民建工程施工中深基坑支護(hù)施工方案研究

朱誠(chéng) 山東鐵信建設(shè)集團(tuán)有限公司

1 前言

深基坑支護(hù)作為基坑開(kāi)挖的關(guān)鍵內(nèi)容，更是建筑施工中核心技術(shù)問(wèn)題，深基坑支護(hù)工作高質(zhì)量地完成，可從本質(zhì)層面確保施工全生命周期有序推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)建筑施工目標(biāo)。受多方面因素的干擾，深基坑支護(hù)正式施工過(guò)程中質(zhì)量難以實(shí)現(xiàn)可控化，為顯著提升建筑施工水平，應(yīng)掌握施工技術(shù)要點(diǎn)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)[1]。

2 民建工程施工中深基坑支護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)分析

2.1 柱列式灌注樁、排樁支護(hù)

柱列式灌注樁、排樁支護(hù)始終作為深基坑支護(hù)重要方式，柱列式間隔通常包含兩種方式，即樁間存在一定距離布置形式、樁間相切密排布設(shè)方式，可利用鋼筋混凝土開(kāi)展鉆孔、挖孔等工作，將其充分灌注于整個(gè)樁內(nèi)，為確保整個(gè)建筑工程經(jīng)濟(jì)性、便捷性，此種類(lèi)型支護(hù)方式剛度較佳。為避免地下水將部分土體顆粒攜帶，并依托樁間相應(yīng)的空隙將其流入基坑內(nèi)部，應(yīng)始終處于樁間或背側(cè)開(kāi)展灌漿工作，增設(shè)相應(yīng)的深層攪拌樁將其作為防水帷幕[2]。

排樁支護(hù)最為凸顯的特征是適用能力較強(qiáng)，在各類(lèi)土質(zhì)中使用成效較佳，且施工過(guò)程中操作具有一定的便捷性，施工中不會(huì)產(chǎn)生噪聲，具有較佳的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。排樁、地下連續(xù)墻均作為懸臂式支護(hù)方式，其實(shí)際嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算公式如下：

式中：Kem為嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)。安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，其系數(shù)分別不小于1.25、1.2、1.15；Eak、Epk為基坑外側(cè)動(dòng)土壓力、基坑外側(cè)被動(dòng)土壓力合力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；Epk、Zp1為基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力合力作用點(diǎn)至擋土構(gòu)件低端的距離。

3 鋼板樁支護(hù)

鋼板樁支護(hù)主要是指深基坑支護(hù)的鋼板樁，主要是由帶有鎖口或鉗口的熱軋型鋼定制而成，將此類(lèi)鋼柱按照相應(yīng)的序列進(jìn)行銜接，方可形成鋼板樁墻體。民建工程正常施工過(guò)程中，鋼板樁支護(hù)是深基坑支護(hù)使用最普遍的類(lèi)型之一，此類(lèi)支護(hù)方式不僅操作便捷，而且具備較佳的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

鋼板樁支護(hù)施工基本要點(diǎn)包含以下幾方面。

第一，樁孔處理。為第一時(shí)間完成樁孔回填工作，每拔高1m后暫停引拔，振動(dòng)持續(xù)幾分鐘后便可開(kāi)展土孔填實(shí)工作。

第二，基坑開(kāi)挖?；诱介_(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合擬建場(chǎng)地實(shí)際狀況，遵循相應(yīng)的原則，同時(shí)布設(shè)相應(yīng)的排水溝，以免產(chǎn)生漏水和滲水現(xiàn)象。需強(qiáng)調(diào)的是，該支護(hù)技術(shù)用于超過(guò)5m的工程，具體實(shí)踐中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，干擾其最終實(shí)際應(yīng)用成效。鋼板樁支護(hù)實(shí)際選用過(guò)程中，建議選取熱軋U型鋼板樁，定尺度超過(guò)6m，嚴(yán)格以0.5m為最小單位進(jìn)級(jí)，鋼板樁支護(hù)實(shí)際施工周期依照50m~100m進(jìn)行考量，每根鋼板樁正式使用年限，可依照周轉(zhuǎn)20次進(jìn)行考量[3]。

4 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻作為民建工程使用最普遍的類(lèi)型，其自身應(yīng)用基本原理為，利用專(zhuān)項(xiàng)的機(jī)械工序，沿著開(kāi)挖工程周?chē)?，處于泥漿護(hù)壁條件下實(shí)施開(kāi)挖工作，最終形成一定長(zhǎng)度的溝槽，將預(yù)先制定完成的鋼筋籠放置于槽段內(nèi)，選取導(dǎo)管法高質(zhì)量完成水下混凝土澆筑工作，以此形成完整的單元墻段，應(yīng)基于當(dāng)下實(shí)際狀況選取合理的方式做好銜接，進(jìn)而形成完整的連續(xù)墻。

