大型地下室深基坑支護(hù)技術(shù)研究

胡敬談

（福建永東南建設(shè)集團(tuán)有限公司， 福建 福州 350000）

大型地下室通常具備建筑面積大，地下室層數(shù)多的特點，在基坑開挖時需要足夠的深度。大型地下室深基坑開挖及支護(hù)涉及的技術(shù)要點較多，各要點需要做好嚴(yán)格的技術(shù)監(jiān)督，以確保地下室深基坑支護(hù)方案科學(xué)合理安全[1]。

1 大型地下室施工案例概述

以某高層商住綜合建筑為例，該建筑總面積為165268m2，建筑物高度為98m，用于人防及停車場的地下室設(shè)計為1層。地下室基礎(chǔ)施工中考慮到實際情況，選用預(yù)應(yīng)力薄壁管樁及筏板基礎(chǔ)。經(jīng)勘察，商住綜合建筑地下室底板面標(biāo)高為-6.5m，厚度為1200mm，墊層后地下室基底標(biāo)高-4.5m，地下停車庫基底標(biāo)高為-5.5m，建筑地坪標(biāo)高-0.8m，地下室基坑開挖深度為5.7m。在對高層商住綜合建筑所處區(qū)域地質(zhì)狀況、建筑物主體結(jié)構(gòu)、基坑環(huán)境等要素，確定地下室基坑開挖長度為850m，開挖面積為351200m2。

2 大型地下室基坑施工狀況調(diào)查

高層住宅建筑大型地下室在確定采用深基坑支護(hù)方案前，需要對基坑施工狀況條件進(jìn)行調(diào)研分析。簡言之，確定大型地下室基坑支護(hù)方案時，一方面要確?；犹幱诜€(wěn)定狀態(tài)，另一方面需要重點考慮工程地下室基坑預(yù)應(yīng)力管樁是否具備有利條件，并著重分析不利因素[2]。以本工程為例，相關(guān)調(diào)查要點如下：

2.1 大型地下室基坑施工調(diào)查的內(nèi)容涉及基坑周邊環(huán)境、工程地質(zhì)狀況、基坑開挖深度等。地下室深基坑支護(hù)設(shè)計應(yīng)遵循“安全、可靠、經(jīng)濟(jì)”等原則，在設(shè)計方案上應(yīng)滿足強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定等功能要求，同時采用國家及地方規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。本案例工程地下室基坑開挖深度較大，地下車庫及商住樓開挖最大深度可達(dá)5.7m，建筑物電梯井部位及消防井部位開挖深度達(dá)到6.4m?；影踩燃壱蟾?，施工較為復(fù)雜。

2.2 不利條件分析。如基坑面積過大，采用地下室整體開挖方法時，基坑平面尺寸規(guī)模較大，應(yīng)勘察分析基坑穩(wěn)定性及變形量。如施工區(qū)域場地局促，考慮基坑周圍進(jìn)行動土放坡是否具備條件。如建筑物單體基坑相距地下室車庫外墻過短，需考慮是否具備圍護(hù)樁條件?；迎h(huán)境較為復(fù)雜，需要嚴(yán)格控制變形。

2.3 土質(zhì)狀況分析。大型地下室基坑開挖區(qū)域土質(zhì)狀況分析主要目的是評估開坑土方開挖及圍護(hù)結(jié)構(gòu)是否會對工程樁造成不利影響。如本工程部分基坑開挖區(qū)域廣布軟土層，帶有高壓縮性，而工程管樁以薄壁空心形式為主，不具備較強(qiáng)的抗側(cè)向變形能力，樁施工會損害原狀土的受力結(jié)構(gòu)。此外，該工程地基大部分土質(zhì)為粘性土，雖然沒有過大的土層滲透系數(shù)，但基坑與明渠之間的間距較短，基坑施工尤其需要做好防滲處理。

