排樁+內(nèi)支撐組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用于支護工程施工的要點分析

張潤鵬

目前，隨著城市建設(shè)規(guī)模的擴大，支護工程數(shù)量增多。對于高層建筑工程而言，其開挖過程中的支護難度較大，單一的灌注樁支護、錨桿支護無法滿足支護工程要求，容易引起一系列的施工安全風(fēng)險。排樁+內(nèi)支撐是一種組合式的支護形式，能夠在城市建設(shè)中應(yīng)用于各類建筑項目，增強支護的可靠性。為了發(fā)揮此支護體系的根本優(yōu)勢，還應(yīng)明確支護工程中排樁+內(nèi)支撐組合支護的施工要點。

1 項目概況

廣西壯族自治區(qū)江南訓(xùn)練基地運動員宿舍項目，包括1 棟8 層、2 棟26 層的高層建筑，并設(shè)有4 層地下室。基坑底標(biāo)高為55.95 m，±0.00 m 標(biāo)高對應(yīng)高程為76 m，基坑開挖深度≤19.55 m，支護長度為587 m。建設(shè)區(qū)域內(nèi)的地基側(cè)壁為粉質(zhì)黏土和素填土，在基坑開挖過程影響深度范圍內(nèi)，地下水為孔隙承壓水，穩(wěn)定水位為6.12 ～10.12 m，年變幅度為3 ～5 m。該項目所采用的基坑支護形式為排樁+內(nèi)支撐組合結(jié)構(gòu)，但由于建設(shè)區(qū)域周圍建筑較為密集，地下水位較高，因此施工過程中還應(yīng)做好施工監(jiān)測，加強支護施工管理。

2 排樁+內(nèi)支撐的支護原理與施工設(shè)計

2.1 支護原理

江南訓(xùn)練基地運動員宿舍項目中，排樁+內(nèi)支撐組合支護結(jié)構(gòu)是在使用各類樁體作為承擔(dān)樁的基礎(chǔ)上，利用內(nèi)支撐體系在建筑工程施工開挖期間平衡坑外土體所產(chǎn)生的應(yīng)力，形成“外部防護，內(nèi)部支護”的體系。在該體系中排樁可作為支護工程的結(jié)構(gòu)之一，維持支護側(cè)面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；而排樁所用的樁體主要包括預(yù)制混凝土樁和鉆孔灌注樁兩種，內(nèi)支撐系統(tǒng)多為鋼支撐和鋼筋混凝土支撐兩種，二者的主要區(qū)別如表1 所示。相較于其他支護組合方式，排樁+內(nèi)支撐的傳力路徑較為清晰，基本路徑為基坑壁水壓力→排樁樁體→腰梁→內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。施工過程中，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)同樣會將作用力反向傳輸給基坑壁[1]。

表1 內(nèi)支撐體系中鋼支撐和鋼筋混凝土支撐的區(qū)別

2.2 施工設(shè)計

江南訓(xùn)練基地運動員宿舍項目中的支護方案設(shè)計中，排樁+內(nèi)支撐的施工設(shè)計如下。第一，先進行立柱樁施工，然后交叉施工止水素混凝土樁和支護樁。第二，立柱樁、支護樁基礎(chǔ)施工完畢后，開挖基坑區(qū)域，分層開挖至冠梁底標(biāo)高71.200 m 位置，進行第一道混凝土支撐系統(tǒng)的墊層施工，并澆筑冠梁頂部和混凝土支撐體系。第三，第一道混凝土支撐體系達(dá)到設(shè)計強度的80%后，向下分層開挖基坑，建設(shè)第二道、第三道混凝土支撐體系。第三道支撐體系的強度符合設(shè)計值后，回填、加撐后拆除第二道水平支撐系統(tǒng)，然后澆筑基坑區(qū)域的地下3 層主體支護結(jié)構(gòu)[2]。

