某房屋建筑工程深基坑支護技術(shù)應(yīng)用研究

丘啟木

0 引言

現(xiàn)階段城市建設(shè)日新月異，城市地下空間的利用越來越受重視。而一些工程項目的施工經(jīng)常會在樓房、小區(qū)或土質(zhì)條件較差的地方進行，因此，其深基坑工程建設(shè)對周邊小區(qū)、地下管道等有著重要影響。如何在地下空間項目施工中安全有效地保護好基坑周圍的樓體和地下管道設(shè)施，以及怎樣才能保障地下空間項目安全順利建設(shè)，是當前城市巖土工程中常常遇到的棘手問題。因此文章以帶有三層地下室的某房屋建筑工程作為研究對象，來探討深基坑支護技術(shù)的應(yīng)用。

1 基坑支護概述

1.1 基坑概念

基坑是在施工前期，按基底標高和基礎(chǔ)平面尺寸，在所建樓房的設(shè)計位置所開挖的土坑。屬于臨時工程，開挖的前期工作要詳細了解基礎(chǔ)位置的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水位等相關(guān)情況，以及所建項目周邊的建設(shè)情況，如樓房、小區(qū)、廠房等。在設(shè)計建設(shè)方案時，尤其要對當?shù)氐牡叵鹿艿拦こ淘O(shè)計好相應(yīng)的保護措施

1.2 基坑支護概念

基坑支護就是對基坑周圍環(huán)境和基坑側(cè)壁進行支擋、加固、保護，以確保地下室建設(shè)及基坑周圍環(huán)境的安全。主要有放坡開挖、土釘墻、復合釘墻、拉森鋼樁、灌注樁+索錨（砼內(nèi)支撐）、重力式水泥土擋墻、地下連續(xù)墻、WMW 工法等，施工時，需結(jié)合基坑周邊環(huán)境與基坑位置的地質(zhì)結(jié)構(gòu)選擇適合的基坑支護技術(shù)本文主要采用灌注樁（砼內(nèi)支撐）支護技術(shù)。

1.3 灌注樁+錨索（砼內(nèi)支撐）優(yōu)劣勢

（1）優(yōu)勢：墻體硬度強度都很大，不易變形，穩(wěn)定性能較高，支護效果較佳，根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和設(shè)計數(shù)據(jù)，對于成孔設(shè)備可采用人工挖孔、鉆孔灌注樁、旋挖灌注樁等。

（2）劣勢：成本較大，耗費工時多。樁與樁之間容易產(chǎn)生水土流失現(xiàn)象。尤其高水位砂層地區(qū)的施工,要根據(jù)施工項目的具體情況采取注漿、普通水泥攪拌樁、大直徑搓拌樁等方法來應(yīng)對、預防水土流失。

（3）適用范圍：在土質(zhì)條件欠佳的區(qū)域、基坑深度在8～20m 之間；2 層或2 層以上地下室的建筑，在其使用支護設(shè)計的基坑中，利用錨索控制變形的情況

2 某商業(yè)住宅小區(qū)房屋建筑工程基本概況

2.1 項目概況

某商業(yè)住宅小區(qū)位于南方D 市，房屋建筑項目占地1.54 萬m，共2 棟樓，一棟樓高20 層，另一棟樓高35 層，其中1、2、3層為裙房建筑，建筑主體高度140.15m，基坑13.85m，主樓段深15.00m，基坑周長502.38m。

2.2 周邊環(huán)境

開挖位置周邊環(huán)境：在距離紅線3.8m 的地方開始施工，基坑西面分別是3 層高、12 層高的兩棟學生宿舍，與前者之間的距離是23m，與后者之間的距離是13.8m，自距紅線7.8m 處開挖，北面為拆遷之后的空地，自距紅線3.9m 處開挖，未修完的規(guī)劃道路在其東面，在距離紅線4.8m 的地方開挖。開挖施工位置處附近地下有很多不同管道，南側(cè)的管道主要為：電信、供水、消防等管道；東側(cè)主要有排雨水、排污水、以及電力等管道；西側(cè)距開挖線11.8m，并有一幢帶有一層地下室（深度6m）學生宿舍樓建筑。

2.3 地質(zhì)狀況

該深基坑支護場地高程大概為496.3～497.3m 之間，地表的高差接近1m（實際0.97m），比較平坦地層具體巖土布局為：（1）厚度大概為0.3～4.6m，之間為雜填土：大多是工地垃圾；（2）厚度大概0.4～3.0m，之間為素填土：大多是黏性土，摻雜著一些根莖、磚石、碎瓦片；（3）厚度大概1.5～6.4m，之間為粉質(zhì)黏土，類似于硬塑；（4）厚度大概為0.3～5m之間為粉質(zhì)土壤，排列緊密；（5）厚度大概為0.2～3.0m 之間為細砂，質(zhì)地疏松，存在于卵石層當中或者分布在卵石層頂部；（6）地表是粒徑大概為40～80mm 的橢圓形鵝卵石。以風化的石英巖、石灰?guī)r，花崗石等為主，其中有55%～75%均為骨架顆粒，較大的顆粒超過20cm；按密度稀疏主要分為松散、稍密、中密、緊密這四大亞層，在這四大亞層中，還包含著不規(guī)則的細紗透明體；（7）地下含水層，主要由細砂、卵石等構(gòu)成，它們的滲透系數(shù)達到了15m/天，其主要水源來源于兩部分，一部分是自然降雨，另一部分來源于地下或者地表滲透過來的水。

