深基坑支護技術(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

深基坑支護施工是一項相對復(fù)雜化、系統(tǒng)化的工程，其涵蓋了基坑開挖、支護、環(huán)保、工藝質(zhì)控等，同時還兼顧整個工程項目的施工進程[1]。最主要的是，在具體施工當(dāng)中，巖土工程深基坑支護的施工條件相對復(fù)雜，且存在較多的施工風(fēng)險。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技術(shù)的應(yīng)用。

2 巖土工程施工中深基坑支護技術(shù)的重要性及特征

2.1 巖土工程施工中深基坑支護技術(shù)的重要性

緊隨城市化建設(shè)不斷深入，建設(shè)用地數(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)用深基坑支護技術(shù)能夠切實保障深基坑支護施工的安全性和穩(wěn)定性。深基坑支護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)壁進行保護與加固的措施[2]。在實際的深基坑支護工程施工中，存在諸多危險性因素，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，強化深基坑支護技術(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技術(shù)的特征

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

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

3）施工涉及因素多。巖土工程深基坑支護技術(shù)施工特點顯著，涉及的因素較多。因此，要求工作人員在深基坑支護設(shè)計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。一旦在實際施工過程中基巖或土壤的強度受到影響，必將直接影響整體深基坑支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，甚至由此引發(fā)嚴(yán)重的安全風(fēng)險。

3 工程概況

3.1 基坑工程概述

某項目辦公樓基坑工程，位于市中心，項目東部是文化中心，南部為規(guī)劃道路，西、北部則均為河流。該項目整體規(guī)劃占地面達積11 386.79 m2，建筑的建筑面積為53 502.254 m2。整個項目中，地上建筑的整體面積達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?；觾?nèi)有兩處出土口，均在南側(cè)，挖掘的土方均需運載至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技術(shù)實施方案

選擇科學(xué)有效的深基坑支護方案的重要性不言而喻。不同的支護形式對建筑基坑項目的工期、造價投入、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)合不同支護類型的優(yōu)劣勢、適用條件等選擇科學(xué)合理的基坑支護方案。另外，所制訂的基坑支護方案應(yīng)當(dāng)堅持因地制宜的原則，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行，不可隨意選擇。具體分析如下。

4.1 深基坑內(nèi)支護體系

由于項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，并且實際拆裝處理較為便捷，可進行二次回收利用。

本工程內(nèi)部支持體系安排如下：兩個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@孔樁的混凝土保護層，用兩根直徑為23 mm 的HRB400 鋼筋連接到每個支架上。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)水平支護系統(tǒng)的豎向支護構(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)計為850 mm，并已盡可能用工程樁代替，由此來實現(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，施工前必須進行工藝試樁，由此進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，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，本工程項目排除降水方式，主要采用排水溝明渠實施排水的方式，對坑內(nèi)、外地表水等進行排放和封堵。

5 案例工程施工中深基坑支護技術(shù)應(yīng)用效果

5.1 施工效果匯總

該項目基坑深度海拔達-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)計需達到相應(yīng)強度標(biāo)準(zhǔn)，然后將場地平整，其標(biāo)高嚴(yán)格控制在-0.55 m。

2）第一支護混凝土達到設(shè)計強度的80%后，開挖至第二支護底高度控制在7.85 m，并需要在此基礎(chǔ)上及時增設(shè)第二道護圍。

3）二次支護混凝土及周邊混凝土達到設(shè)計強度的80%后，開挖至下墊層底深度達-10.36 m。

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

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)計強度的80%后，則可將第二道鋼筋混凝土支撐進行拆除處理。

7）進行地下樓板施工時。要求地下室1 層樓板的混凝土應(yīng)當(dāng)達到設(shè)計強度的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，回填并壓實土層。

5.2 竣工后的監(jiān)測結(jié)果

本項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、支護段周邊環(huán)境進行監(jiān)測。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)當(dāng)立即強化監(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?；又車慕ㄖ锍两底畲蠹爸車竦毓艿雷冃螄?yán)格控制在6.5 mm 以內(nèi)，并設(shè)計警戒值。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技術(shù)相對復(fù)雜，在實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)濟性納入施工方案當(dāng)中?；又ёo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。