建筑工程深基坑內(nèi)支撐支護施工工藝探析

霍章羅

摘 要： 本文選擇了某高層建筑工程作為研究對象，并就深基坑工程支護方案選擇、結(jié)構(gòu)設計計算、深基坑內(nèi)支撐支護施工工藝的具體應用開展了詳細論述，希望論述內(nèi)容能夠為相關(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞： 建筑工程;深基坑;內(nèi)支撐支護

【中圖分類號】TU198 ? ? ?【文獻標識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）13-0111-02

受城市化進程不斷加快影響，近年來我國各地興建了大量高層建筑，城市地下空間開發(fā)的受關(guān)注程度也不斷增強，這些就使得深基坑工程大量涌現(xiàn)。

1 工程概況

某高層建筑地上30層、地下4層，地下高度為17.80m、基坑開挖深度為18.50m，屬于典型的框筒結(jié)構(gòu)，單軸力300000kN。工程所在場區(qū)地形平坦，位于濱海平原地貌單元，第四系發(fā)育，場區(qū)地下水主要補給來源為大氣降水，勘察期間地下水穩(wěn)定水位埋深、水位標高分別為2.80～3.20m與2.0～2.4m，當?shù)啬晁蛔兎幱?.0m左右。

2 深基坑工程支護方案選擇

2.1 工程分析。該高層建筑基坑周圍建筑物密集，且東、南、西側(cè)均存在多層建筑物，建筑物大多為4層或7層磚混結(jié)構(gòu)，距離地紅線最近處僅為1.42m，基坑的北側(cè)為市政管線和道路，且周圍存在管網(wǎng)錯綜復雜、距離基坑較近特點，最近的管線距離基坑的距離僅為0.2m，這就對深基坑工程支護的安全性提出了較高要求。表1為基坑所處地層參數(shù)，結(jié)合該表即可更深入了解研究對象高層建筑的深基坑工程，并初步明確深基坑工程支護方案的具體選擇[1]。

2.2 支護方案選擇。結(jié)合工程概況和基坑實際參數(shù)，初步選定了樁錨支護結(jié)構(gòu)、土釘墻結(jié)構(gòu)、排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)三種支護方案，三種方案的主要內(nèi)容和特點如下：（1）樁錨支護結(jié)構(gòu)。該支護結(jié)構(gòu)由錨固體系和排樁結(jié)構(gòu)體系兩部分組成，可用于一般的大型較深基坑，適用于較為密實的粉土、砂土以及硬塑至堅塑粘性土地層，也可以用于巖層，但無法用于軟粘土地基，在條件許可下?lián)碛休^強的經(jīng)濟性屬于其優(yōu)勢。值得注意的是，如基坑周圍存在不允許損壞的地下埋設物，應謹慎采用樁錨支護結(jié)構(gòu)。（2）土釘墻結(jié)構(gòu)。作為常見的深基坑支護結(jié)構(gòu)，土釘墻結(jié)構(gòu)的原理可概括為通過在基坑邊坡中設置土釘形成的加筋土重力式擋墻起到擋土作用。結(jié)合相關(guān)實踐可以發(fā)現(xiàn)，土釘墻結(jié)構(gòu)較為適用于地下水位以上的非松散砂土、卵石土、雜填土、粉土、粘性土，但不適用于淤泥質(zhì)土，且在未經(jīng)降水處理地下水位以下的上層地基中也無法較好發(fā)揮自身優(yōu)勢?？偟膩碚f，設備簡單、工程造價低、無需單獨占用場地屬于土釘墻結(jié)構(gòu)具備的優(yōu)勢，但其使用期限一般不能超過18個月，且支護基坑深度一般情況下無法超過12m。（3）排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由內(nèi)支撐體系與排樁體系兩部分組成，其中內(nèi)支撐體系能夠為排樁體系提供充足、穩(wěn)定的支撐力，而排樁體系能夠防止地下水滲漏且對外擋住邊坡土體，二者由此實現(xiàn)了高水平的配合，這也使得排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)可較好適用于各類基坑深度和土層，對周圍環(huán)境影響小、施工質(zhì)量易控制屬于排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，但其同時也存在影響開挖、造價較高的缺點，這類缺點對排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)帶來的負面影響必須得到重視[2]。

