深基坑支護(hù)技術(shù)在巖土工程施工中的應(yīng)用淺析

楊宏偉

（西安市鴻儒巖土科技開發(fā)有限公司，西安 710075）

1 引言

深基坑支護(hù)施工是一項(xiàng)相對復(fù)雜化、系統(tǒng)化的工程，其涵蓋了基坑開挖、支護(hù)、環(huán)保、工藝質(zhì)控等，同時(shí)還兼顧整個(gè)工程項(xiàng)目的施工進(jìn)程[1]。最主要的是，在具體施工當(dāng)中，巖土工程深基坑支護(hù)的施工條件相對復(fù)雜，且存在較多的施工風(fēng)險(xiǎn)。因此，這就對施工的安全性提出更高的要求。所以，在巖土工程施工當(dāng)中，必須把控好對深基坑支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用。

2 巖土工程施工中深基坑支護(hù)技術(shù)的重要性及特征

2.1 巖土工程施工中深基坑支護(hù)技術(shù)的重要性

緊隨城市化建設(shè)不斷深入，建設(shè)用地?cái)?shù)量隨之逐漸減少，高層建筑規(guī)劃建設(shè)和地下空間開發(fā)成為主流趨勢，深基坑模式因此得以全面應(yīng)用。而通過應(yīng)用深基坑支護(hù)技術(shù)能夠切實(shí)保障深基坑支護(hù)施工的安全性和穩(wěn)定性。深基坑支護(hù)是指為保證深基坑空間結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境的安全與穩(wěn)定而采取的對深基坑側(cè)壁進(jìn)行保護(hù)與加固的措施[2]。在實(shí)際的深基坑支護(hù)工程施工中，存在諸多危險(xiǎn)性因素，這些因素很容易導(dǎo)致安全事故產(chǎn)生，甚至引發(fā)人員傷亡。因此，深基坑支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可以在深基坑工程中發(fā)揮安全保障作用，提供有效的安全防控。此外，在巖土工程深基坑施工過程中，如果存在前期檢查工作不充分、現(xiàn)場平整條件不符合標(biāo)準(zhǔn)、臨時(shí)支架搭設(shè)不完善等問題，都將難以保障巖土工程施工的質(zhì)量及安全性，因此，強(qiáng)化深基坑支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究非常重要。

2.2 巖土工程施工中深基坑支護(hù)技術(shù)的特征

1）建設(shè)條件復(fù)雜。與其他建設(shè)項(xiàng)目相比，巖土工程具有特殊性，其難度大，施工條件比其他建設(shè)項(xiàng)目差。因此，巖土工程中深基坑支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，要求工作人員在實(shí)際工作中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。同時(shí)，為避免施工條件復(fù)雜影響施工質(zhì)量，需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況實(shí)施深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)。

2）施工風(fēng)險(xiǎn)高。巖土工程深基坑支護(hù)工程的重點(diǎn)在于切實(shí)提高工程項(xiàng)目的安全性與穩(wěn)定性。但由于巖土工程本身的特殊性，導(dǎo)致其深基坑支護(hù)仍然面臨一系列風(fēng)險(xiǎn)。其中，主要風(fēng)險(xiǎn)包括工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和施工人員的人身安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。

3）施工涉及因素多。巖土工程深基坑支護(hù)技術(shù)施工特點(diǎn)顯著，涉及的因素較多。因此，要求工作人員在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中充分考慮影響因素。比如，影響巖石工程穩(wěn)定性的巖石、土壤、水分等。一旦在實(shí)際施工過程中基巖或土壤的強(qiáng)度受到影響，必將直接影響整體深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，甚至由此引發(fā)嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 工程概況

3.1 基坑工程概述

某項(xiàng)目辦公樓基坑工程，位于市中心，項(xiàng)目東部是文化中心，南部為規(guī)劃道路，西、北部則均為河流。該項(xiàng)目整體規(guī)劃占地面達(dá)積11 386.79 m2，建筑的建筑面積為53 502.254 m2。整個(gè)項(xiàng)目中，地上建筑的整體面積達(dá)35 568.62 m2，地下建筑面積為16 734.64 m2。建筑主要由15 層主樓、2 層裙樓以及3 層地下室組成，建筑高度達(dá)到69.23 m。建筑的基坑類似于矩形，東西長度約為120 m，南北長度約為77 m。

3.2 深基坑四周情況

項(xiàng)目場地周邊的環(huán)境較為復(fù)雜，其北側(cè)距基坑圍墻約3 m處分布有道路、橋梁、電力、排水管道等基礎(chǔ)設(shè)施。西側(cè)為河道，所處位置距基坑圍墻約13 m。南部距離基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)6.5 m處為既有干道，地下敷設(shè)供水、排污、電力供應(yīng)等管線。

