復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)

胡建

核工業(yè)西南勘察設(shè)計研究院有限公司 四川 成都 610052

社會經(jīng)濟水平的持續(xù)提升促使城市建設(shè)發(fā)展進程明顯加快，其中，為進一步滿足城市建設(shè)規(guī)劃發(fā)展要求，政府相關(guān)部門及主體建設(shè)單位針對地下空間開發(fā)利用問題予了高度重視與合理部署。對于地下空間開發(fā)與利用工作而言，如何保障深基坑工程建造效果始終是地下空間開發(fā)與利用工作予以重點解決的問題。結(jié)合大量施工經(jīng)驗來看，基坑工程支護設(shè)計與施工所面臨的重難點問題較多，需要參建單位從多個方面衡量影響因素以及施工關(guān)鍵內(nèi)容。一般來說，深基坑支護設(shè)計可選擇類型較多，如果比較常見的排樁、地連墻、水泥土攪拌樁、鋼板樁、土釘墻等。不同深基坑支護設(shè)計形式適用條件以及優(yōu)缺點不同，要求現(xiàn)場施工人員應(yīng)該結(jié)合工程地質(zhì)條件以及主體結(jié)構(gòu)要求，合理選擇并應(yīng)用支護施工類型，保障深基坑工程施工質(zhì)量和效果達到預(yù)期。

1 工程概況分析

某新建學(xué)校項目總建筑面積4.24萬m2，地下3層、地上4層。其中，該項目基坑深度18.09m，局部深度可高達21.29m。該工程項目基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)地下鋪設(shè)多條市政管線，西側(cè)以及南側(cè)為城市道路。該工程項目所涉及到的專業(yè)施工協(xié)調(diào)內(nèi)容較多，施工難度相對較大。同時，該工程項目基坑周邊環(huán)境較復(fù)雜，給深基坑支護設(shè)計和施工作業(yè)帶來了較大難度[1]。

結(jié)合現(xiàn)場工程地質(zhì)情況來看，基坑深度范圍內(nèi)所涉及到的土層類型有多種，主要為素填土、粉質(zhì)粘土、粉土和粉砂等地層；地下水位年內(nèi)變幅1.5m左右，水位隨季節(jié)性變化?？傮w來看，該項目基坑場地地下水位相對較高且粉土和粉砂易塌孔，加上周邊建筑物相對密集且管線復(fù)雜，如何保障深基坑支護設(shè)計以及施工建設(shè)安全已然成為該工程項目予以重點解決的問題。

2 復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護設(shè)計內(nèi)容分析

2.1 方案選型分析

關(guān)于復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護設(shè)計方案選型問題的研究與分析，設(shè)計根據(jù)項目周邊環(huán)境保護要求，對錨拉結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置應(yīng)用問題進行妥善處理。舉例而言，錨拉結(jié)構(gòu)構(gòu)件禁止進入既有或者規(guī)劃有建構(gòu)筑物下方位置，以防止對其他專業(yè)施工作業(yè)帶來不良影響。與此同時，現(xiàn)場施工不具備錨索施工條件，設(shè)計可以采取樁（墻）+內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)形式，或可利用逆作法進行施工。需要注意的是，本工程項目采用了結(jié)構(gòu)抗震隔震措施，局部通常設(shè)置在基礎(chǔ)以上，因此并不適用逆作法。針對于此，設(shè)計人員從樁+內(nèi)支撐或者墻+內(nèi)支撐中進行施工設(shè)計與選擇應(yīng)用[2]。

本工程項目建設(shè)所處地貌單元為河漫灘，穩(wěn)定水位主要位于地面下2.30m～3.85m之間。結(jié)合現(xiàn)場勘察分析情況來看，基坑深度范圍內(nèi)存在多層深厚透水砂層，為確保深基坑質(zhì)量和安全，設(shè)計采用落底式止水帷幕方式。除此之外，考慮到現(xiàn)場專業(yè)施工協(xié)調(diào)問題以及施工碰撞問題，各參建單位結(jié)合場地環(huán)境條件對基坑支護設(shè)計方案選型問題進行了深入探討與分析，最終決定采用地下連續(xù)墻與內(nèi)支撐組合的支護方式進行施工應(yīng)用，以達到良好的深基坑支護效果。結(jié)合本項目基坑深度以及周邊環(huán)境條件，基坑安全等級設(shè)置為一級。

