工程实例|深基坑工程基坑外降水支护技术

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摘要：在天津站东、西侧旅客地道深基坑工程施工中，根据天津站改造施工以及周边环境的特征，采用满足基坑围护结构设计要求的坑内、坑外降水，使用预应力钢支撑支护基坑等施工工艺，圆满完成了基坑施工。

1、工程简介

天津站改扩建工程为奥运相关配套工程．于2007年2月1日开工．总体工程于2008年7月31日完工。东西两侧旅客出站地道是天津站改扩建工程的一部分．位于天津站中心东、西两侧。西侧旅客出站地道中心距车站中心63m．京津城际里程为CJDK115 708．54、东侧旅客出站地道中心距车站中心126m．京津城际里程为CJDK115 897．54，两个出站通道孔径均为16.4m。与东西两侧地道同期施工的工程有南北联系通道、地下进站大厅、新建北站房．东西两侧地道影响的线路为站内京山临时正线。

天津站总体工期已经确定，东西地道地下结构必须于2007年7月31日前完成，但工程前期受既有线过渡及地下障碍物影响．围护结构最早于2007年5月10完成，留给基坑开挖支护及主体结构的施工时间仅110天，且整体施工工艺复杂．即基坑开挖支护完成后进行侧墙喷锚抹面及基底垫层施工一外包防水施工一防水保护层施工一结构分步施工。受混凝土养护时间限制．侧墙喷锚抹面、垫层施工及主体结构施工周期均无法改变．且天津地区6、7月份已经进入雨季．地下水头更高．钢支撑必须严格按照设计工艺施工，但完全按照设计施工方案将无法按期完成本工程。通过对工程现状进行详细分析．优化基坑降水方案，以便在确保基坑安全的同时优化基坑开挖支护方案．最终确保主体工程顺利完工。

为确保天津站内不中断铁路行车．东西两侧地道以京山临时正线划分为两个阶段进行施工．第一阶段施工时延临时正线方向在通道内设围护结构。基坑深12.3米，宽度19.7米。示意图如下：



地道基坑围护结构采用φ1.Om和φ0.8m的C30混凝土钻孔灌注桩．桩顶设1.OmX0.8mC30钢筋混凝土冠梁。临时正线一侧设计为一级基坑．采用中φ1.Om的灌注桩，其余部位设计为二级基坑采用φ0.8m的灌注桩，灌注桩长21.8~22.6m；钻孔桩外侧设双排水泥搅拌桩止水，长度比钻孔桩短2m．基坑内地基处理采用中φ0.6m的水泥搅拌桩。基坑内部自上而下横向设置φ0.6mX16m钢管支撑三道．第一道支撑支在灌注桩顶部冠梁处，第二道及第三道支撑支在安装在桩身上的”工”字钢腰梁处。支撑宽度为19.7m。水平间距为2.9～3.0m竖向最大间距为：第一道支撑支在桩顶冠

梁中心第二道支撑距第一道支撑5.3m第三道支距第二道支撑3.9m距基底3.1m．围护结构在临时正线侧设斜向支撑。



主体结构为整体式框架结构设计施工工序为：结合钢支撑所在位置分步施工即先施工底板，待底板混凝土达到设计强度后拆除第三道支撑．然后施工边墙待边墙混凝土达到设计强度后拆除第二道支撑．同时在已完边墙上设置倒撑．最后施工剩余部分边墙及顶板，待顶板混凝土达到设计强度后拆除第一道支撑。

2、工程地质及水文地质

2．1工程地质

旅客地道位于天津站内．属冲积平原，地形平坦。地层主要粘土、粉质粘土、粉土、淤泥质粉质粘土；表层覆盖人工堆积层杂填土素填土。

2．2水文地质

场地表层地下水类型为第四系孔隙潜水．粉砂以下及粉土中的地下水具有微承压性，为微承压水。主要受大气降水补给，水位变幅1.0～2.Om。

勘探期间场地范围内地下水埋深0.2～2.85m。(高程0．98～3.4m)，经取水试验分析表层地下水对混凝土结构无腐蚀性。

2．3地震基本烈度为7度设计基本地震加速度值为0.15g。

3、基坑降水及支护设计

3．1基坑降水

3．1．1基坑内降水设计

基坑的止水帷幕在深入到基底以下6m，深入粉质黏土6m 左右．以下有粉质黏土6m．基坑内外地下水已失去联系，基底处在粉质黏土层 渗透系数0.05m／d．可视为不透水的底板．基坑降水除了大气降水的入渗补给外．已没有其他地下水的补给途径。

根据天津市区多年地下工程施工的经验，施工采取大口径深井加真空降水的方法，即在大口径深井中用真空集水．水泵抽水．以达到基坑降水和土体排水固结的目的。根据每口井的有效抽水面积(约260m2)，需在开挖面积约3600m2的主体结构基坑中布置1 5口降水井．井管埋设深度比挖土基底深5m．间距一般1 2m左右。其中设置4口降压井．井管埋设深度22m。在基坑围护外8个地道出El布置8口井，深28.Om．作为观测井和备用降压井。用于观测基坑内降水对基坑外地下水位的影响．根据坑内外水位变化确定降水的速率和抽水量。在临时正线外侧设置2口回灌井，防止临时正线下沉。

采用井径550mm．管径和过滤器1：3径为200mm，过滤器位于地面以下4～16m．长12m 下设沉淀管1m。滤水管外包一层4O目尼龙网 井深范围内回填φ3～7mm滤料。根据涌水量大小的选取深井潜水泵的型号，潜水泵下放到设计深度，甭管连接紧密不漏水。