大型地下室深基坑支護(hù)可采用的方案要兼顧安全性及技術(shù)匹配度。一般而言，可采取如下幾種支護(hù)方案：①雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)；②排樁加撐錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)，如土層錨桿支護(hù)，排樁內(nèi)支撐支護(hù)等；③單排樁懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)。綜合以上因素，本著確保地下室施工安全的考量，在安全性、經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量性及便捷性等環(huán)節(jié)進(jìn)行方案比對，確定采用邊坡支護(hù)施工方式。

3 大型地下室深基坑邊坡支護(hù)方案及技術(shù)要點

隨著高層及超高層建筑的增多，城市地下空間被大量應(yīng)用，深基坑實踐趨于增多。建筑大型地下室深基坑工程關(guān)系到建筑物主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，如開挖及支護(hù)措施不到位，會使建筑物周期壽命大大縮短[3]。本工程地下室深基坑支護(hù)以邊坡支護(hù)為主要形式，針對地下室淺層部位以土釘墻支護(hù)為主，針對明渠周邊區(qū)域以水泥攪拌樁及防滲止水帷幕為主。如此使工程地下室深基坑支護(hù)得到妥善解決。具體施工作業(yè)要點如下：

3.1 地下室深基坑邊坡支護(hù)場地及材料準(zhǔn)備

該工程基坑深度大，基坑開挖面積較大，對支護(hù)系統(tǒng)性能要求極高?；娱_挖會同步產(chǎn)生沉降及位移，確定采用深基坑邊坡支護(hù)技術(shù)后，應(yīng)首先做好支護(hù)場地及材料的準(zhǔn)備工作。把握如下幾個要點：第一，認(rèn)真分析研究地下室深基坑開挖前形成的地質(zhì)勘察報告，了解挖土深度范圍的地下水位及土質(zhì)性能，優(yōu)化土方開挖、基坑支護(hù)及降水的相關(guān)方案，并制作技術(shù)交底表。第二，根據(jù)施工要求對邊坡開挖進(jìn)行放線，同步采用人工掛線修坡，確保坡面平整。臨近基坑邊部位的陽角應(yīng)保持順直，對放坡寬度做好控制。為降低邊坡失穩(wěn)幾率，在放線前應(yīng)對基坑周邊帶有荷載應(yīng)力的堆土進(jìn)行清理，預(yù)防基坑坍塌。第三，遵循分層開挖的作業(yè)方式，由上及下逐層加以開挖，開挖過程密切關(guān)注，避免出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，在開挖的同時，同步進(jìn)行支撐架設(shè)作業(yè)。第四，在施工材料及機(jī)械的準(zhǔn)備上，結(jié)合設(shè)計圖紙，編制用量計劃，確定材料運輸及進(jìn)場方案[4]。對深基坑邊坡支護(hù)用到的施工材料及設(shè)備進(jìn)行核驗復(fù)檢，如挖土機(jī)、運土車、砼噴射砼機(jī)、注漿泵、鋼筋調(diào)直機(jī)、砂漿攪拌機(jī)等應(yīng)性能完好。在施工設(shè)備使用間歇期，應(yīng)由專人做好檢驗。針對地下室深基坑支護(hù)所用材料，試驗員進(jìn)入施工現(xiàn)場進(jìn)行取樣。

