向上传递土方，所挖出的土方经挖机分级传递至基坑顶面后，直接装车转运出场地。
5.2防止边坡失稳的措施
基坑开挖过程中，发生异常情况时，应立即停止挖土，查清原因并采取措施后，方可继续挖土。土方应及时运走，严禁将土方堆于基坑周围。
在基坑开挖过程中，如出现边坡水平位移超过警戒值，及时通知有关各方，同时采取坡顶卸载、减缓放坡角度，加长加密土钉和施工预应力锚杆的方法处理。
基坑开挖至设计标高后，必须及时铺筑基坑的混凝土垫层，特别是靠近基坑边的混凝土垫层，以提高基坑抵抗土体变形的整体能力。
六、基坑排水
本工程穩定地下水位埋深较高，在基坑开挖过程中，大气降水量也较大，为了确保基坑不受影响，故在基坑开挖时，在坑顶及坑底四周分别设置排水沟和集水井，采用明沟排水，坑底排水沟距灌注桩距离不小于0.3m，深度必须低于坑表面0.3m，集水井低于坑底0.6m，每15m设集水井1个，排水时集水井内采用电动潜水泵将水排入沉淀池，沉淀后排向场外管网，在施工过程中，派专人进行值班，确保土方开挖的正常进行。
当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法。当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施保证坑底土层稳定。
七、基坑施工监测
7.1基坑施工监测的必要性
由于基坑自开挖就处于动的状态，支护结构的受力状态、大小、位移变形都随着开挖深度的增加而增加，而且本工程周围建筑物距离基坑较近，随着基坑暴露时间越久，基坑支护体系的位移变形越大，随时可能都会发生事先估计不到的事故。依据国家《建筑基坑支护技术规程》，在基坑施工及地下结构施工期间，应对周边环境和支护结构进行监测，及时撑握降水、基坑开挖和施工过程中支护结构的实际状态及周边环境的变化情况，做到及时预防，为基坑边坡和周边环境的安全与稳定提供监控数据，防患于未然。
7.2基坑监测的内容和要求
基坑监测的内容包括基坑四周土体深层和浅层水平位移检测，基坑四周建筑、道路及地面沉降监测、地下水位监测及围护体系受力监测。
土方开挖前将各监测点布置好，各项监测的零点均在第一层开挖前测定，基坑开挖过程中，应加强对支护结构体系和基坑稳定性监测，做到每一挖土步骤就要实施监测，然后对桩顶位移、桩倾斜度、桩沉降等监测值进行综合分析，如果监测值是一种渐变的递增过程，则说明基坑处于合理的稳定状态；如果监测值发生突变或出现峰值，则说明基坑支护结构承受过大的土压力，则需要放慢挖土速度或立即停止挖土，待基坑变形监测值停止增长或增长缓慢，则可继续进行土方开挖。
监测预警值：围护体连续3天水平位移速率达到3mm/d，靠近西侧累计最大水平位移达到15mm，累计沉降达到15mm，其余处累计最大水平位移达到30mm，累计沉降达到30mm；地面累计沉降超过基坑深度的1%；深层土体位移达到25mm。
测量控制点应设在基坑变形、位移区以外安全的地方，并加以妥善保护。每次监测，都应使用同一台测量仪器，在相同的位置上，由同一观测者按同一方案施测，测量人员应根据实际数据做好监测记录。如发现厂房出现裂缝等情况，立即报告建设单位，启动应急预案，及时与设计单位沟通，制定加固技术措施，以保证周边厂房的安全。
八、结语
本基坑工程施工历时三个多月，整个开挖和地下结构施工阶段，临近建筑物基本稳定。靠近西侧累计最大水平位移达到10.7mm，累计沉降达到12.3mm，其余处累计最大水平位移达到25.4mm，累计沉降达到29.2mm，坑内外水位稳定。基坑的位移和沉降监测表明，基坑处于安全状态。
对临近建筑物只有1.6米的深基坑工程，采用钻孔灌注桩围护的效果非常理想，未发生滑移、坍塌现象，位移值也非常小，表明该工艺是合理、可行的。对类似施工条件的深基坑工程具有很好的借鉴作用。
参考文献：
[1]中国建筑科学研究院.JGJ120-99建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.
[2]张学飞，李连营，王大佛，王志强，丁月双.杂填土场地基坑支护设计与施工[J].施工技术，2012（7）：18-24
[3]赵志缙.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.
[4]王銮学，王文玲，纽爱涛.某17m深基坑综合支护技术[J].施工技术，2011，40（7）：27-30.
[5]建筑施工手册（4版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.