高層結(jié)構(gòu)深基坑支護(hù)技術(shù)探析

薛 偉

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西太原 030024)

0 引言

深基坑是指開挖深度不小于5 m或開挖深度大于3層地下室深度的基坑。在我國(guó)城市建設(shè)中，為了讓土地資源得到更充分利用，提升建筑用地使用率，建筑形式開始向高層、超高層方向發(fā)展。與此同時(shí)，承載相應(yīng)高度建筑荷載的深基坑支護(hù)工作越發(fā)得到重視。深基坑是大型的土體開挖工程，深基坑的支護(hù)技術(shù)以及施工質(zhì)量直接影響著整個(gè)建設(shè)工程的期限及質(zhì)量。

1 深基坑支護(hù)形式選擇

1.1 鋼板樁支護(hù)形式

鋼板樁支護(hù)施工工藝較為簡(jiǎn)單，大量使用于擋水及擋土。由帶鉗口或者鎖口的熱軋型鋼做成的鋼板樁相互接連形成鋼板樁墻，常見有直腹板型、Z形以及U形三種截面形式。但由于其施工過程中對(duì)附近地基變形影響較大，或是發(fā)出噪聲，影響周邊環(huán)境，所以在人口較為稠密的地區(qū)，常限制使用。同時(shí)，由于鋼板自身具有較大的柔性，當(dāng)錨拉系統(tǒng)或者支撐的設(shè)置不適時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大變形，因此，在基坑深度大于7 m的工程中，不適于使用［1］。

1.2 深層攪拌水泥樁支護(hù)

當(dāng)土層土質(zhì)為粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、淤泥、素填土，且基坑深度小于6 m時(shí)，適合使用深層攪拌水泥樁支護(hù)形式。深層攪拌水泥樁支護(hù)由具有一定強(qiáng)度、水穩(wěn)定性以及整體性的水泥土樁墻形成支護(hù)結(jié)構(gòu)。水泥土樁墻是通過機(jī)械攪拌的形式，把軟土劑與作為固化劑的水泥強(qiáng)行拌合，使二者之間發(fā)生化學(xué)物理反應(yīng)而逐漸硬化所形成。

1.3 排樁支護(hù)

對(duì)鋼筋混凝土鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁每個(gè)樁間隔開定量距離進(jìn)行疏散布置且獨(dú)立樁間橫截面相切進(jìn)行密排布置形成擋土結(jié)構(gòu)，各獨(dú)立樁通過在樁頂端澆筑截面積較大的鋼筋混凝土帽梁加以聯(lián)系，構(gòu)成排樁支護(hù)形式。為了預(yù)防地下水?dāng)y帶土顆粒由樁間縫隙進(jìn)入基坑，需要在每根樁后設(shè)置特有的防水帷幕措施或?qū)γ扛鶚侗郴驑堕g進(jìn)行高壓注漿，配置旋噴樁、深層攪拌樁。排樁支護(hù)具有施工簡(jiǎn)單，無大型機(jī)械施工、無噪聲、震動(dòng)危害等特點(diǎn)，且成本較低［2］。

1.4 地下連續(xù)墻支護(hù)

因?yàn)槠浔旧磔^好的防滲止水效果以及整體剛度較大的優(yōu)點(diǎn)，地下連續(xù)墻常適用于環(huán)境比較復(fù)雜的施工現(xiàn)場(chǎng)以及在地下水位下方含有砂土、軟粘土等多樣地層的基坑工程中。當(dāng)基坑挖深超過10 m，且對(duì)四周環(huán)境保護(hù)度要求較高時(shí)，常使用此種支護(hù)形式。但在堅(jiān)固土質(zhì)中開挖時(shí)，成槽難度大，特別是在巖層中使用特殊挖槽機(jī)械，導(dǎo)致此種支護(hù)形式施工費(fèi)用偏高［3］。

1.5 土釘墻支護(hù)

土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)是由密集土釘群、加固后的土體、噴射混凝土面層以及防水系統(tǒng)形成的復(fù)合式擋土結(jié)構(gòu)。通過在土體中安置定量長(zhǎng)度及密度的土釘與土體間的摩擦約束力保持邊坡的穩(wěn)定性。土釘支護(hù)所需施工設(shè)備簡(jiǎn)便、施工流程便捷易行、施工效率較高，同時(shí)較少占用施工場(chǎng)地，施工過程中噪聲低，對(duì)周邊環(huán)境影響很小，費(fèi)用較之板樁、連續(xù)墻等相對(duì)低廉，因此在我國(guó)的基坑支護(hù)中被廣泛使用。土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)一般適用于地下水位上方或者通過措施排降水之后的普通可塑、普通硬塑土、素填土、雜填土或者非松散砂土及堅(jiān)硬粘性土等土質(zhì)均勻邊坡。通常，土釘墻適用于挖深12 m左右邊坡，坡度為70°～90°。土釘長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為0.5倍 ～1.2倍挖深，間距取1 m ～2 m，土釘同水平面呈5°～20°夾角。為了使土釘與面層可以很好連接，設(shè)置加強(qiáng)筋與承壓板。土釘宜適用型號(hào)HRB335以上直徑約16 mm～32 mm螺紋鋼。噴射混凝土面層須配置鋼筋網(wǎng)，混凝土強(qiáng)度不得低于C20，厚度約80 mm～200 mm。注漿材料宜用水泥漿或水泥砂漿，注漿水泥應(yīng)采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度不低于42.5級(jí)。注漿方式可采用重力無壓注漿、低壓注漿、高壓注漿和二次注漿。土釘墻頂部應(yīng)采用砂漿或混凝土護(hù)面，自坡頂1 m內(nèi)應(yīng)配置與墻面內(nèi)相同的鋼筋，坡頂與坡角應(yīng)設(shè)置排水溝［4］。