2.2 圍護優(yōu)化設(shè)計分析

本項目考慮到支護結(jié)構(gòu)安全和止水防滲要求，圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，本項目地下連續(xù)墻墻體厚度為800mm，墻深度為40m，墻體混凝土設(shè)計強度為C35。在結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化設(shè)計方面，地下連續(xù)墻槽段之間的接頭利用鎖口管接頭形式進行設(shè)計應(yīng)用，地下連續(xù)墻作為止水帷幕進行應(yīng)用。與此同時，地下連續(xù)墻頂部可采用封閉式鋼筋混凝土冠梁結(jié)構(gòu)形式進行施工應(yīng)用。在布置優(yōu)化方面，冠梁應(yīng)該與地下連續(xù)墻在迎土側(cè)位置完成平齊布置處理。需要注意的是，關(guān)于冠梁高度以及寬度的計算分析，設(shè)計人員需要按照相關(guān)計算法則進行合理確定，寬度不小于地下連續(xù)墻厚度。

經(jīng)計算分析，冠梁高800mm、冠梁寬1200mm，地下連續(xù)墻單元槽段平面形狀與槽段長度應(yīng)該結(jié)合場地環(huán)境條件以及槽壁穩(wěn)定性情況進行合理確定。結(jié)合以往施工經(jīng)驗，關(guān)于單元槽段平面形狀的選擇可以為一字型、L型以及Z型等。在選擇應(yīng)用過程中，設(shè)計人員應(yīng)該明確不同單元槽段平面形狀的限制要求。舉例而言，一字型槽段長度不得超過6m、L型以及Z型進行槽段長度總和不得超過6m。此外，在現(xiàn)場施工實踐過程中，地下連續(xù)墻鋼筋籠接頭鋼筋形狀必須與施工接頭協(xié)調(diào)匹配。而對于封頭鋼筋而言，應(yīng)該與水平鋼筋焊接方式進行操作處理[3]。

2.3 內(nèi)支撐優(yōu)化設(shè)計

內(nèi)支撐系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計主要可以圍繞水平支撐結(jié)構(gòu)與豎向支撐結(jié)構(gòu)兩大方面進行合理布置與設(shè)計。其中，內(nèi)支撐數(shù)量應(yīng)該嚴格按照安全經(jīng)濟、科學(xué)環(huán)保的原則進行精準計算與分析。經(jīng)過研究計算之后，在支護形式的設(shè)計方面，主要采用三道鋼筋混凝土支撐與地下連續(xù)墻共同支護的方式進行設(shè)計施工。在具體部署應(yīng)用方面，支撐結(jié)構(gòu)需要位于基坑四周以及中部位置。上下可分為三道，架設(shè)于豎向支撐格構(gòu)柱位置。

通常來講，為方便后續(xù)土方開挖等一系列施工作業(yè)活動，現(xiàn)場施工人員需要結(jié)合場地環(huán)境情況，在基坑第一道鋼筋混凝土支撐梁上設(shè)置場地板。然而由于本工程項目場地限制影響因素較多，再加上拆換撐施工與主體結(jié)構(gòu)施工進度存在不協(xié)調(diào)問題，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)置方法無法適用于當(dāng)前施工環(huán)境。針對于此，設(shè)計人員在內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置方面需要保障主體施工階段不拆撐。同時，主體墻以及柱鋼筋打眼應(yīng)該穿過內(nèi)支撐梁，在此基礎(chǔ)上，在合適位置上設(shè)置換撐體系與加強板，增強主體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量水平[4]。

另外，本工程在立柱設(shè)計以及立柱樁設(shè)計方面需要以坑內(nèi)內(nèi)支撐作為主體結(jié)構(gòu)橫向支撐構(gòu)件，切實增強工程結(jié)構(gòu)承載性能以及安全性能。其中，立柱插入立柱樁的深度應(yīng)該嚴格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程要求進行科學(xué)計算與合理確定。以本工程項目實踐經(jīng)驗為例，本工程取3m。立柱在穿越底板位置可采取可靠的止水措施進行針對性處理，以防止出現(xiàn)滲漏隱患問題。在立柱樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)置方面，應(yīng)該優(yōu)先以鋼筋混凝土灌注樁為主。通過合理布置與排列應(yīng)用，對內(nèi)支撐提供良好的豎向承力結(jié)構(gòu)。結(jié)合大量施工經(jīng)驗來看，格構(gòu)為內(nèi)支撐節(jié)點的重要聯(lián)系構(gòu)件，其垂直度以及方向情況會對內(nèi)支撐受力平衡以及整體支護穩(wěn)定性效果產(chǎn)生影響。為消除安全風(fēng)險問題，現(xiàn)場施工人員必須嚴格按照設(shè)計圖紙以及專項施工方案要求進行施工。