此種類(lèi)型支護(hù)方式自身具有較強(qiáng)的剛度，處于多種地質(zhì)條件下均可適用，開(kāi)展工作時(shí)產(chǎn)生噪聲較小，具有較佳的環(huán)保功能。該支護(hù)方式不足在于處理泥漿廢液時(shí)，選擇泥水分離技術(shù)不佳，會(huì)不同程度干擾整個(gè)環(huán)境，施工中若產(chǎn)生地下水位急劇上升，進(jìn)而增加槽壁坍塌風(fēng)險(xiǎn)。地下連續(xù)墻正式施工過(guò)程中，內(nèi)部涵蓋的施工工序較多，不同施工環(huán)節(jié)技術(shù)要點(diǎn)把控至關(guān)重要，其中最為關(guān)鍵的便是施工質(zhì)量，主要包含現(xiàn)澆、預(yù)制類(lèi)型，選用現(xiàn)場(chǎng)澆筑方式較多，導(dǎo)墻一般選擇現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)為宜，其自身實(shí)際強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不建議低于C20，厚度應(yīng)超過(guò)200cm，導(dǎo)墻建議選取雙向配筋，間距通常小于200mm，導(dǎo)墻自身實(shí)際允許偏差見(jiàn)表1。

表1 導(dǎo)墻允許偏差

按照不同的分類(lèi)基準(zhǔn)，可將地下連續(xù)墻劃分為多種類(lèi)型，實(shí)際類(lèi)型存在較大差異性，依照成墻方式可劃分為排樁式、槽板式、組合式；按照墻用途可劃分為防滲墻、永久擋土墻、臨時(shí)擋土墻[4]。

5 土釘墻支護(hù)

土釘墻支護(hù)基本原理為以密集的土釘群、被加固土體、噴射混凝土面層構(gòu)成，進(jìn)而形成一個(gè)完善、穩(wěn)定的擋土結(jié)構(gòu)，抵抗墻后實(shí)際傳輸?shù)耐翂毫捌渌饔昧?，可確保整個(gè)民建工程實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程穩(wěn)定、可靠。民建工程施工中基坑開(kāi)挖時(shí)，可存在促使邊坡保持直立的臨界高度，但其超過(guò)該深度或地面超載時(shí)將會(huì)發(fā)生突發(fā)性損傷，土釘墻技術(shù)主要是處于土體內(nèi)部增設(shè)一定長(zhǎng)度的土釘，進(jìn)一步發(fā)揮其自身共同優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)充土體自身強(qiáng)度不足，顯著增強(qiáng)土體自身穩(wěn)定性、主動(dòng)性。

土釘墻支護(hù)方式最為典型的優(yōu)勢(shì)為，可有效承載土體承載力，將土體作為整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)不可劃分的部分，整體結(jié)構(gòu)自重較小，柔性較佳，具備較佳的抗震性能和延展性，實(shí)際施工效率較高，無(wú)需單一化占用場(chǎng)地。

土釘墻支護(hù)技術(shù)適用于地下水之上，或選取人工降水后黏性土層內(nèi)，不適用地下水以下，并未選用人工降水處理后土層內(nèi)。此類(lèi)深基坑支護(hù)方式自身具有的良好的經(jīng)濟(jì)性，且正式操作環(huán)節(jié)簡(jiǎn)易，施工效率較高，土釘墻實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)確保土釘自身穩(wěn)定性、可靠性，結(jié)合當(dāng)下實(shí)際狀況，精準(zhǔn)計(jì)算土釘強(qiáng)度及牽引力，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和要求，積極開(kāi)展相應(yīng)的加載拉拔試驗(yàn)。

此類(lèi)支護(hù)自身?yè)跬列阅軆?yōu)良，施工方式主要以噴射水泥為主，正式開(kāi)挖工作與鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)可同步實(shí)施，循序漸進(jìn)積累形成加筋重力式擋墻結(jié)構(gòu)。需特別注意的是，基坑開(kāi)挖方案、土釘墻支護(hù)方案的選用，主要是基于整個(gè)基坑周?chē)h(huán)境，對(duì)擬建區(qū)域周?chē)潘?、地下水位等做好了解，以免管線產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，采取有效的監(jiān)控和控制，以免發(fā)生意外事故[5]。土釘墻按照初期設(shè)計(jì)要求和原則完成設(shè)計(jì)工作后，應(yīng)積極做好驗(yàn)算工作，如土釘抗拉承載力驗(yàn)算、內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算等，其中土釘抗拉承載力驗(yàn)算如下：