2 深基坑支護(hù)施工管理分析

2.1 深基坑工程施工控制要點(diǎn)

深基坑工程施工過程復(fù)雜，包含挖土擋土、防水圍護(hù)等一系列步驟，每一步出現(xiàn)偏差都會(huì)致使后續(xù)工程無法進(jìn)行，甚至發(fā)生事故。因此，施工單位必須嚴(yán)格遵守規(guī)程組織施工，按照技術(shù)規(guī)范以及施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，在各重要環(huán)節(jié)定制詳細(xì)施工措施，實(shí)行全程控制。在訂立開挖方案之后，要對(duì)地質(zhì)勘查報(bào)告、周邊建筑、構(gòu)筑物及地下設(shè)施等情況綜合分析。在特殊土質(zhì)區(qū)域，要精心組織施工。在土質(zhì)為膨脹土區(qū)域，不適宜雨季進(jìn)行開挖，土質(zhì)較軟區(qū)域，開挖不適宜太深。如果開挖太深或者進(jìn)程太快，很容易對(duì)土體抗剪強(qiáng)度造成破壞，改變?cè)衅胶猓M(jìn)而造成事故性坍塌。

2.2 深基坑周圍土體止水效果控制要點(diǎn)

地下水水源較為復(fù)雜，通常來自于上層的承壓水、潛水、滯水、周邊管道滲水以及雨水，當(dāng)?shù)叵滤恢孟鄬?duì)較高時(shí)，會(huì)給深基坑施工帶來很大危險(xiǎn)。制定基坑工程止水方案需要根據(jù)豐、枯水期地下水位的變化、地質(zhì)勘查資料以及深基坑周邊環(huán)境，由防水、排水以及降水三個(gè)方向加以研究。當(dāng)四周有其他基坑時(shí)，使用堵水為主要手段，抽水輔之，不然將導(dǎo)致四周建筑物發(fā)生不均勻沉降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致管涌、坑底流沙現(xiàn)象。當(dāng)四周無其他基坑時(shí)，則使用降水為主要手段。

在水位較高區(qū)域的基坑工程中，止水帷幕被廣泛使用，常通過壓力注漿法、漿噴深層攪拌法、高壓噴射注漿法以及粉噴深層攪拌法等作為止水措施。在通過漿噴深層攪拌法作為止水措施時(shí)，若攪拌樁質(zhì)量不佳，在開挖基坑后會(huì)有較多滲水現(xiàn)象出現(xiàn)，如果繼續(xù)加以灌漿處理，就會(huì)導(dǎo)致造價(jià)增高、拖延工期。所以，當(dāng)采用此種止水措施時(shí)需要注意下面幾點(diǎn):

1)確保樁體質(zhì)量合格。要有合理的水泥漿配比，水泥樁均勻攪拌，樁長(zhǎng)要符合設(shè)計(jì)深度，以免樁頭產(chǎn)生無漿攪拌現(xiàn)象，尤其在土層差異較大區(qū)域，由于樁徑難以控制，極易使止水結(jié)果無效;2)確保樁體搭接長(zhǎng)度以及密實(shí)度合格，避免蜂窩、空洞和樁頭開叉;3)不可隨便在支護(hù)結(jié)構(gòu)上開口，不然會(huì)危及結(jié)構(gòu)安全性能，破壞止水帷幕，滲入地下水［5］。

2.3 深基坑支護(hù)檢測(cè)管理

在深基坑施工過程中，如果基坑的整體穩(wěn)定性與剛度發(fā)生了問題，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形、沉降或是水平方向位移，或者結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫及坑底有變形及隆起，都會(huì)致使基坑支護(hù)工程失敗。因此，就有必要安排專業(yè)監(jiān)測(cè)員，對(duì)基坑支護(hù)工程進(jìn)行全程信息化管理。監(jiān)測(cè)員監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境，根據(jù)土體、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況，對(duì)比設(shè)計(jì)、勘查的預(yù)估性狀，對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究。監(jiān)測(cè)員要比照位移、變形的方向、大小、頻率，根據(jù)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)預(yù)報(bào)基坑施工過程中容易產(chǎn)生的險(xiǎn)情。當(dāng)位移、變形數(shù)據(jù)超出預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要采取及時(shí)有效的應(yīng)對(duì)手段，保證施工安全。