綜合上述分析不難發(fā)現(xiàn)，本文研究的高層建筑基坑工程存在較厚的淤泥質(zhì)土層，這使得土層的穩(wěn)定性較差，因此土釘墻結(jié)構(gòu)無法較好滿足基坑支護需要;由于基坑工程周圍的管線較多且距離基坑較近，這就使得錨桿的設置難度較大，樁錨支護結(jié)構(gòu)的應用將面臨較高施工難度，因此該支護方案仍無法較好滿足基坑工程需要;排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)雖然存在施工難度與造價均較高的特點，但相較于樁錨支護結(jié)構(gòu)，其擁有相對較低的施工難度并能夠更好保證基坑開挖安全，且同時對周圍環(huán)境的影響較小，因此工程最終選擇了排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)用于深基坑支護，建筑工程深基坑施工安全性由此得到了較好保障。

3 結(jié)構(gòu)設計計算

3.1 施工工況分析。該高層建筑的基坑開挖深度為206m，采用排樁內(nèi)支撐支護方案、單排鉆孔灌注樁維護結(jié)構(gòu)，樁徑、樁間距分別為1200mm與1500mm，選用樁徑為800mm的高壓旋噴樁作為止水帷幕。采用四道現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐，第一道內(nèi)支撐的圍囹為樁頂處現(xiàn)澆圈梁，第二、三、四道內(nèi)支撐處做現(xiàn)澆鋼筋混凝土腰梁，具體施工工況為：（1）工況一?；娱_挖至3m。（2）工況二。設置第一道支撐，基坑開挖至9m。（3）工況三。設置第二道支撐，基坑開挖至12m。（4）工況四。設置第三道支撐，基坑開挖至基坑底部17m。（5）工況五。設置第四道支撐，開挖至基坑底部20.6m。

3.2 排樁體系優(yōu)化設計。以基坑東側(cè)B-B剖面為例開展排樁體系結(jié)構(gòu)計算，可得出圖1所示排樁計算簡圖，由此開展土壓力計算、排樁內(nèi)力計算，即可求得各工況下墻上彎矩并作出彎矩包絡圖，最終得出了表2所示的排樁體系設計參數(shù)。

3.3 內(nèi)支撐體系優(yōu)化設計。采用有限元分析軟件SAP2000分析不同約束的多種工況，即可得出最不利內(nèi)力組合，該組合可作為支撐截面設計的依據(jù)。由于整個支撐系統(tǒng)由立柱和四道平面支撐構(gòu)成，且其中每道支撐包括支撐桿、腰梁、環(huán)梁，考慮到不同地質(zhì)剖面下計算得出的支撐系統(tǒng)需提供支護抗力存在顯著不同，支撐系統(tǒng)的設計需要基于所需最大支護抗力計算，因此第一、二道支撐取353kN/m，而第三、四道支撐則取571kN/m，基坑外側(cè)的被動土壓力負責支護抗力較小側(cè)平衡，圖2為內(nèi)支撐體系計算簡圖，由此可基于不同的約束條件通過分四種不同支撐條件分析支撐體系，包括x向兩鉸、兩鄰邊固定1、兩鄰邊固定2、全鉸，具體指沿X方向在環(huán)梁的兩端設置固定支座、將支撐體系的南側(cè)與西側(cè)的支座設置為固定支座、將支撐體系的北側(cè)與東側(cè)的支座設置為固定支座、將環(huán)梁的約束全部設置為固定支座[3]。

結(jié)合計算，可最終得出四道鋼筋混凝土內(nèi)支撐各主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面幾何尺寸，具體計算結(jié)果如表3所示，由此即可明確施工路徑。

