基坑支护设计应根据周边环境、地质条件、基坑深度、主体结构及基础型式、基坑面积、施工情况、工期及造价等因素综合确定。对于临近地铁线路的项目，对支护结构的要求更是严格。 基坑支护工程是一项高风险性的工程。近年来基坑工程事故屡有发生，并造成了重大的生命财产损失[1-5]。对于基坑支护施工过程中遇到的险情进行及时处理是避免基坑工程事故的有效措施。 本文结合一个典型的砂性土地基基坑工程项目，介绍了同类工程基坑支护选型方法。并对项目实施过程中出现几个问题和险情进行分析，给出处理建议，为同类工程提供参考。 本项目位于北京市大兴区南五环区域，拟建建筑物主要包含：9栋人才公寓，地上10~14层和地下3层；1栋小户型公寓楼，地上13层和地下3层；3栋办公楼，地上6~10层和地下2~3层。建设用地面积约72673.488m2。本工程办公楼采用框剪结构，人才公寓采用框剪结构和剪力墙结构，地下车库采用框架结构，主楼及车库均采用筏板基础，本项目±0.00为42.00m，基坑开挖深度11.55~15.65m。 地块北侧为在建某C地块，基坑围护结构外皮距离C地块地下室最近约19.5m。C地块设两层地下室，底板标高约32.75m，主楼下采用了CFG做地基处理。C地块西侧和南侧采用土钉墙自然放坡形式。 地块东侧为在建C地块项目部，项目部距基坑边最近约4.5m。该项目部为2-3层板房，距离本地块用地红线最近1m。此地块远期规划为公交场站。 地块东北角邻近既有机场线，基坑围护结构外皮距离区间左线外皮平面最近距离约30.0m，新建基坑槽底比地铁区间左线底板深约9.9m，锚索末端与地铁区间最小净距约为13.0m。 地块南侧为规划道路，道路下方已埋设一根电力管廊，外径2800mm×2928mm，管廊中心线距离红线7m，管廊结构底标高29.9~34.88m。此处地下室外墙距用地红线最近约7.5m。 地块西侧为规划道路，预计在本项目完成后施工，现为空地。围护上口线距离用地红线最近5.0m，局部汽车坡道距用地红线最近约1.3m。基坑环境总平面图如图1所示。 本工程勘察范围内的地层，划分为人工堆积层、新近沉积层和第四纪沉积层三大类，自上而下依次为： （1）表层为一般厚度为1.00～4.40m（局部18#、19#钻孔附近人工堆积层厚度约6.00~6.40m）的人工堆积的①房渣土（稍密），①1黏质粉土素填土（稍密）。 （2）人工堆积层以下为新近沉积的②黏质粉土、砂质粉土（中密），②1粉质黏土、重粉质黏土（可塑），③细砂、中砂（中密~密实）及③1粉质黏土（可塑）。 （3）新近沉积层以下为第四纪沉积的④细砂、中砂（密实），④1黏质粉土、砂质粉土（密实），④2重粉质黏土、粉质黏土（可塑），④3黏土（可塑），⑤卵石、圆砾（中密~密实），⑤1黏质粉土（密实），⑥卵石（密实），⑥1细砂、中砂（密实），⑦卵石（密实）及⑧卵石（密实）。 基底标高大多位于⑤卵石、圆砾，局部位于④细砂、中砂和④1黏质粉土、砂质粉土。场地地势较平坦，场地平整后标高约为42.00m，典型地质剖面图见图2，基坑支护设计参数详见表1。 勘察深度范围内测到1层地下水，地下水水位埋深为22.00~23.90m，水位标高为17.96~19.84m，地下水类型为潜水。含水层为卵石、圆砾及细砂、中砂层，水位标高位于第6大层内。工程场区潜水天然动态类型属渗入－径流型，主要接受大气降水入渗及地下水侧向径流等方式补给，以地下水侧向径流及人工开采为主要排泄方式；根据场区所在区域地下水位监测数据，场区所在区域地下水位近5年来呈逐年上升趋势，年平均上升幅度为1.3m左右，近3～5年最高地下水位标高为20.50m左右（不含上层滞水）。 （1）基坑开挖范围内土层主要为填土、粉土、粉质黏土、细砂、中砂、卵石、圆砾，土体性质相对较好。 （2）基坑开挖深度11.55~15.65m，地下水位标高位于槽底标高以下，因此不需要大面积降水。 （3）基坑东北角邻近地铁线路，在设计中重点要保证基坑开挖过程中运营的地铁线路安全；东侧为在建C地块项目部，距离本地块用地红线较近，为避免纠纷，支护设计应保障C地块项目部安全；南侧规划道路下已埋设一根标高起伏的电力管廊并回填，电力管廊开挖采用土钉墙支护方式，支护设计应避让管廊结构；北侧为在建C地块，C地块设两层地下室，局部主楼下设置CFG桩复合地基，基坑支护结构应避让C地块地下室及CFG桩。 北京地区类似工程常采用的支护结构有复合土钉墙、桩–锚支护两种类型。复合土钉墙施工方便、造价较低，但是场地要求高、回填土方多、基坑变形大，且开挖深度大时土钉长度较长、道数较多，致施工周期增加，性价比降低。桩–锚支护变形控制较好，在周边有敏感建（构）筑物需要保护时，可以采用桩–锚支护型式，且由于桩–锚支护中锚杆道数小于复合土钉墙中土钉道数，支护桩施工后，基坑开挖较方便。根据场地周边建筑物分布以及场地施工要求，结合地质工程条件，从经济和技术等方面综合考虑进行支护结构设计。 基坑东北角临近机场线，机场线最高设计速度160km/h，区间为盾构区间单洞圆形标准断面，外径 8.8m，内径 7.9m，壁厚 0.45m。基坑范围对应既有区间位于 R=3000m 的圆曲线上，线路纵坡为 20‰，区间覆土厚度约为 15.6~17.0m，区间隧道轨顶标高16.689~18.964m。该段盾构区间北侧为既有盾构始发井及明挖区间。 根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202-2013）[6]3.1.2条规定，城市轨道交通沿线应设置控制保护区，设置范围为地下车站与隧道结构外边线外侧50m内。本项目东北角局部区域位于地铁保护范围内，影响段长度约80m，基坑围护结构外皮距离区间左线外皮平面最近距离30.0m，建设方邀请了第三方评估单位对本项目地铁保护区范围内支护设计进行评估。 评估单位采用 Midas GTS-NX 有限元软件建立三维模型对基坑开挖及其上部建筑结构施作对区间结构及轨道产生的影响进行分析。考虑到机场线运行速度快，评估单位结合三维有限元分析、基坑施工影响、其他类似工程经验、轨道结构安全运营要求、轨道运营管理公司对变形控制指标的规定和建议等条件，确定了变形控制指标，详见表2和表3。 根据变形控制指标，对靠近机场线支护结构进行了加强，临近机场线侧坑深 13.15m（局部集水坑处深 15.15m），采用上部放坡土钉墙，下部桩加两道锚杆支护型式。放坡高度4.0m，两道土钉，土钉水平及竖向间距均为1.5m；混凝土灌注桩直径 800mm，间距1.5m，桩长 15~16m，设两道锚索，第一道锚索设置于桩顶冠梁处，一桩一锚，具体见图3（a），基坑安全等级为一级。 评估单位根据支护设计进行有限元分析，分析结果汇总如下： 1）盾构区间结构受新建基坑施工影响，机场线区间结构向基坑方向发生偏移，左线隧道 产生的最大水平位移为0.30mm，竖向以隆起变形趋势为主，隆起变形最大值为0.12mm，主要变形位于盾构管片左侧部位；右线隧道最大水平位移为0.18mm，竖向变形量很小。区间结构变形缝最大差异沉降0.16mm。变形结果均发生基坑开挖完毕后。 2）盾构区间轨道受新建基坑工程施工的影响，机场线区间轨道向基坑方向发生偏移，左线轨道水平位移为0.30mm，竖向最大隆起变形为0.12mm；右线轨道最大水平位移0.17mm，右线轨道竖向变形很小。