對(duì)深基坑支護(hù)施工過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包含:1)支護(hù)結(jié)構(gòu)裂縫及沉降情況;2)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端水平位移情況;3)周邊建筑物、構(gòu)筑物以及道路設(shè)施的裂縫、沉降情況;4)基坑底部的變形及隆起情況等。

施工監(jiān)測(cè)通常需要進(jìn)行每日目測(cè)，除此之外每隔8 m～10 m設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，基坑開挖之后，每天進(jìn)行3次監(jiān)測(cè)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵區(qū)域要加密布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)產(chǎn)生位移量較大時(shí)也應(yīng)該適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)次數(shù)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要根據(jù)被測(cè)目標(biāo)真實(shí)情況取得，并由此畫出變化趨勢(shì)曲線圖，結(jié)合誘發(fā)險(xiǎn)情的條件，進(jìn)行科學(xué)決策，以及時(shí)排除險(xiǎn)情。當(dāng)基坑深度較大時(shí)，還需要監(jiān)測(cè)支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力，如果應(yīng)力數(shù)值超過設(shè)計(jì)值的90%(或者支撐結(jié)構(gòu)變形量達(dá)到10 mm)時(shí)，要立即采取防范措施。

3 土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用

3.1 深基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

本工程總建筑面積301 492 m2，建筑結(jié)構(gòu)為框架剪力墻，地下2層，地上27層。周邊建設(shè)環(huán)境較為復(fù)雜，分布有其他建筑?；娱_挖深度13 m，慮及材料堆場(chǎng)和施工作業(yè)面問題，本基坑只可選擇小角度放坡。結(jié)合建設(shè)場(chǎng)地水文地質(zhì)情況，經(jīng)專家多次論證、研討、綜合分析，決定選用土釘墻支護(hù)方案。本工程選用土釘墻基坑支護(hù)，在設(shè)計(jì)上確?；影踩_挖的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)方面，造價(jià)低于其他排樁類支護(hù)結(jié)構(gòu)，且施工周期較短，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。

深基坑北側(cè)、南側(cè)、東側(cè)分別有其他高層建筑，故采用1∶0.1～1∶0.4坡率放坡進(jìn)行土釘墻支護(hù);深基坑西側(cè)無其他建筑，因此使用放坡掛網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)。土釘墻的放坡坡度接近90°，土釘長(zhǎng)度為7.5 m～15 m，成孔直徑130 mm，傾角15°，采用梅花樁形式布置，土釘水泥漿體強(qiáng)度20 MPa，水泥漿配比(W/C)0.5，水平和垂直間距均為1.5 m。面層結(jié)構(gòu)采用φ6.5@250 mm×250 mm鋼筋網(wǎng)，C20混凝土保護(hù)層的厚度為75 mm。根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地情況，深基坑支護(hù)使用3種型式布置土釘墻，分為A型、B型、C型，C型坡面支護(hù)圖見圖1。

圖1 C型坡面支護(hù)圖

3.2 土釘墻支護(hù)施工

土釘墻支護(hù)工程與挖土方工程交叉或者平行施工，支護(hù)和開挖要分段分層進(jìn)行，分段寬度為15 m～25 m，分層開挖深度低于土釘標(biāo)高0.5 m下土層。上層作業(yè)面噴射混凝土面層與土釘未達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度前，不可以進(jìn)行下層土方開挖。土釘墻主要施工工藝流程見圖2。

圖2 土釘墻施工工藝流程

工程成立監(jiān)測(cè)小組，對(duì)類似工程基坑土釘墻圍護(hù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見圖3。通過分析圖3可以得出，本工程影響深基坑土釘墻質(zhì)量控制的主要問題是土釘墻遇砂層易塌孔，其累計(jì)頻率達(dá)59.4%，是A類因素，成為解決問題的主要對(duì)象。

圖3 質(zhì)量問題排列圖

4 結(jié)語

1)深基坑支護(hù)方式種類繁多，在選取支護(hù)方案、進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，須對(duì)基坑土質(zhì)、開挖深度、四周建筑物情況加以綜合考慮，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過程難易性、安全性、經(jīng)濟(jì)適用性加以綜合考量，選取最優(yōu)方案。

2)深基坑支護(hù)施工過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)信息化管理的過程，在施工過程中，要做到嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)總體規(guī)劃、施工全程監(jiān)測(cè)、根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，調(diào)整施工過程，保證整個(gè)工程安全順利的完成。

［1］秦四海.深基坑工程優(yōu)化設(shè)計(jì)［M］.北京:地震出版社，2011.

［2］趙花麗，傅少君.深基坑工程的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.孝感學(xué)院學(xué)報(bào)，2005(5):70-71.

［3］謝 成，王國(guó)強(qiáng)，王艷君.濱湖大廈深基坑支護(hù)工程多種支護(hù)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.安徽地質(zhì)，2009(1):9-10.

［4］陳肇元，崔京浩.土釘支護(hù)在基坑工程中的應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

［5］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001:7-9.