深基坑开挖监测工法

《深基坑开挖监测工法》是广东省基础工程公司完成的建筑类施工工法；完成人分别是邵孟新、李钦、彭小林、钟国辉和许健 ；适用于开挖深度超过5米、或开挖深度虽未超过5米但场地地质水文条件和周 边环境较复杂的基坑工程 。

《深基坑开挖监测工法》主要的工法特点是：测点选择一定有代表性和针对性，基本上能反映整个结构的受力或变形情况，同时要尽可能监测到整个结构受力或变形的最大值，能起到监测的预警作用。如对围护结构的位移的观测，其长边中点处有可能是位移最大值， 在该处就要布置位移观测点。又如钢筋混凝土支撑的测点应布置在支撑长度的1/3部位等 。

2011年9月30日，《深基坑开挖监测工法》被中华人民共和国住房和城乡建设部评定为国家二级工法 。

在深基坑的设计施工过程中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其他条件的复 杂影响，以及基于当前土压力计算理论和边坡计算模型的局限性，很难单纯从理论上预测工程中可以遇 到的问题，所以进行深基坑的信息化施工是十分必要的。即在深基坑的开挖过程中，对支护结构、基坑 邻近建筑物、地下管线以及周围土体等在理论分析指导下有计划地监测，以此监测数据为依据，对基坑 支护进行动态设计，是十分必要的。

广东省基础工程公司通过广东省工商银行业务大楼、东门车库、合银广场、粤财大厦等基坑的施工 监测，总结出了深基坑开挖监测工法，并于2001年被评为国家级工法。

《深基坑开挖监测工法》2001年获得国家级工法以来，广东省基础工程公司在已完成的一百多个深基坑工程中都釆用了 该工法技术进行监测，其中2001年至2003年承建的深圳地铁罗湖站基坑支护工程、2003年至2006年 承建的南宁佳得鑫水晶城地下室工程、2007年至2010年承建的南宁名都广场地下室工程对本工法的综 合应用和发展尤其具有代表性。其中罗湖站工程利用监测数据为依据，反馈计算并优化基坑支护体系的 设计，节省了成本，缩短了工期。罗湖站获得2005年建设部专项技术科技示范工程，2006年获得中国 市政工程协会的市政金杯示范工程，2007年获第七届中国土木工程詹天佑大奖 。2100433B

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的工法特点是：

1.对于富水砂质粉土深基坑，土体流变性、渗透系数较大，开挖过程中存在流砂、管通、围护结构变形超报警值、纵坡失稳等风险，该工法在现场实施过程中，充分运用了深基坑变形时空效应规律。开挖与支撑组织得力。两道关键工序衔接良好，能有效地控制了周边构筑物、围护结构沉降及围护墙体水平位移满足基坑保护等级要求；

2.信息化施工，充分利用监测的信息指导基坑开挖、支撑作业，保证基坑施工安全；

3.开挖作业速度较快，能够做到及时支撑，有效防止基坑无支撑时间暴露过长，引起变形超报警值。

富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法适用范围

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》适用于富水砂质粉土地层，明挖顺作法施工的条形基坑开挖与支撑。

富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法工艺原理

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的工艺原理叙述如下：

在开挖过程中，充分遵循时空效应规律，遵循"竖向分层、纵向分段、先中间后两侧、随挖随撑、先撑后挖"的施工原则。在规定时间内分层分段分块开挖土体，充分发挥被动土压力的作用，在限定时间内支撑并施加预应力，根据监测数据对支撑复加预应力，当监测数据异常时，及时对施工方案和施工参数作出调整。

富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法施工工艺

• 工艺流程

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的施工工艺流程见图1。

一、开挖前期降水加固

对坑内微承压含水层抽水减压和坑外承压水降压，防止开挖过程中坑底产生突涌、流砂现象，确保基坑施工过程中的安全性。

降低基坑内潜水水位，减少土体的含水量，使土层压缩固结，增大被动土压力，从而保证基坑的稳定和减少对基坑周围环境的影响。同时有利基坑开挖作业的实施，并便于挖土外运。由于砂性土有易液化的特点，在立柱桩、地下连续墙及周围动荷载的作用下，砂性土容易产生液化现象，地下水大量上升，地基土强度大打折扣，通过降低地下水位，防止砂性土液化。

根据基坑底板的稳定性条件：H_土×γ_土-F_s×γ_水×γ_土≥0，式中H_土——基坑底至承压含水层顶板间距离（米）；γ_土——基坑底至承压含水层顶板间的土的重度（千牛/立方米）；γ_土——承压水头高度至承压含水层顶板的距离；γ_水——水的重度（千牛/立方米），取10千牛/立方米；F_s——安全系数，一般为1.0～1.2，该工程取1.10。