式中：Tt為試驗(yàn)獲得的極限抗拔力（kN/m）；D鉆孔直徑（m）；τf為錨體砂漿與土體間第i層土的黏結(jié)強(qiáng)度（kN/m2）。

6 內(nèi)支撐和錨桿

內(nèi)支撐和錨桿是民建工程深基坑最為關(guān)鍵的支撐結(jié)構(gòu)類(lèi)型，其自身優(yōu)勢(shì)較多，具備較佳的剛度，實(shí)際產(chǎn)生位移較小，可避免基坑發(fā)生形變等缺陷，為基坑施工構(gòu)建安全、可靠的環(huán)境。處于當(dāng)下復(fù)雜施工環(huán)境下，尤其是各類(lèi)施工基坑中，實(shí)際開(kāi)挖深度較大，對(duì)其并未做好精細(xì)化勘察，全方位掌握一手地質(zhì)信息資料，無(wú)法為整個(gè)施工提供導(dǎo)向，促使現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生墻體坍塌，不同程度干擾施工安全性、可靠性。

一方面，內(nèi)支撐作為支擋式擋土結(jié)構(gòu)重要構(gòu)成，要求其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性較佳，支撐與擋土構(gòu)件共同為基坑施工提供可靠、安全的結(jié)構(gòu)空間，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)實(shí)際布設(shè)過(guò)程中，應(yīng)始終符合主體結(jié)構(gòu)實(shí)際施工基本要求，避免地下主體結(jié)構(gòu)墻和柱，為符合挖土機(jī)械作業(yè)空間要求，相鄰支撐水平一般間距建議超過(guò)4m。

另一方面，錨桿支護(hù)。錨桿支護(hù)將受拉桿件其中一段固定于實(shí)際穩(wěn)定地層內(nèi)，另一端與工程構(gòu)筑物充分做好銜接，主要用于承受土壓力、水壓力，應(yīng)用地層錨固力保持構(gòu)筑物或巖土體實(shí)際穩(wěn)定性。錨桿支護(hù)自身對(duì)巖土體形成干擾較小，地層正式開(kāi)挖后，可增加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，適用于各類(lèi)地形和場(chǎng)地，選用錨桿替代鋼筋混凝土做好支撐，可節(jié)省大量鋼材，優(yōu)化改善整個(gè)施工條件，優(yōu)勢(shì)針對(duì)大型的民建工程，其基坑實(shí)際面積較大、支撐布設(shè)難度較大適用性較強(qiáng)，錨桿實(shí)際抗拔力可依托試驗(yàn)確定，保證其設(shè)計(jì)具有較高的安全性。民建工程實(shí)際應(yīng)用支護(hù)形式，可建議從源頭減少各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，特別是對(duì)深度較大基坑應(yīng)用成效較佳，精準(zhǔn)性把控墻體產(chǎn)生形變。錨桿極限抗拔承載力計(jì)算公式如下：

式中：Kt為錨桿抗拔安全系數(shù)。安全等級(jí)屬于一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，其系數(shù)應(yīng)分別不小于1.8、1.6、1.4；Nk為錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；Rk為錨桿極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）。

7 項(xiàng)目實(shí)踐分析

7.1 項(xiàng)目概況分析

該項(xiàng)目主要是一座集辦公、銷(xiāo)售及展示為一體化的綜合大樓，布設(shè)地上6層，地下2層，基坑實(shí)際開(kāi)挖深度為10.05m，基坑長(zhǎng)度為102m，寬度約為32m，開(kāi)挖實(shí)際面積為3264m2，擬采用框架結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)。該擬建區(qū)域內(nèi)原位辦公樓及廠房，對(duì)其進(jìn)行初期勘察過(guò)程中，場(chǎng)地標(biāo)高處于9.41m~9.52m間，擬建場(chǎng)地上方第四系地層主要包含淺部雜填土及表層“硬殼層”，上部為第四系全新紀(jì)沖淤積流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等，下部位上更新紀(jì)粉質(zhì)及卵礫石。該項(xiàng)目周?chē)h(huán)境最為復(fù)雜的便是東側(cè)靠民宅的區(qū)域，該側(cè)地下室室邊界距紅線最近部位僅4.3m。此外，民宅所處區(qū)域內(nèi)土質(zhì)不佳，無(wú)法承擔(dān)正常的支護(hù)墻體位移和施工操作振動(dòng)，即便較小的位移也可能造成民宅損傷。