3.2 深基坑邊坡支護(hù)工藝流程步驟

遵循施工準(zhǔn)備——測量放線——降排水施工——土方挖運施工、基坑支護(hù)施工——土方收尾——基坑驗收的施工流程。在基坑支護(hù)中根據(jù)地下室的深度及基坑周邊地質(zhì)，采用插筋打入、綁扎護(hù)坡鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土的施工方式。其中，在基坑開挖及放線修坡環(huán)節(jié)，為確保邊坡穩(wěn)定，選用自上而下分層開挖基坑土方施工方式，各層挖深為2m，避免過挖。設(shè)置觀測點對基坑邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測。開挖縱向長度確定為20m，開挖過程中及時跟進(jìn)支護(hù)作業(yè)。在開挖段長度的確定上，結(jié)合基坑深度及坡度等因素。開挖出基坑工作面后，對邊坡進(jìn)行放線修整。在降排水環(huán)節(jié)，可在基坑坡頂部位設(shè)置地面排水溝，在排水溝相連部位設(shè)置集水井，及時收集污水及地面雨水。在抽排水措施上，在地下室深基坑施工現(xiàn)場上采用明溝、盲溝及集水井共同抽水的方式排出深基坑內(nèi)部積水。截水溝設(shè)置于土方開挖坡頂處，對坡頂?shù)挠晁M(jìn)行攔截，相關(guān)尺寸上可設(shè)計為300mm×300mm，坡頂與截水溝外邊線之間的距離設(shè)置為1000mm，以0.1%為排水坡度。截水溝及集水井可設(shè)置于基坑底部，便于采取集中抽排。之后結(jié)合深基坑支護(hù)規(guī)范，將鋼筋打入，注意把握鋼筋間距、直徑、長度等參數(shù)，預(yù)留100mm，便于進(jìn)行井字筋焊接。完成上述操作后，在邊坡坡面部位掛設(shè)鋼板網(wǎng)，使用扎絲緊固扎牢網(wǎng)筋，確保網(wǎng)片牢固搭接，邊坡與地表間隔2m處打1m短鋼筋，使用φ10鋼筋對短鋼筋進(jìn)行焊接，地下室基坑邊緣設(shè)計為弧狀，提高滲水性。鋼筋端部選用φ14鋼筋焊接為井字形加強(qiáng)筋，對鋼板網(wǎng)固定，使其與鋼筋連接為整體。

3.3 地下室深基坑砼噴射施工要點

地下室基坑挖深達(dá)到預(yù)定標(biāo)高之后，應(yīng)及時開展墊層混凝土澆筑作業(yè)，將基坑變形值控制在最低范圍。地下室底板混凝土施工應(yīng)在7d之內(nèi)完成，構(gòu)建受力體系。該案例中的地下室基坑因施工環(huán)境及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，施工人員確定采用深基坑混凝土噴射施工工藝。在地下室深基坑砼面層噴射環(huán)節(jié)，原材料設(shè)計配置要點有：①選用普通硅酸鹽水泥；混凝土等級標(biāo)號為C20，碎石及卵石粒徑為10mm；在砼配比設(shè)計上，水泥、細(xì)石及砂等保持1:2:2.5范圍區(qū)間。②噴射施工前，對坡面雜物進(jìn)行清理，主要是受噴面。對施工機(jī)具、電纜線路、輸料管路等進(jìn)行性能測試及檢查。③采用由下及上的噴射步驟，分層噴射時，在前一層完成終凝后再進(jìn)行后一層噴射。噴頭垂直于受噴面，間距大小為1m。④噴射風(fēng)壓及水壓應(yīng)嚴(yán)格控制。風(fēng)壓保持穩(wěn)定，達(dá)到高質(zhì)量噴射，減少風(fēng)塵，降低回彈量的目的。對噴射水壓及輸料風(fēng)壓進(jìn)行協(xié)調(diào)，噴射試壓相比輸料風(fēng)壓應(yīng)更高，在數(shù)值上可以設(shè)定為0.30MPa。⑤砼經(jīng)過噴射及終凝后2h，開展養(yǎng)護(hù)措施，養(yǎng)護(hù)周期為3-7d。

