晋 斌 郭彦冬 郑志超
(山西四建集团有限公司，山西 太原 030012)
0 引言
随着国家经济的高速发展,地下空间利用率日渐增高，同时资源、能源及环境污染问题正成为制约经济增长的主要原因。目前我国现代城市修建的工程，多数基坑开挖均靠近建筑物红线施工，周边临近建筑物多、地质复杂导致基坑形状复杂，基坑围护结构施工作业面不足等问题。常用的地下连续墙或混凝土灌注桩支护+止水帷幕等支护结构占地宽，工程造价较高，对环境及周边建(构)筑物有一定影响，且污染较大。本文提供了不一样的解题思路和方法，供同行参考。
1 工程概况及特点
1.1 概况及特点
该工程位于山西中医学院附属医院内，施工场地狭小。基坑北临纺织街，南面有6 m宽的既有道路，南侧偏西位置开挖后该道路仅剩3 m，外侧为在用的钢质化粪池(深度约4 m，该化粪池顶板局部外露)。基坑东侧的水泵房，是20世纪80年代老旧砖混建筑，因供应整个医院的水循环系统不可拆除，施工中水泵房不可有位移与裂缝，自冠梁顶以下水泵房底部有2.2 m范围为地下埋置部分。
基坑开挖深度9 m；靠近汾河，地下水位在-2.4 m～-3.2 m。
1.2 技术难点
1)基底标高为-9.27 m，基坑开挖深度达9 m，属深基坑施工，加上地下水位高，降水深度较深，周边环境复杂，对变形要求高(要求水泵房及热力站施工期间还必须保证正常运行，以此保证医院的正常运营)。
本着安全、经济可行的原则，针对不同的部位，采取针对性的支护方式，整个基坑支护结构含灌注桩、型钢水泥土复合搅拌桩支护、内支撑、冠梁等。
2)支护种类多，必要的工艺技术间隙时间长，需组织较多的机械设备及作业人员进行同步作业，如何避免施工时的相互干扰是本工程又一难点，这就需要对施工现场进行科学、合理地布置，同时加强施工调度指挥与协调工作。
3)内支撑钢格构柱在支护桩中的嵌固应满足垂直度的要求，应采取必要的技术，措施保证钢立柱各边与对应支撑主轴线严格垂直或平行。
1.3 关键环节
1)止水帷幕应严格控制施工质量，不得漏水，以免影响基坑土方开挖和基坑安全。
2)地处医疗环境，土方外运白天不能进行，只能在夜间进行；基坑内运输坡道在基坑南侧，南侧坡道区域及支撑下方的土方开挖及运输只能采用多级接力挖运方式。
3)土方开挖时对土方作业人员交底到位，保证机械不碰撞支护结构及工程桩。基础施工阶段做好基坑变形监测，发现异常立即停止施工，查明原因并采取有效措施后方可继续施工。
4)雨季施工时，土方开挖前应保证基坑四周排水顺畅，开挖后应及时挂网喷混凝土，避免雨水冲刷坑壁，造成基坑坍塌。
2 工艺原理
SMW工法是利用专门的多轴搅拌就地钻进切削土体，同时在钻头端部将水泥浆液注入土体，经充分搅拌混合后，在各施工单位之间采取重叠搭接施工，在水泥土混合体未结硬前再将H型钢或其他型材插入搅拌桩体内，形成具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下连续墙体，该墙体可作为地下开挖基坑的挡土和止水结构。最常用的是三轴型钻掘搅拌机。其主要特点是构造简单，止水性能好，工期短，造价低，环境污染小，特别适合城市中的深基坑工程。
工具式预应力组合内支撑支护是为了减少围护壁的侧向变形或防止围护壁倒塌，在深基坑围护壁上一定位置(高度)，设置钢内撑，以提高围护壁抗主动土压力的能力。为了减少变形在钢内撑一端施加预应力。其内撑体系由预应力活络端、格构柱、主内撑杆(钢管支撑GZC)、联系杆(LXG)、斜联系管(XLXG)等杆件组成。受自重和施工荷载的作用，主内撑杆同时亦是一个压弯杆件，为减少主内撑杆件的计算长度，提高其安全度，在垂直主内撑杆轴线方向，设置若干个格构柱和柱桩，以承担主内撑杆自重。
3 关键技术
3.1 复杂地质环境深基坑应力应变监测与BIM技术相结合技术
监测点平面位置的关键是放样点与桩位关系的坐标计算，手工计算麻烦且易出错，目前大多采用AutoCAD软件标注坐标，这就需要对现有的CAD文件进行确认，并判断是利用该文件还是自己绘制。本施工方法是在选定CAD图后，把CAD平面图链接至Revit软件，建立三维模型(见图1)，通过设置参照平面和参照线，标注出需要监测埋置点的视图坐标，把视图坐标转换为测量坐标并生成全站仪识别的数据文件，通过数据线传输到全站仪内存卡，放样时只需调用即可，既节省输入大量数据的时间，又减少出错的概率。