变形结果均发生基坑开挖完毕后。 3）基坑施工过程中，盾构井最大水平位移0.26mm，整体变形均很小。 东侧非地铁保护区域由于靠近C地块项目部，基坑安全等级为一级，采用上部4m土钉墙，下部桩加一道锚索，一桩一锚支护形式。 基坑南侧存在一条电力管廊，管廊结构外皮距本项目用地红线5.6m，管廊标高起伏，管廊结构底标高29.9~34.88m。为避让电力管廊，南侧靠近电力管廊区域采用上部7m土钉墙+下部桩加一道锚索支护形式，具体见图3（b），基坑安全等级为二级。南侧非靠近电力管廊区域采用复合土钉墙。 北侧邻近在建C地块项目，为避让C地块地下室及CFG桩复合地基，采用上部4m土钉墙+下部加一道锚索，一桩一锚支护形式，具体见图3（c），基坑安全等级为二级。 西侧场地条件较好，采用复合土钉墙，具体见图3（d），基坑安全等级为二级。 项目内部实土区域采用土钉墙支护形式，基坑安全等级为三级。 本项目地下水埋深较深，不需要止水或大规模降水，如遇局部滞水，可采用集水明排处理。
基坑支护施工过程中，北侧和东侧局部区域桩顶以上土钉墙遇到杂填土，钢筋土钉成孔困难，建议采用同等间距、同等长度的钢花管土钉代替。 部分区域遇房渣土，钢筋土钉及钢管土钉均难以施工。针对此情况，建议将桩顶4m土钉墙改为桩顶挡墙。按桩顶4m房渣土计算土压力，进行挡墙设计。冠梁以上砌置370砖墙，每2.0m设置一个构造柱，构造柱截面尺寸为370mm×370mm，配筋采用6C25钢筋，箍筋A8@200。在370砖墙顶面设置一道压顶梁，由于挡墙高度较高，在地面以下2m设置一道圈梁，截面尺寸为250mm（高）×370mm（宽），配筋采用6C25钢筋，箍筋A8@200，保护层厚度为35mm，混凝土强度C30。砖强度等级MU10，混合砂浆M5。砖墙构造柱沿竖向与砖墙之间设2A8通长拉结筋，竖向间距500mm。桩顶挡墙结构大样图如图4所示。挡墙后采用2:8灰土回填密实。 后期施工过程中，部分区域边坡附近有数条外露高压电缆，钢筋土钉施工时存在较大安全隐患，为保证边坡支护及基础结构施工时的安全可靠，并防止基坑施工对外露高压电缆造成破坏，同样将桩顶土钉墙支护改为桩顶挡墙支护。 基坑开挖过程中，西侧局部区域出现土钉墙后土体掏空现象，掏空形成了一块高度约1.5m，宽度约4m，深度约0.5m的空洞。如图5所示。产生掏空的原因是第3、4道土钉附近砂层较厚，基坑开挖和土钉施工过程中出现砂层掉落、塌孔现象，施工单位没有及时进行规范化处理，仅用一些编织袋、塑料袋进行堵漏。施工期间正值雨季，大量砂土流失，挡土墙后出现掏空。 出现险情后，设计单位要求立刻用现场土体反压至洞口，再用岩棉被将洞口的底口堵上，用喷射混凝土封口，然后在洞口上方开口，往里面灌注憎水膨珠砂浆，同时预留三四根注浆管，进行必要时补注。经过处理后，现场情况稳定，避免了一场事故的发生。 砂层部位的土钉墙或复合土钉墙施工，应连续进行，结合施工能力组织作业面，坡面不可长久晾晒。开挖后及时修理边坡，编制钢筋网，钢筋网编制完成后可以先喷一层混凝土，厚度约2 cm，第二天再进行土钉或锚杆钻孔施工。混凝土经过一晚的凝固期，可以保证钻孔时坡体不再坍塌，如遇特殊情况不能及时支护，砂层墙体也不易掉落。 开挖过程中，在南侧复合土钉墙局部区域出现钢腰梁变形严重的情况，如图6所示。 考虑到复合土钉墙里的锚索相当于土钉，张拉力较小。分析产生此次槽钢翘曲的原因可能是面层没处理平整。所以后续作业的时候对于其他位置的土钉墙，要求面层处理平整。