此外，棚木區(qū)和材料堆場分別位于基坑的西南角和東北角。在河道和西圍墻之間的場地上設(shè)置了一座兩層的彩鋼房屋。泵車停車位設(shè)置在南北兩側(cè)的道路上。基坑內(nèi)有兩處出土口，均在南側(cè)，挖掘的土方均需運(yùn)載至15 km 以往的堆土場。

3.3 深基坑水文地質(zhì)條件

該工程項(xiàng)目所處地區(qū)氣候條件較為溫暖濕潤，雨季雨量非常充沛，季節(jié)性變化明顯。年均氣溫為18℃，年均降雨量約為1 600 mm。項(xiàng)目主要地形為沿海平原，地勢平坦，高程在3.6～5.2 m。其中，建筑基坑鉆孔深度內(nèi)的土層結(jié)構(gòu)主要以雜填土、黏土、淤泥為主。各土層呈現(xiàn)的物理力學(xué)性質(zhì)如表1 所示。該工程項(xiàng)目的地表水與地下水覆蓋了黏土和淤泥等土層，地下水水位變化主要受河流、季節(jié)變化及降水量等因素的直接影響，距地表約0.15～0.88 m，海拔在2.97～3.57 m。

表1 基坑土層的物理性質(zhì)力學(xué)指標(biāo)

4 案例工程施工中深基坑支護(hù)技術(shù)實(shí)施方案

選擇科學(xué)有效的深基坑支護(hù)方案的重要性不言而喻。不同的支護(hù)形式對建筑基坑項(xiàng)目的工期、造價(jià)投入、技術(shù)措施等都將造成不同程度的影響。因此，需要充分結(jié)合不同支護(hù)類型的優(yōu)劣勢、適用條件等選擇科學(xué)合理的基坑支護(hù)方案。另外，所制訂的基坑支護(hù)方案應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持因地制宜的原則，要充分結(jié)合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件、基坑挖掘深度、周邊環(huán)境條件等一系列因素來進(jìn)行，不可隨意選擇。具體分析如下。

4.1 深基坑內(nèi)支護(hù)體系

由于項(xiàng)目周圍土壤工程性質(zhì)弱、河流縱橫、地下管線眾多，坑外錨固穩(wěn)定性不足。因此，通常使用坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)來保障穩(wěn)定性，其中，基坑內(nèi)支架主要需要結(jié)合相應(yīng)的材料差異細(xì)分混凝土和鋼支架兩種不同材料支架。對比之下，鋼支架的結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)固，并且實(shí)際拆裝處理較為便捷，可進(jìn)行二次回收利用。

本工程內(nèi)部支持體系安排如下：兩個(gè)水平鋼筋混凝土支架沿著基坑垂直放置，使基坑產(chǎn)生的土體變形不會影響周邊道路和橋梁工程的穩(wěn)定性。其中，第一支架頂面高度約為-2.200 m，樁頂冠梁兼作第一支架圍護(hù)結(jié)構(gòu)。第二支架頂部標(biāo)高-6.752 m。第二支撐外殼連接到支撐樁。剝?nèi)ピ@孔樁的混凝土保護(hù)層，用兩根直徑為23 mm 的HRB400 鋼筋連接到每個(gè)支架上。樁身豎向鋼筋全部搭接焊接，焊縫長度必須≥300 mm，作為連接第二支座的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

4.2 深基坑立柱和鉆孔灌注樁

基坑內(nèi)水平支護(hù)系統(tǒng)的豎向支護(hù)構(gòu)件為井形鋼柱，呈網(wǎng)格狀，柱下有現(xiàn)澆樁。井形格子型鋼柱覆板與角鋼焊接為周邊焊接，上部延伸至500 mm 鋼筋混凝土水平支撐，下部插入3 m 以上的柱樁。柱樁的直徑需設(shè)計(jì)為850 mm，并已盡可能用工程樁代替，由此來實(shí)現(xiàn)降低成本的效果。

4.3 深基坑水幕層

深基坑水幕層主要采用的是雙螺桿水泥混合樁，施工前必須進(jìn)行工藝試樁，由此進(jìn)一步明確基坑挖掘的深度、砂漿材料混合比、混凝土噴射的沉升速度、混凝土噴射的速度、壓力控制等多方面的工藝參數(shù)值，保證水幕層施工的質(zhì)量。