7.2 支護(hù)方案和支撐方案的選擇

結(jié)合基坑周?chē)h(huán)境條件、地質(zhì)條件等，該基坑支護(hù)方案選用Φ900mm@1100mm鉆孔灌注樁擋土、三軸深層攪拌樁止水，剩余選用SMW工法。結(jié)合該項(xiàng)目實(shí)際狀況，若不增設(shè)支撐，支護(hù)墻體自身水平位移較大，其作為民宅所不允許的，該項(xiàng)目實(shí)際基坑深度較深，合理選用支撐形式與類(lèi)型是否關(guān)鍵，是該項(xiàng)目成功實(shí)施的重要內(nèi)容。

7.3 方案初選

深基坑工程多選用鋼筋混凝土支撐體系，其可最大限度發(fā)揮混凝土剛度大和形變小特征，選取鋼筋混凝土支撐可進(jìn)一步提高整個(gè)土方開(kāi)挖實(shí)際速度、降低工程實(shí)際造價(jià)成本，且不受周?chē)鷪?chǎng)地不足的干擾，所以該項(xiàng)目初選支撐方案為加設(shè)二道鋼筋混凝土內(nèi)支撐。

主要包含兩種方案：方案一：選用鋼筋混凝土內(nèi)支撐，第一道鋼筋混凝土支撐的對(duì)撐梁及角撐梁截面均為500mm×700mm，聯(lián)系梁和八字撐均為400mm×600mm。第二道鋼筋混凝土支撐的對(duì)撐梁以及角撐梁截面為600mm×800mm，聯(lián)系梁及八字撐均為400mm×600mm。方案二：選用鋼筋混凝土支撐，第一道內(nèi)支撐與第二、三道內(nèi)支撐均為鋼筋混凝土內(nèi)支撐。第一、二道鋼筋混凝土支撐的對(duì)撐梁以及角撐梁截面均為500mm×700mm，聯(lián)系梁及八字撐均為400mm×600mm。第三道鋼筋混凝土支撐的對(duì)撐梁及角撐梁截面為600mm×800mm，內(nèi)支撐聯(lián)系梁、八字撐均為400mm×600mm。

7.4 方案優(yōu)化選擇

該項(xiàng)目基坑實(shí)際開(kāi)挖深度較大，周?chē)h(huán)境較為復(fù)雜，安全可靠作為需考量的重點(diǎn)內(nèi)容，需綜合性分析整個(gè)施工周期的影響。鋼結(jié)構(gòu)支撐體系自身最為典型的優(yōu)勢(shì)是，實(shí)際重量較輕、剛度較大和材料易耗損等優(yōu)勢(shì)，尤其是與鋼筋混凝土支撐體系相較，鋼支撐自身具有縮短施工周期的特征，為進(jìn)一步加速整個(gè)施工效率，應(yīng)積極考量第一道支撐選取鋼結(jié)構(gòu)支撐。方案三：局部選用鋼管支撐，剩余選取鋼筋混凝土支撐，第一道內(nèi)支撐為鋼支撐，后續(xù)兩道為鋼筋混凝土支撐，第一道鋼結(jié)構(gòu)對(duì)撐梁截面為2Φ610mm×12，聯(lián)系梁、八字撐均為單根工字鋼為I25b；第二道鋼筋混凝土支撐對(duì)撐梁以及角撐梁截面為500mm×700mm，聯(lián)系梁及八字撐均為400mm×600mm。第三道鋼筋混凝土支撐對(duì)撐梁和角撐梁均選用鋼筋混凝土截面600mm×800mm。

8 結(jié)束語(yǔ)

民建工程施工質(zhì)量與最終其使用壽命息息相關(guān)，深基坑支護(hù)作為建筑施工中基礎(chǔ)工作內(nèi)容，其施工內(nèi)容具有一定的復(fù)雜性，應(yīng)嚴(yán)格依照整個(gè)工程實(shí)際狀況，分析實(shí)際項(xiàng)目周?chē)h(huán)境，合理選取支護(hù)方案，保證設(shè)計(jì)與施工的統(tǒng)一化，實(shí)現(xiàn)基坑施工的安全性及可靠性。