4 深基坑內(nèi)支撐支護施工工藝的具體應用

4.1 土方開挖。結(jié)合上述分析與設計，施工單位采用了放坡開挖的施工方式，考慮到淤泥質(zhì)土的摩擦角與黏聚力較小，且較為容易出現(xiàn)滑動，采用了適當增加坡度系數(shù)的施工方式，而為了進一步提高土體的穩(wěn)定性，施工單位還采用了一定補充措施。具體來說，施工單位在開挖平臺的水平方向上放置了垂直于挖機行駛方向的φ90mm@200mm木樁，由此土體松軟可能引發(fā)的挖機沉陷或傾覆文體得以避免，而在角撐部位開挖土方后，為增加立柱之間整體穩(wěn)定性，施工單位及時焊接了角撐下立柱之間的鋼結(jié)構(gòu)剪刀撐，挖機碰撞、土體擠壓可能引發(fā)的立柱失穩(wěn)現(xiàn)象由此得以避免。

4.2 鉆孔灌注樁施工。在鉆孔灌注樁的施工中，施工單位采用了正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進成孔的施工方式，人工造漿與孔內(nèi)原土自然造漿相結(jié)合護壁，水下混凝土成樁則采用導管回頂法灌注，為了避免施工過程中出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象，還采用了埋深處理護筒的方式。作為樁基施工的關(guān)鍵工序，施工單位在水下混凝土灌注層面投入了較高關(guān)注，施工采用了C30強度的混凝土，并保證了水下混凝土灌注的連續(xù)性，施工過程以孔內(nèi)混凝土面上升高度作為導管提升的依據(jù)，最終逐步提升導管并將其埋深控制在2～6m范圍內(nèi)，鉆孔灌注樁施工的質(zhì)量得到了較好保障。

4.3 高壓旋噴樁施工。高壓旋噴樁施工采用了新二管雙高壓旋噴法，相較于傳統(tǒng)的老二管法，新二管雙高壓旋噴法具備較強的射流破碎能力，這使得應用該方法的施工大大提升了地層內(nèi)的細顆粒置換力度，三管法施工可能出現(xiàn)的高壓水稀釋問題也得以避免。同時，采用工程鉆機回轉(zhuǎn)鉆進開展鉆孔施工，鉆頭為硬質(zhì)合金鉆頭，為保證高壓旋噴樁施工質(zhì)量且鉆頭順利下入噴射管，施工單位嚴格控制了鉆孔孔徑，使其大于噴射管外徑20mm以上。值得注意的是，施工過程還采用了做一跳十跳槽施工，為避免施工造成基坑周邊管線的破壞，施工單位重點控制了施工壓力，這同樣需要得到重視。

4.4 降水井施工。雖然原則上明排即可滿足施工要求，但為了避免土方開挖作業(yè)施工的開展受到影響、減小深基坑施工面臨的安全隱患，施工單位采用了深井降水，基坑共布設5口管井、10口深井?？紤]到基坑內(nèi)的抽水量較多，為避免出現(xiàn)坑外地面沉降問題，施工單位針對性的選用了回灌技術(shù)，并同時采用了放慢降水速度、確保井點管周圍砂濾層厚度的施工方式，輔以加長井點管、提高施工質(zhì)量、減緩降水速度，降水井得以較好滿足深基坑施工需要。

結(jié)論：

綜上所述，建筑工程深基坑內(nèi)支撐支護施工工藝具備較高應用價值，在此基礎上，本文涉及的土方開挖、鉆孔灌注樁施工、高壓旋噴樁施工、降水井施工等內(nèi)容，則提供了可行性較高的深基坑內(nèi)支撐支護施工路徑。為了更好滿足深基坑施工需要，基于地形地質(zhì)情況、基坑周圍環(huán)境、施工溫度等因素開展的更深入分析必須得到重視，由此選擇更為科學、合理的支護方式方可進一步提升施工質(zhì)量。

參考文獻

[1] 劉偉.建筑工程深基坑內(nèi)支撐支護施工工藝探究[J].低碳世界，2019（17）：128-129.

[2] 商鈺.淺談建筑工程深基坑內(nèi)支撐支護施工工藝[J].居業(yè)，2017（05）：96-97.

[3] 羅招雄.內(nèi)支撐支護在深基坑工程中的應用[J].價值工程，2018，34（19）：142-143.