4.4 深基坑被動區(qū)加固

為抑制基坑出現(xiàn)變形，有效緩解對周邊環(huán)境的影響，需要在基坑底部沿支撐樁內(nèi)側(cè)設(shè)置水泥混合樁，加固被動區(qū)土體。同時(shí)，還可由此減緩支撐樁所承受的內(nèi)力，但所消耗的總成本并不多。被動區(qū)的鋼筋水泥混合樁直徑需控制為500 mm，樁上部高度需控制為-10.5 m，下部高程需控制為-15 m，水泥含量在15%內(nèi)。

4.5 降排水施工

由于基坑靠近周邊道路、市政管線和既有建筑，采取傳統(tǒng)的沉降法降排水效果不佳，而基礎(chǔ)土主要是不透水的黏土。為避免周邊地面由于降水而引發(fā)嚴(yán)重的地面沉降，本工程項(xiàng)目排除降水方式，主要采用排水溝明渠實(shí)施排水的方式，對坑內(nèi)、外地表水等進(jìn)行排放和封堵。

5 案例工程施工中深基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果

5.1 施工效果匯總

該項(xiàng)目基坑深度海拔達(dá)-9.352 m，其下墊層的底部海拔為-10.351 m。基坑開挖深度約為9 m，基坑的整體開挖面積在9 000 m2，土方工程量統(tǒng)計(jì)約為85 000 m3。因此，基坑開挖深度相對較深，土質(zhì)條件比較差，且氣候條件不好，因此，實(shí)施土方開挖需遵循“分層、零碎、小空間、對稱開挖”的原則。具體施工效果如下：

1）支撐樁參數(shù)設(shè)計(jì)需達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，然后將場地平整，其標(biāo)高嚴(yán)格控制在-0.55 m。

2）第一支護(hù)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，開挖至第二支護(hù)底高度控制在7.85 m，并需要在此基礎(chǔ)上及時(shí)增設(shè)第二道護(hù)圍。

3）二次支護(hù)混凝土及周邊混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，開挖至下墊層底深度達(dá)-10.36 m。

4）電梯井和集水井局部深挖位置需先采用機(jī)械進(jìn)行開挖（1～2 m），其他則實(shí)施人工開挖。同時(shí)，在開挖澆筑混凝土墊層時(shí)，要求需在24 h 內(nèi)完成整個(gè)澆筑工序。

5）澆筑混凝土底板需延伸至支撐樁的側(cè)面位置。

6）當(dāng)?shù)装寤炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，則可將第二道鋼筋混凝土支撐進(jìn)行拆除處理。

7）進(jìn)行地下樓板施工時(shí)。要求地下室1 層樓板的混凝土應(yīng)當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，然后由此來拆除首根鋼筋混凝土支撐模板。

8）完成地面剩余主要結(jié)構(gòu)施工量，回填并壓實(shí)土層。

5.2 竣工后的監(jiān)測結(jié)果

本項(xiàng)目基坑開挖面積較大，開挖深度較深，且開挖的周邊環(huán)境相對復(fù)雜。為保障基坑本身及周邊環(huán)境的安全，在基坑施工過程中，委托專門的監(jiān)測單位，對立柱水平位移、沉降、支護(hù)段周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)當(dāng)立即強(qiáng)化監(jiān)控并在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)監(jiān)測措施。

根據(jù)工程監(jiān)測報(bào)告，從基坑開挖到回填的最終完成，要求支撐樁最大累積橫向變形＜40.5 mm，柱樁最大沉降＜20.8 mm。基坑周圍的建筑物沉降最大及周圍埋地管道變形嚴(yán)格控制在6.5 mm 以內(nèi)，并設(shè)計(jì)警戒值。支座最大軸向力產(chǎn)生于基坑?xùn)|南角支座，最大軸向力約為7 200 kN，在支座設(shè)計(jì)規(guī)定的承載力范圍內(nèi)。因此，基坑施工對周邊環(huán)境的影響屬于安全可控。

6 結(jié)語

綜上，巖土工程深基坑支護(hù)技術(shù)相對復(fù)雜，在實(shí)際施工中需要考慮多方面內(nèi)容，嚴(yán)格把控施工質(zhì)量。通過案例工程分析可知，深基坑支護(hù)施工不可避免地會對周邊環(huán)境造成影響，因此，需要在前期施工準(zhǔn)備階段明晰工程現(xiàn)場水文地質(zhì)情況，并將安全性和經(jīng)濟(jì)性納入施工方案當(dāng)中。基坑支護(hù)施工竣工后，需做好相應(yīng)的基坑監(jiān)測工作，分析工況、和監(jiān)測結(jié)果，由此判定深基坑工程施工的科學(xué)性、合理性及有效性，這樣才能取得預(yù)期的施工效果。