如果混凝土喷射后面层不平整，可以用砂浆把槽钢后面磨平，如果还是不够平整，可以在槽钢后面再垫块钢板。对于已经发生翘曲的钢腰梁，要求卸除锚索预应力、拆除钢腰梁，并重新制作钢腰梁，施加锚索预应力。 局部区域在桩–锚支护施工过程中出现钢腰梁变形过大现象。钢腰梁变形过大有可能会引发锚杆失效，对基坑安全危害较大[7]。分析钢腰梁变形过大的原因可能有以下几点：（1）未进行规范施工，斜垫块角度未正确设置，导致钢腰梁与锚索不垂直，张拉时导致钢腰梁变形过大；（2）锚杆张拉力较大，钢腰梁刚度不足。 为保证基坑安全，需对发生较大变形的钢腰梁进行替换，对失效锚杆进行补张拉，如锚杆外露钢绞线不满足补张拉要求，可以对锚杆进行接长。处理措施为：（1）从钢梁内侧将锚杆钢绞线切断，拆除变形较大的钢腰梁；（2）将切断的锚杆周边喷射护面凿出20~30cm的孔洞，采用锚索接长器对锚索进行接长；（3）重新制作钢腰梁斜铁，并安装钢腰梁；（4）对接长后的预应力锚索按照设计要求进行张拉锁定。 对于因钢腰梁刚度不足引起的变形过大问题，可以采用更大的钢腰梁，但这样会显著增加成本并占用肥槽空间。另外针对此类问题，也可以对钢腰梁和锚头进行加强。因本项目已经用了28b双拼工字钢作为钢腰梁，最终决定采用钢腰梁加强方式进行处理。可以在锚头承压板覆盖的工字钢两侧各加4块肋板，每个承压板下共设置8块肋板，肋板厚度大于工字钢翼缘板厚度，可根据现场已有钢板加工，节点如图7所示。 本项目基坑从2021年6月份开始施工，不同的区域由于施工顺序不同首次监测时间不同。坡顶水平、竖向位移、周边地表沉降、地下水位第一次监测时间为2021年6月13日，支护桩测斜第一次监测时间为2021年7月26日，锚杆轴力第一次监测时间为2021年8月7日，2021年10月26日开始底板施工。 根据监测报告，开挖到坑底后坡顶水平位移最大值为12.9mm，坡顶竖向位移最大值为5.35mm，沉降最大值为7.1mm，桩身测斜最大值11.34mm。 靠近机场线侧桩身测斜最大值4.73mm，均远小于设计要求报警值。靠近地铁侧四个测斜监测点CX08~CX11开挖到坑底时围护结构侧向位移见图8。CX11位于集水坑加深处附近，侧向位移比其他区域略大。 靠近南侧电力管廊侧桩身测斜最大值6.96mm，东侧非地铁保护区内桩身测斜最大值11.34mm，北侧靠近C地块侧桩身测斜最大值9.56mm，西侧复合土钉墙坡顶水平位移最大值11.8mm。 以北京砂性土地基某一基坑为背景，介绍了同类基坑支护设计选型方法。基坑施工过程中遇到了一些现场问题，本文对问题进行分析，并对险情进行了处理，最后项目顺利完成，在这个过程中得出了以下几点结论和建议：（1）厚砂层部位的土钉墙或复合土钉墙施工，应考虑施工能力组织作业面，必要时在开挖后及时修坡编网，先喷射一层混凝土再施工土钉和锚杆。（2）钢腰梁施工前，应保证喷射混凝土面层强度及平整性。如钢腰梁已发生严重变形，应重新架设钢腰梁并进行锚索张拉。当锚索张拉力较大时，可以选用更大的钢腰梁或者对钢腰梁进行肋板加强。 （3）本项目东北角临近大兴机场线，该侧支护结构侧向位移要求小于15mm，基坑开挖到底后支护结构最大侧向位移4.73mm，满足设计要求。（4）杂填土区域可以采用钢管土钉替代钢筋土钉，如遇房渣土钢筋土钉和钢管土钉均无法施工，或者因现场管线等情况无法施工土钉，可改为桩顶挡墙形式。[1] 薛丽影,杨文生,李荣年. 深基坑工程事故原因的分析与探讨[J]. 岩土工程学报, 2013, 35(S1): 468-473.
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