3.4 結(jié)合實際情況加強(qiáng)邊坡支護(hù)質(zhì)量效果

由于大型地下室深基坑支護(hù)等級要求高，需要著重考慮支護(hù)效果，在沿用單一支護(hù)手段的基礎(chǔ)上，為了加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定度，還可尋求其他支護(hù)措施的輔助。在大型地下室深基坑支護(hù)技術(shù)上，確定采用邊坡支護(hù)方案后，還要結(jié)合實際情況，配套采用其他輔助支護(hù)手段，加強(qiáng)邊坡支護(hù)效果。例如，采用錨撐系統(tǒng)支護(hù)進(jìn)行配合，錨撐系統(tǒng)支護(hù)方式注意與實際施工要素相結(jié)合；再比如，采用土釘墻支護(hù)進(jìn)行支護(hù)強(qiáng)化。土釘墻支護(hù)適用于處于自然地面3-5m范圍內(nèi)的基坑部位，其顯著優(yōu)勢是額可以優(yōu)化基坑圍護(hù)作業(yè)的成本[5]。具體實施時，把握如下幾點：①確定土釘?shù)呐艛?shù)、水平間距大小及傾角數(shù)據(jù)。本工程土釘排數(shù)為2排、保持1.2m水平間距、設(shè)計10°傾角。②土釘桿件選用φ45×3.5的錨管，按照梅花型布置管壁，注漿孔設(shè)定數(shù)值為φ12@400，水泥砂漿型號選用M15，保持注漿壓力為0.9MPa。③選用厚度為100的混凝土噴射形成土釘墻面，混凝土標(biāo)號C20，鋼筋網(wǎng)內(nèi)配直徑大小為φ6@200×200。以本工程為例，將700×800mm的主支撐梁及500×600mm的次支撐梁作為地下室基坑角部區(qū)位型式，通過鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐及豎向立柱支撐的方式構(gòu)成井形鋼構(gòu)架，然后在其上部深入450mm支撐梁，在其下部插入2.5m鉆孔樁。本工程在局促剖面范圍內(nèi)設(shè)置土層錨桿作為支護(hù)輔助手段，具體參數(shù)為：錨桿長度30m，鉆孔φ140，水平距離1.5m，桿材材質(zhì)選用鋼筋，φ32。通過錨撐系統(tǒng)支護(hù)方式的輔助應(yīng)用，工程地下室基坑支護(hù)達(dá)到了預(yù)期安全管控目標(biāo)。

3.5 跟進(jìn)地下室深基坑支護(hù)施工監(jiān)理

大型地下室深基坑施工帶有一定的危險性，在具體開展支護(hù)施工時需要跟進(jìn)相關(guān)監(jiān)理工作。主要是通過安全監(jiān)測及基坑圍護(hù)專項監(jiān)測，確保施工過程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)。一是審查地下室深基坑支護(hù)的技術(shù)方案，參與施工方案的論證，編制監(jiān)理實施細(xì)則。二是重點關(guān)注開挖深度超過5m的基坑，在土方開挖、降水、支護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行旁站監(jiān)督。機(jī)械挖土作業(yè)應(yīng)在設(shè)備最大開挖深度范圍內(nèi)進(jìn)行，保持挖掘機(jī)的水平，地面與挖掘機(jī)履帶保持緊密貼合。三是土方開挖時，復(fù)測檢查平面控制樁、基坑平面位置、水準(zhǔn)點、邊坡坡度及水平標(biāo)高，對基坑周邊防水排水措施進(jìn)行檢查。做好雨季等特殊時節(jié)的土方開挖安全防護(hù)措施。對基坑頂部振動荷載作用進(jìn)行限制，布置好基坑挖土機(jī)械設(shè)備的通道，確定挖土順序，在挖土?xí)r與圍護(hù)結(jié)構(gòu)及工程樁保持足夠的安全距離。四是對混凝土支護(hù)過程中的進(jìn)場材料、構(gòu)配件及混凝土質(zhì)量檢驗報告等進(jìn)行核查，在監(jiān)理日志中記錄施工過程，保留好各類監(jiān)理資料。

4 結(jié)語

大型地下室隨著高層建筑施工實踐的增多而趨于頻繁，地下室基坑支護(hù)需要全面考慮地下室本身及地面以上建筑結(jié)構(gòu)的安全性，在選用基坑支護(hù)技術(shù)時需要根據(jù)工程自身情況而靈活加以組配，從而確保地下室基坑施工能夠在不同的地質(zhì)狀況下達(dá)到長期使用及穩(wěn)固主體的作用。