基坑底板至承压含水层顶板间的土压力G应大于承压水的顶托力P。根据计算结果确定是否需要降低承压水，进而确定当基坑开挖深度多少米，开始降水。

降压井采取按需降水，并经过降水试验获取承压水水头高度，最终确定降水参数，并考虑季节性变化等的影响，对每一工况进行检算。根据现场实际情况确定降压井是布置在坑内或坑外。

认真对承压水位进行观测记录，发现异常情况及时进行处理。

降水对周边管线及建筑物的情况进行监测，保证施工安全。

二、基坑开挖

根据砂性土的特点，采取针对性技术措施，首先保证降水效果，增大被动土压力，抑制土体变形；其次，控制基坑开挖时纵向和横向坡度。防止滑坍，选取合适施工参数；控制做业时间，缩短基坑开挖及支撑作业时间，随挖随撑；严格控制地表水进入基坑。

标准段：第一层采用大型挖机开挖至第一道支撑处，安装支撑并施加预应力，第二层及以下部分采用小挖机坑内挖土，抓斗出土，最下一层300毫米厚土层由人工清除。标准段土方开挖按时空效应分层、分段、对称均衡的进行，平面上先中间再两边，严格按小坡1:2，平均坡度1:3进行。

端头井；首先撑好标准段内的2根对撑，再挖斜撑范围内的土方，最后挖除坑内的其余土方。斜撑范围内的土方，自基坑角点沿垂直于斜撑方向向基坑内分层、分段、限时地开挖并架设支撑。端头井部位第一层，采用大型挖机，按斜撑的垂直方向后退开挖，边开挖边安装斜撑，第二层及以下部分的边角部位，采用小型挖机和人工开挖倒运土方，喂给抓斗出土。其余部位与标准段开挖方法相同。标准段分层分段及端头井开挖详见图2、图3。

三、钢支撑安装施工工艺流程见图4。

• 操作要点

《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的操作要点如下：

一、施工准备

1.连续墙、圈梁和第一道混凝土支撑及基底加固达到设计强度后，凿除内侧导墙及路面。

2.布置测量网点：先布置好每个基坑的测量网点，放出各轴线位置及在圈梁侧面（开挖面）标识出控制标高，以保证支撑的及时安装和控制挖土标高。

3.技术交底：将开挖分层位置、标高、深度和各道支撑位置及施加轴力值等施工参数、技术指标和质量标准，向全体施工人员详细进行技术交底，使全体施工人员熟悉并掌握该工程所执行的各项技术措施和技术标准。

4.检查大管径深井井点降水效果和地基加固龄期；当井点降水固结持续20天以上；地下水位按设计要求降到基坑底开挖面以下3.0米，基底加固土体已达到设计强度。

5.配备施工机械：根据施工的工作量、各开挖阶段及工期要求，配备小型、普通和长臂挖掘机用于基坑开挖，50吨履带起重机用于拼接和吊装钢支撑。基坑主要采用ф609钢管支撑，施加钢支撑轴力采用与钢管支撑配套的抱箍式液压千斤顶装置，100吨和200吨各一套。

6.落实弃土地点：基坑开挖前，落实好弃土场地，征得当地主管部门许可，办理相关渣土外运手续。通往弃土地点的道路和桥梁应能承受大型出土车的载荷。

7.制定应急预案，准备充足的应急物资，组织应急抢险队伍。

8.基坑开挖条件验收：通过质检站组织业主、监理、设计和施工单位四方参加的节点验收，开挖条件验收合格后方可进行开挖。

二、基坑开挖施工工艺

1.第一道支撑施工前土体（第一层土方）：采用挖掘机施工，以“后退式”施工抓去表层土，开挖至支撑面标高时，完成第一道支撑的架设。支撑要及时撑好并施加预应力。

2.第二道支撑施工前土体（第二层土方）：在基坑两侧采用普通挖掘机进行取土，开挖至支撑面标高时，完成第二道支撑的架设。

3.第三、四道支撑围内土体：在基坑两侧分别配备一台长臂挖掘机并配合两台0.25~0.4立方米小挖机进行挖土。在开挖至支撑设计标高以下300～500毫米时，完成各道支撑的架设。

4.剩余土体：在基坑两侧分别配备一台伸缩臂挖机并结合一台0.25~0.4立方米小挖机进行挖土。在挖机无法作业的阴角采用人工配合修土的方式取土。

5.当挖至离设计坑底标高30厘米时，采用人工挖土修坡的方法平整基坑，不得超挖与扰动基底土，挖到设计坑底高程后，及时分块分段浇捣混凝土垫层以减少坑底土体回弹，并对地下墙围护起一定支撑作用减少地下墙的水平位移。