2.4 工程中的難、重點

本工程施工難點、重點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）整個基坑的深度挖深為13.5m，主體基坑挖深的深度為15.0m；（2）該工程位于市中心的繁華路段，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，對社會的影響非常嚴重；（3）周圍環(huán)境：北側(cè)及西側(cè)離樓房較近，且許多現(xiàn)有管線埋于附近地下，若基坑發(fā)生變形，將會對環(huán)境造成影響；（4）有道路工程正在其東側(cè)施工，將對基坑振動負載產(chǎn)生較為嚴重的影響。同時，現(xiàn)場有最厚可達3.0m 的地下砂層，在砂層的上方有厚度4～8m 略帶膨脹性的黏土，因此，在開展建筑作業(yè)時，要處理好坡頂?shù)姆e水問題，預防地表水下滲的發(fā)生；（5）卵石混黏性土位于黏土層下部大概 3～5m 位置處，一旦發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，將會讓錨索施工無法實施；（6）建筑主體的基坑挖深為15.0m，其集水坑、電梯井深接近20m（實際為19.52m），而在深度大概16.0～17.0m位置處還存在一個隔水層，該隔水層主要由砂粒黏性土層構(gòu)成，使得基坑不容易滲水；（7）通過將與主樓有關(guān)的設(shè)計結(jié)構(gòu)、勘察報告相結(jié)合，來對基底荷載進行評估，發(fā)現(xiàn)其持力層所承受的荷載力特征值根本達不到相關(guān)建筑設(shè)計要求，須對地基實施相應(yīng)的處理，因而，在整體房屋建筑設(shè)計時，支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性所產(chǎn)生的相關(guān)影響，也應(yīng)在地基的實際處理過程中予以重點考慮。

3 支護設(shè)計

3.1 依據(jù)深基坑支護技術(shù)要求進行設(shè)計

在本項目設(shè)計過程中，要確保深基坑圍護結(jié)構(gòu)的安全性，可操作性，同時，要保證周邊現(xiàn)有設(shè)施正常運行，保證對周圍環(huán)境沒有任何影響，因此，經(jīng)過對各種方案做比較，選擇樁+預應(yīng)力錨索方案，以管井降水方式控制地下水。其設(shè)計依據(jù)為《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120—2012），再通過借助軟件 F-SPW7.0 完成相關(guān)計算?；又ёo主要參數(shù)具體如表1。

表1 基坑支護基本參數(shù)明細表

說明：基坑屬于一級安全等級，側(cè)壁重要性是1.1，抗傾覆系數(shù)超過1.25。

3.2 支護方案設(shè)計流程

支護方案設(shè)計具體流程如圖1。

圖1 支護方案設(shè)計具體流程

3.3 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）1-1 剖面：排樁具體參數(shù)為：Ф1 200mm，長度為19 500mm，排樁相互之間距離為2 500mm，嵌固為6 000mm，排樁之間預應(yīng)力錨索設(shè)置兩排，一排長度為20m，另一排長度為16.5m。

（2）2-2 剖面：因附近有樓房建筑，樓房建筑物下面有地下室，容易發(fā)生變形情況，因此，此建筑的基坑支護須使用雙排樁加上預應(yīng)力錨索，排距為2 500mm，排樁間距、長度、直徑、以及嵌固段均與1-1 剖面相同，設(shè)置預應(yīng)力錨索一排，其長度為14 000mm。

通過計算可以知道樁頂最大位移為24.90mm，關(guān)于樁身最高彎矩每米大約為1 290kN 。抗傾覆系數(shù)為1.317，符合大于1.25系數(shù)的相關(guān)要求。

3.4 降水

為解決排水問題，需要設(shè)立Ф600mm，深度27.5m 的降水井20 個，井與井之間的距離25.0m，在井與井之間安裝Ф300mm 的管道。

4 支護施工

4.1 護壁樁

護壁樁選擇旋挖鉆成孔。詳細操作流程為：開始施工→對鉆機進場通道和作業(yè)平臺進行設(shè)置，用放線的方式定位樁孔→制作泥漿池、泥漿及鋼筋籠→鉆機就位開孔安裝鋼護筒→注入泥漿，鉆孔排渣，直至成孔→吊放鋼筋籠，澆混凝土導管插入→水下澆混凝土→拔出導管→截樁頭，綁扎鋼筋骨架→冠梁澆混凝土。