基坑周围设400×400水沟．上置盖板．水沟与市政污水排放系统连接 抽水通过水沟排入市政污水系统。









3．2基坑开挖支护及主体结构施工

3．2．1基坑开挖支护

基坑开挖时分层 分步进行 每层土体的开挖深度4米。为保证机械的安全操作空间下，充分利用土体本身的自稳自抗能力．基坑开挖后及时进行支撑安装．减少围护墙的位移。根据实际情况确定开挖顺序为：先中间后两侧的 开槽 方式开挖。一次开挖深度经PKPM工程软件检算，检算结果满足安全要求。

3．2．2附属及主体结构施工

(1)外包防水施工。本工程采用外贴式防水，即主体结构施工前将底板及侧墙防水层施工完毕．因此，基坑开挖完成后必须进行垫层及侧墙找平处理。由于天津站内地质条件较差，围护桩施工前进行过大面积开挖换填，且换填后立即施工钻孔桩造成钻孔桩局部扩孔．钻 L桩施工前虽然外放一定尺寸但仍有部分扩孔混凝土侵入主体结构，为保证主体结构尺寸，必须对此部分混凝土进行凿除后方可进行喷锚、抹面处理。外贴式防水采用一层4mm厚自粘聚合物改性沥青聚酯胎防水卷材，其施工环境要求干燥无水渍否则会导致卷材与基面接触不牢致使发生空鼓现象．影响防水质量．因此必须待侧墙及基底完全干燥后方可施工。

(2)主体结构施工。受钢支撑影响 施工工序较普通框架桥相比更为复杂．无法实现两步施工 两阶段混凝土养护至少1 5天，且边墙钢筋不能一次性安装到位．必须待第二道钢支撑拆除后进行接长施工．严重制约施工工期。

4、方案优化可行性分析

4 1基坑外降水

由于天津市地下水位较高，且本工程毗邻海河 地下水十分丰富．再加上天津地区6、7月份已经进入雨季，基坑安全压力极大。本次方案优化所采用的基坑外降水与坑内降水方案相同即在大口径深井中用真空集水．水泵抽水，降水井布置间距同基坑内如此可有效的降低地下水头．最大程度的减小了坑外水压力对基坑围护结构的受力作用。

4．2基坑安全验算

在仅考虑坑外无水土体对围护结构施加侧压力的情况下 且全地道范围内采用水泥搅拌桩进行地基加固，加固后的土体对围护桩具有较好的嵌固力因此大胆设想是否可以取消第三道．并在底板施工完成后拆除第二道钢支撑，采用PKPM工程软件对围护结构进行受力检算后发现，取消第三道钢支撑对基坑安全几乎没有影响．且底板施工完成后拆除第二道钢支撑后仍可满足基坑安全要求。验算合格后，经组织各方专家论证一致认为此方案可行．是否可以直接取消第二道钢支撑可根据过程中进行试验总结再行定论。但施工过程中必须高度关注基坑监测。基坑监测分以下项目基坑开挖期间，须对基坑本身的沉降和位移、水平支撑轴力、基坑底回弹及相临建筑物进行监测．监测频率在开挖期间要每天观测～次。非开挖期间每两天观测一次。

4．2．1监测内容

根据相关经验及有关规范、围护桩施工要求．本工程主要监测围护施工可能影响的楼房和基坑本身稳定。根据本场地的周边环境、提出的监测内容和本工程特点．确定本工程的监测内容如下：(1)基坑监测：基坑顶部沉降和位移监测；(2)水平支撑轴力监测；(3)基坑底回弹监测；(4)基坑内外地下水位；(5)周边环境监测项目。

施工过程中一旦发现监测值接近界限报警值，立即停止施工，并进行支持加强处理。

5、方案实施

5．1基坑开挖支护

基坑内外降水至基底以下后进行基坑土方开挖，支护，土方开挖工序由此得以简化，即第一步开挖至冠梁下4m处，待第一道钢支撑安装完成后继续往下开挖．开挖至第二道钢支撑以下4米后开始安装第-N钢支撑。随后开挖至基底以上0 3m。剩余部分土体由人工进行开挖清底。

工程实施过程中，通过实时监测并总结得知．减小钢支撑安装时所施加的预应力值，可有效控制因基坑开挖后内外压力不一所造成的钢支撑变形．确保了基坑安全。

此方案的实施，在确保基坑安全的同时 简化了施工步骤，有

效缩短了施工周期．由于较设计方案少一道钢支撑．极大的节约了

施工成本。

5．2 回灌技术

施工过程中及时分析监测结果．一旦发生异常，及时进行地下水回灌．有效防止了既有线路建筑物沉降变形，确保了安全。

5．3主体结构施工

由于第三道钢支撑已经取消，因此，底板混凝土养护过程中即可措设脚手架、支边墙模板．待底板混凝土养护7天后拆除第二道钢支撑．结果证明，此时拆除第二道钢支撑有利于延长围护桩变形时间．极大的降低了因桩体变形对结构造成的危害。第二道钢支撑拆除后，边墙钢筋接长及顶板模板支设可同时进行．有效缩短了施工周期确保工程安全的同时按期完成结构封顶．取得圆满成功。

5．4进一步优化

鉴于东西地道二期工程设计均为一级基坑，围护桩直径增大至1m。通过检算及论证，在工期极为紧张的情况下．通过基坑外降水，最终实现了直接取消第二道钢支撑并全完成施工确保了天津站在奥运前如期开通。

6、结语

本次对深基坑工程坑外降水支护技术研究并成功实施，完全是建立在科学理论分析和准确计算的基础之上，在开拓创新思路和工作方法上具有较好的借鉴作用。此外．还为未来类似的工程施工提供了借鉴和宝贵经验，可有效提高工作效率节省时间、节约施工成本。

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