6.各开挖阶段严格按照时空效应规律，计划好每天的作业任务，确保基坑无支撑暴露时间满足规范要求。

7.基坑开挖一般安排在每天晚上7：00～8：00开始挖土到第二天早上5：00前完成出土，白天时间内按照"随挖随撑"的原则尽快完成支撑安装作业。

8.同时在每天的基坑开挖后的第一时间内，安排地墙凿毛队伍将支撑两端的地墙主筋或预埋钢板凿出，以供支撑队伍及时跟进施工。

9.各土层开挖方法见图5。

三、钢支撑安装施工工艺

根据土方开挖进度要求，提前备好支撑钢管和配件，将支撑钢管装配到设计长度，每小段土方开挖完成后，立即安装，并施加预应力。第一层每小段开挖完成，同时安装两根支撑，第二层及以下部分，每段土方开挖时，每根钢支撑紧跟开挖面，随挖随撑。

支撑位置的土方开挖后，凿除覆盖在地墙预埋钢板上的混凝土，整平此处的地墙表面，安装支撑托架。用吊车将支撑整体吊装就位，同时用千斤顶施工预应力，将两端钢垫箱顶紧，轴力施加装置见图6。完成后按照方案要求定时观测轴力损失值，及时补加预应力。

1.直撑安装

支撑安装前先在地面进行预拼接以检查支撑的平直度，受到损伤和变形的支撑不得用于工程。其两端中心连线的偏差度控制在20毫米以内，经检查合格的支撑按部位进行编号以免错用，支撑采用整体一次性吊装到位。

根据设计图纸，在地下连续墙上准确定出支撑的中心位置，量出两支撑的实际长度。根据实际长度拼装好支撑。每根支撑一端为活络头，一端为固定端。支撑安装前先凿出地下连续墙的预埋钢板，将预先加工好的钢牛腿焊接在地下连续墙的钢板上，焊接斜撑端头件。

将钢支撑整体吊装到位，先不松开吊钩，将活络端拉出顶住预埋件，再将两台100吨千斤顶放入活络端顶压位置。为方便施工并保持顶力一致，制做专用托架将2台千斤顶固定为一体，将其骑放在活络端上，接通油管后即可施加预应力。预应力施加到位后，在活络端中楔紧楔块，然后回油松开千斤顶，解开起吊钢丝绳，即完成整根支撑的安装。直支撑安装详见图6。

2.斜撑安装

端头井、临时封堵墙等拐角处设计采用斜撑。因斜撑与围护结构有一定的夹角，不易直接安装支撑并施加预应力，斜撑安装前先将斜撑支座与预埋在地下连续墙的钢板进行焊接，将斜撑支座连成整体，然后进行支撑安装作业，斜撑牛腿应与支撑相密贴、垂直，其安装方法与直撑相同。

3.支撑钢垫箱制做

由于设计工况要求，对于标准段的第三道支撑（端头井第三、四道支撑）待结构顶板达到设计强度后方可拆除。该层支撑在浇捣侧墙施工时不能拆除。为满足地下车站防水设计要求，因此需分别在此类支撑的二端部设置钢垫箱（图7），将其浇捣在混凝土墙板内，在拆支撑时再将其割断。

4.预应力施加

预应力施加前，必须在具有资质的检测单位对油泵及千斤顶进行标定，并出示检测报告，在监理机构进行备案留存。使用中要经常校验，使之运行正常，确保量测的预应力值准确，每根支撑施加的预应力要记录备查。

预应力施加中，必须严格按照设计要求分步施加预应力。先预加到50%~80%预应力，再检查螺栓、螺帽、焊接情况等，无异常情况后，施加第二次预应力，达到设计要求。

5.施工时应遵循如下技术措施：

1）钢管横撑的设置时间必须严格按设计工况条件掌握，土方开挖时应分段分层，按基坑开挖深度、开挖时间及时架设钢支撑。

2）所有支撑连接处，均应垫紧贴密，防止钢管支撑偏心受压，一般用速凝细石混凝土将空隙填实。

3）端头斜撑处钢围图及支撑头，必须严格按设计尺寸和角度加工焊接、安装，保证支撑为轴心受力且焊接牢实。

四、实行信息化施工

在整个基坑开挖施工过程中，应紧跟每层开挖支撑的进度，对地墙变形和地层移动进行连续监测，应根据基坑每个开挖段、每层开挖中的地墙变形等项的监测反馈施工实现信息化施工。根据各监测项目在各工序的变形量及变形速率的警戒指标，及时采取措施改进施工，控制变形，确保工程及已有建筑物的安全；施工过程中并应加强对基坑周围地下管线、已有建筑物的观测，根据观测结果决定采取合适的加固措施。

确保工程建设安全的关键是全过程监测基坑周边建（构）筑物的变化情况，及时测量各主要工序施工阶段引起的动态沉降数值，并与分析计算值比较，及时反馈指导设计和施工。主要的监测内容参见表1。

• 劳动力组织

为快速、高效地完成深基坑开挖及支撑施工，确保支撑及时跟进作业，根据现场施工的特点，将作业队伍分成基坑开挖、支撑安装两个工班。《富水砂质粉土地层地铁车站深基坑开挖与支撑施工工法》的劳动力组织见表2。