4.2 預應(yīng)力錨索

HM90 型錨固鉆機為錨索成孔所用的機器，需根據(jù)相關(guān)要求設(shè)計孔徑與孔深，其控制具體工藝為：放樣定孔位→安裝鉆機→鉆孔→驗孔→錨索注漿→張拉鎖定及補張拉。

首先，錨索固鉆機孔徑為150mm，開鉆前將孔位與角度調(diào)整精準，孔位誤差要控制在±50mm。在完成設(shè)計深度的鉆孔工作后，進行安裝錨索前，使用高壓風重新清孔一次，并查驗錨索編號，以確保錨索號和孔號相匹配，并將注漿管隨錨索一起安裝到孔底，再向上拔大概200mm，使其暢通性得到保障。接著在進行錨索注漿時，為了保證砂漿的飽滿性和充實度，錨索注漿須達到M30 強度，水泥砂漿的水灰比例要為0.4：0.5，且以0.3～0.5MPa 的壓力進行注漿。

其次，在千斤頂使用方面，在預張拉時，使用YDC240Q型千斤頂；在張拉錨索時，使用YCW150 型千斤頂。油泵采用ZB4-500 型號。在對鋼絞線與腰梁進行清理之后，才能正式實現(xiàn)張拉操作，把錨板（墊板、工作板）先套進去，再把限位板套入后，按照順序一個一個用20kN 力預張拉單根鋼絞線。

最后，結(jié)束預張拉后，將千斤頂和工具錨等安裝好，再通過張拉錨索把它們固定在設(shè)計值上。

4.3 挖方

挖方過程中需要進行分層分段，每層高度均不得大于等于2 000mm，當位置挖到錨索標高下方500mm 處時，進行錨索實際施工，當張拉完成之后才能開始對下層進行開挖。在挖砂層過程中，每層高度均要小于500mm，各段長度應(yīng)小于10m。在工程實際施工過程中，要嚴格按照設(shè)計圖紙和施工相關(guān)具體要求進行操作，工程完成后，要對每一個項目進項檢查和測量，以確保達標。

5 基坑監(jiān)測

5.1 目的

（1）為了更準確地判斷之前施工參數(shù)和相關(guān)工藝是否達到預期效果，更好地實現(xiàn)信息化控制，改善相關(guān)參數(shù)，可以將檢測結(jié)果和預測值進行比較。比較兩者之間的差距大小，對先前施工的工藝和參數(shù)進行評估。

（2）把監(jiān)測的數(shù)據(jù)作為相關(guān)實際信息的反饋，對相關(guān)措施進行完善，縮小實際施工中的誤差，確保工程順利完成。

5.2 布置監(jiān)測點

為了保證基坑支護的質(zhì)量，要對支護結(jié)構(gòu)的位移情況進行觀測，在基坑周圍設(shè)立多個探測點，并對測得數(shù)據(jù)及時進行反饋，以確保工程項目完成得更好。以下是作為報警限值的各種情況：（1）水平方向：發(fā)生了30mm 位置移動變化，或者開挖深度達到了0.3%，同時每小時變化量小于3mm。（2）垂直方向：發(fā)生了20mm 位置移動變化，或者開挖深度達到了0.2%，同時每24h 變化量小于2mm。

5.3 監(jiān)測頻率與結(jié)果

自挖方起到基坑大面積挖掘結(jié)束，共需耗費的時間大約3 個月，在后期實際應(yīng)用過程中也進行變形監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖2。

由圖2 的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以得出下列結(jié)論：

圖2 水平位移監(jiān)測曲線示意圖

（1）基坑支護結(jié)構(gòu)最大變形為23.1mm，發(fā)生在BX-21 點，各數(shù)據(jù)點基坑支護變形均在安全值范圍內(nèi)。從曲線變化觀察，位置變化最后都比較穩(wěn)定。

（2）基坑開挖初期為最容易出現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)變形的階段，挖到基底時候水平位移變得穩(wěn)定。

（3）基坑四周的中部是支護結(jié)構(gòu)最容易產(chǎn)生變形的地方。

（4）為防止支護結(jié)構(gòu)變形，可以加固定預應(yīng)力在錨索上面。

最終的監(jiān)測數(shù)據(jù)基本達到了設(shè)計預期，所有重點地段的變形數(shù)據(jù)均在安全值范圍內(nèi)，不影響樓房，道路等設(shè)施。

6 結(jié)語

通過對某房屋建筑工程中支護技術(shù)應(yīng)用探討分析，得出結(jié)論為：（1）在市區(qū)繁華地段，為防止基坑變形，要采用護壁樁+預應(yīng)力錨索做支護，經(jīng)濟適用，穩(wěn)定性好；（2）基坑開挖初期，支護結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生變形，為防止基坑變形，開挖期間要嚴格把控深度，不要讓壁面暴露在外太長時間，而且需及時施加預應(yīng)力在錨索上；（3）為了控制、防止、減少基坑支護中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形，應(yīng)該科學設(shè)立雙排樁。