3 復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護施工關(guān)鍵工藝及技術(shù)內(nèi)容分析

3.1 圍護結(jié)構(gòu)施工

圍護結(jié)構(gòu)施工方式主要采取地下連續(xù)墻施工方式達到良好的施工作業(yè)效果。在具體施工過程中，地下連續(xù)墻施工需要針對槽段劃分以及現(xiàn)場標記問題進行重點強調(diào)與貫徹落實。其中，標準槽段約為6m長，其他異形槽段需要根據(jù)施工設(shè)計以及現(xiàn)場實際情況進行合理排布。與此同時，關(guān)于成槽機械設(shè)備的選擇應(yīng)該根據(jù)土質(zhì)、水位以及場地情況進行合理配置與選擇。結(jié)合現(xiàn)場施工環(huán)境和工程地質(zhì)條件情況，本工程項目更加適用于使用液壓抓斗成槽機進行施工。而鎖口接頭管需要結(jié)合地下連續(xù)墻寬度以及深度情況進行合理選擇與應(yīng)用。需要注意的是，混凝土接頭刷壁效果必須滿足施工設(shè)計要求，施工作業(yè)期間不得出現(xiàn)渣問題[5]。

在正式施工過程中，抓斗成槽機成槽時必須保障槽壁垂直度滿足設(shè)計要求。其中，抓斗兩側(cè)斗齒必須抓進土中，或者落于空洞中，以確保抓斗兩側(cè)斗齒抓土過程中所表現(xiàn)出的受力均衡性效果良好。為防止槽段接頭夾渣引發(fā)滲漏水風(fēng)險問題，施工人員必須針對槽段與混凝土接槎部位進行仔細處理，如可以采用刷壁器進行刷壁處理。如施工人員可提前在刷壁器內(nèi)布設(shè)斜撐板，為保障刷壁效果，操作期間施工人員應(yīng)該規(guī)范個人的操作行為，避免出現(xiàn)碰撞或者損傷問題。直到刷到接頭槽壁無明顯附著物之后，可停止操作。除此之外，關(guān)于起吊異形鋼筋籠的施工優(yōu)化問題的處理，建議施工人員可以通過加強鋼筋籠強度以及剛度等途徑，保障異形鋼筋籠應(yīng)用質(zhì)量安全。

3.2 內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)施工

實行混凝土內(nèi)支撐施工作業(yè)期間，現(xiàn)場施工人員應(yīng)該嚴格按照專項部署方案要求，針對基坑土體進行精準開挖，開挖到內(nèi)支撐梁設(shè)計底標高及以上10cm位置處之后，停止開挖操作。在此基礎(chǔ)上，施工人員需要利用人工方法清除支撐量范圍內(nèi)的土體。當(dāng)達到支撐梁底標高以下2cm位置處時，施工人員可利用人工整平方法對梁底部區(qū)域進行妥善處理，并完成底模板以及側(cè)模板支撐操作處理。結(jié)合現(xiàn)場施工經(jīng)驗來看，關(guān)于底模板以及側(cè)模板的施工處理，需要利用1.5cm厚度的竹膠板進行施工處理。在側(cè)模處理方面，需要利用鋼管斜撐以及對拉螺栓進行加固操作。需要注意的是，在標高放樣環(huán)節(jié)過程中，施工人員需要進行起拱預(yù)拋高處理。

究其原因，主要是因為混凝土梁在自重作用下會發(fā)生明顯下沉現(xiàn)象。而通過采取提供預(yù)拋高形式可形成良好的預(yù)應(yīng)力支撐作用，抵消拆模之后所出現(xiàn)的下沉現(xiàn)象，進一步增強主體結(jié)構(gòu)性。為保障施工精度得以全面增強，現(xiàn)場施工人員需要對立柱樁樁位以及格構(gòu)柱中心安裝情況進行合理確定。如可以在常規(guī)施工的前提條件下，制作應(yīng)用格構(gòu)柱安裝定位輔助底架，強化結(jié)構(gòu)安全施工效果。除此之外，施工人員需要在格構(gòu)柱上部位置合理布設(shè)吊點。其中，格構(gòu)柱中心線必須與樁基中心線重合，誤差不可以超過5mm。需要注意的是，在焊接施工操作過程中，吊車應(yīng)該始終吊住格構(gòu)柱，避免出現(xiàn)施工風(fēng)險問題。在下放操作時，立柱各邊與支撐軸線必須保持垂直或者平行狀態(tài)，到位且無誤之后，應(yīng)該調(diào)整格構(gòu)柱方向以及標高[6]。