通过使用AutoCAD和Revit软件，从平面和三维对支护桩受力变形点及应力应变监测埋置点进行综合分析，更直观地获取需要埋置点的坐标数据(如表1所示)。严格控制应力应变监测设备在支护桩埋置点的深度、平面位置和支撑应力应变监测点位置，以确保于安装埋设时位置正确(如图2所示)。依托BIM技术提前发现布设的应力应变埋置点是否能有效合理的对深基坑安全进行监测，结合土体模型和参数已定的情况下利用有限元模拟预测其变形，避免了因埋置点对基坑起不到有效监测作用而进行深层水平位移监测施工等情况。既缩短了工期又节约了成本。
表1 支护桩应力应变内力监测日报表
通过应力应变监测与BIM相结合技术，有效提高了深基坑工程监测精准度，加快监测进度，并能及时体现出在水平位移及竖向位移监测中发生深层支护、支撑的轻微应力应变，通过监测报表绘制位移曲线图提前发现问题做出应对措施，避免事故发生。确保基坑及周边建筑、地上地下管线的安全。
3.2 钢支撑应力缓冲冠梁后换砂软处理技术
由于周边环境及地质复杂，综合支护研究过程中充分考虑基坑东侧支护冠梁与水泵房距离仅有0.8 m，水泵房为医院20世纪80年代的老旧砖混建筑，目前供应整个医院的洁净水，室内纵横管路较多，施工中水泵房不可有位移与裂缝，否则会造成管路损坏，且自冠梁顶以下水泵房底部有2.2 m范围为地下埋置部分。
如果按原设计正常施工的话，当北侧支护发生水平位移时传递到钢支撑上，钢支撑的水平斜向荷载随即会传递到东侧支护冠梁，当钢支撑的水平力大于东侧支护向基坑内部的水平力和支护本身的初期抵抗水平力的值时，东侧支护便会向基坑外进行位移将力传递到水泵房上，可能致使水泵房位移裂缝或坍塌，使得整个医院和学校洁净水无法正常供应。
为避免老旧水泵房损坏造成医院无法正常运行，进行了钢支撑应力缓冲冠梁后换砂软处理技术的研究(见图3)。如果仅仅把这块挖空而不进行换填的话水泵房结构是没有影响，但不能满足支护侧限要求，通过有限元综合分析，对冠梁外侧与水泵房之间使用粗砂换填，当支护向外侧进行水平位移时，粗砂换填作为缓冲，避免支护与水泵房刚性受力破坏水泵房结构。同时也满足了支护侧限受力(见图4)。
3.3 复杂地质环境下拐角特殊节点处理
当三轴帷幕顺时针作业到拐角处时由于转角处基坑距离周边建(构)筑物过近、三轴机械本身庞大、转角角度等原因，导致基坑拐角处出现三轴水泥土搅拌桩无法正常施工的情况，针对这种情况根据设计图纸要求及现场踏勘确定处理办法，拐角处提前将三轴机械旋转角度，即原三轴机械车头朝西提前旋转为车头朝北，拐角处三轴帷幕施工幅数增加位置为基坑西侧靠北、基坑内壁齐平向西延伸增加作业范围。当拐角处相邻基坑外侧有下埋管线或其余影响施工情况时，拐角处三轴帷幕施工幅数增加位置为向基坑内侧增加60 cm向外侧增加60 cm，即三轴水泥土搅拌桩外侧、内侧局部突出，与上述做法不同，当土方开挖时再将基坑内侧三轴增加幅数位置由人工破凿挖除(见图5)。
对因三轴机械在狭小拐角无法施工提出了技术创新思路，并成功实施。当三轴作业到拐角处时由于转角处基坑距离周边建(构)筑物过近、三轴机械本身庞大、转角角度等原因，导致基坑拐角处出现三轴水泥土搅拌桩无法正常施工的情况，针对这种情况利用三轴机械提前转角移位进行咬槎施工，基坑外侧凸出内壁齐平，既能保证后续工序顺利施工，又能避免帷幕出现冷缝。
3.4 狭小区域SMW施工冷缝处理
1)由于周边环境及地质复杂，导致基坑呈异形状，且靠近建筑物地段应严格控制搅拌桩施工速率，拐角处机器调转非常缓慢且太原市常出现重污染天气橙色预警要求停工，通常冷缝便产生在了拐角位置，针对这些情况制定了拐角处冷缝补强措施：相邻桩施工时间不宜超过24 h，如超过24 h应放慢搅拌速度。若无法搭接或搭接不良，应作为冷缝记录在案，并经设计、建设单位认可，在搭接处采用高压旋喷工艺进行加强处理。靠近建筑物地段应严格控制搅拌桩施工速率，控制24 h工作量不多于6幅，每日对周边建筑进行沉降观测，确保周边建筑物安全。
2)施工的关键在于如何保证桩身的强度和均匀性。在施工中应加强对水泥用量和水灰比的控制，确保泵送压力。
4 结语
采用这种特殊节点组合支护施工技术施工时噪声相对较小，可进行夜间施工不需考虑锚索施工对周边建筑、地下管线造成沉降、穿裂等影响,多数构件具有可回收再利用的特点，大大降低施工成本，有效提高了基坑工程监测精准度，加快监测进度，解决了因深层支护、支撑轻微应力应变在水平位移及竖向位移监测中没能及时体现出来而导致的基坑事故。应力应变监测系统，节约了后期深层水平位移监测的施工成本，降低了构件安装的机械及人工成本，避免了由于精度误差、荷载传递时间导致基坑事故发生。同时通过对复杂地质环境下拐角特殊节点处理、狭小区域SMW施工冷缝处理、钢支撑应力缓冲冠梁后换砂软处理技术的研究应用，有效提高了工程进度及保证了基坑工程、周边重要建筑的安全。