4 復(fù)雜環(huán)境下深基坑支護施工管理措施及相關(guān)建議分析

4.1 注重工程地質(zhì)勘察工作，實現(xiàn)專業(yè)性勘察技術(shù)管理目標

在正式開展深基坑支護施工作業(yè)之前，業(yè)主或總包單位應(yīng)該指派專業(yè)勘察人員對地質(zhì)條件進行精細化勘察與分析。在勘察分析過程中，應(yīng)重點圍繞地層巖性、水文地質(zhì)條件、場地周邊環(huán)境條件等重點勘察內(nèi)容進行研究分析，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)記錄分析工作。

設(shè)計和施工人員可以根據(jù)巖土工程勘察數(shù)據(jù)反饋情況，對地質(zhì)環(huán)境對深基坑支護工程建設(shè)可能造成的負面影響進行提前評估分析。根據(jù)分析反饋結(jié)果，對可能發(fā)生危險的區(qū)域進行提前識別。除此之外，在施工技術(shù)方案的部署方面，應(yīng)該結(jié)合工程地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)進行適當(dāng)調(diào)整與優(yōu)化，并做好技術(shù)指導(dǎo)工作，保障深基坑支護工程建設(shè)活動順利開展。

4.2 健全完善施工技術(shù)管理制度，增強現(xiàn)場施工質(zhì)量安全效果

深基坑支護施工建設(shè)容易受到不穩(wěn)定因素影響而出現(xiàn)質(zhì)量風(fēng)險問題，因此為確保工程始終處于高效穩(wěn)定的運行狀態(tài)，施工單位就必須加強健全施工技術(shù)管理制度，以切實增強現(xiàn)場施工質(zhì)量安全效果。在具體實施過程中，施工管理人員應(yīng)該主動結(jié)合深基坑支護施工特點，對施工現(xiàn)場所涉及到的關(guān)鍵施工工藝內(nèi)容進行合理部署，并加強對各施工工序的妥善安排。與此同時，各參建單位之間應(yīng)該做好技術(shù)交底工作，保證深基坑支護施工工藝效果落實。除此之外，施工技術(shù)管理人員應(yīng)該深化個人的施工技術(shù)管控意識，尤其要重點加強對施工重難點問題的妥善處理，如圍護結(jié)構(gòu)施工、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)施工等。

4.3 貫徹落實關(guān)鍵施工工藝及管理要點，提升現(xiàn)場技術(shù)管理效能

如何貫徹落實關(guān)鍵施工工藝及管理要點，始終是深基坑支護工程施工現(xiàn)場予以重點貫徹落實的內(nèi)容。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗來看，開挖施工始終是深基坑支護施工現(xiàn)場予以重點關(guān)注的內(nèi)容。如果開挖施工方式選擇不當(dāng)，就很容易引發(fā)深基坑支護施工風(fēng)險問題。在具體施工過程中，需要重點考慮深基坑支護要求以及周邊巖土特性，合理選擇機械設(shè)備以及施工開挖技術(shù)方法。需要注意的是，在開挖施工期間，施工人員應(yīng)該時刻對基坑、地下水位變化情況進行重點關(guān)注，以防止出現(xiàn)施工風(fēng)險問題[7]。

4.4 深化施工風(fēng)險防范意識，科學(xué)制定應(yīng)對措施

深基坑支護施工參建人員必須深化個人的施工風(fēng)險防范意識，可結(jié)合過往施工經(jīng)驗，對深基坑支護施工建設(shè)容易出現(xiàn)的風(fēng)險問題進行提前識別，并科學(xué)制定應(yīng)對措施，減少塌陷以及其他質(zhì)量風(fēng)險問題出現(xiàn)。與此同時，在關(guān)鍵施工作業(yè)方面，應(yīng)該加強對重難點問題的妥善處理，如開挖期間應(yīng)該對開挖進度以及技術(shù)落實情況進行合理管控等。

5 結(jié)論

總而言之，深基坑支護設(shè)計施工會對深基坑工程安全、質(zhì)量、工期和經(jīng)濟等產(chǎn)生重要影響。因此對于復(fù)雜地質(zhì)以及環(huán)境條件而言，如何保證深基坑支護設(shè)計施工質(zhì)量安全已然成為參建單位予以重點考慮的問題。本文所研究的工程項目通過合理部署優(yōu)化深基坑支護設(shè)計方案以及施工技術(shù)內(nèi)容，所取得的施工成效相對顯著。結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測情況顯示，開挖施工之后，地下連續(xù)墻成墻質(zhì)量相對較好，內(nèi)支撐受力穩(wěn)定性較高，基本上可以為其他相似工程提供借鑒和參考。