3 排樁+內(nèi)支撐組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用于支護工程的施工要點

3.1 土方開挖施工要點

土方開挖是江南訓(xùn)練基地運動員宿舍項目中應(yīng)用組合支護結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在具體實施排樁+內(nèi)支撐組合結(jié)構(gòu)時，相關(guān)人員應(yīng)明確支護工程的施工要點。土方開挖時，還應(yīng)堅持“先撐后挖”的施工原則，完成每道支撐結(jié)構(gòu)后方可開挖下一批土方。開挖內(nèi)部時，還應(yīng)提前對工程進行分區(qū)，并遵循分區(qū)開挖、盆式開挖的施工原則，禁止開挖大面積土方。每個區(qū)域開挖到支撐結(jié)構(gòu)的底標(biāo)高后布設(shè)排樁、澆筑混凝土進行內(nèi)支撐，同時立即施工墊層，避免水浸。

排樁+內(nèi)支撐組合支護時，第一道支撐下的土方一般采用盆式開挖法，挖除周圍留土后，對其進行分塊處理，在開挖周圍堆成土崗，確保周邊開挖區(qū)域的支撐能夠在土方挖除后的48 h內(nèi)產(chǎn)生。挖土過程中還應(yīng)嚴(yán)格按照支護工程施工組織設(shè)計進行，并注意預(yù)防超挖、欠挖風(fēng)險。開挖面標(biāo)高差不得超過2 m，同時按照1 ∶1.5 的比例放坡；若支撐體系上需要運行開挖設(shè)備，則還應(yīng)保證開挖面覆土層高于支撐頂面30 cm，并鋪設(shè)走道板。底部支撐構(gòu)件上，禁止施工人員隨意行走或進行施工操作，立柱時需堅持對稱掏空原則，確保立柱受力的均勻性。在此過程中，施工人員應(yīng)結(jié)合支護根本要求，加強支撐體系內(nèi)混凝土墊層的強度控制，并留意邊坡留土的穩(wěn)定性[3]。

3.2 地下高水位支護施工要點

不同安全等級的支護工程在應(yīng)用排樁+內(nèi)支撐組合結(jié)構(gòu)時，在施工管理要求上會有一定差異。在此情況下，根據(jù)支護結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境對地表變形的適應(yīng)能力，以及支護施工對周圍環(huán)境造成的影響，支護工程的安全等級可分為一級、二級、三級。其中，周圍環(huán)境條件復(fù)雜、深度大于12 m、工程地質(zhì)條件復(fù)雜以及地下水位很高的情況屬于一級基坑工程。

根據(jù)江南訓(xùn)練基地運動員宿舍項目資料可知，該項目中深基坑工程的安全等級為一級。因此，在應(yīng)用排樁+內(nèi)支撐組合結(jié)構(gòu)時，還應(yīng)結(jié)合基坑區(qū)域地下水位較高的特點，優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)施工設(shè)計，靈活應(yīng)用基坑止水帷幕[4]。

施工人員可將單一的排樁支護轉(zhuǎn)變?yōu)榕艠?內(nèi)支撐的組合支護模式，為減少支護主體下2 層板和混凝土內(nèi)支撐體系產(chǎn)生的沖突，施工人員需要靈活調(diào)整排樁標(biāo)高。同時，在基坑上部結(jié)構(gòu)中應(yīng)采用放坡的方式，下部支護結(jié)構(gòu)采用排樁加1 道混凝土支撐的結(jié)構(gòu)形式。然后設(shè)置止水帷幕，止水帷幕由三軸深層水泥攪拌樁、Φ900 高壓旋噴樁組成，支護樁外側(cè)為1 排三軸深層水泥攪拌樁，搭接長度為300 mm 左右。

3.3 支護結(jié)構(gòu)施工要點

應(yīng)用排樁+內(nèi)支撐組合支護時，護坡樁的主要施工流程為明確樁位點→人工挖孔樁成孔→吊放鋼筋籠→灌注混凝土，所涉及的施工技術(shù)為人工挖孔灌注樁技術(shù)。布設(shè)內(nèi)支撐體系時，施工要點包括固定預(yù)埋鋼板、焊接斜支座、拼接支撐結(jié)構(gòu)、安裝加強掛板以及鎖緊鋼支撐等。

施工過程中，相關(guān)人員應(yīng)按照排樁+內(nèi)支撐組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，安裝支護結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)場預(yù)拼接內(nèi)支撐所需的管節(jié)，初步檢測預(yù)支撐時的平整度，并控制管節(jié)兩側(cè)中心線偏差在20 mm 左右。吊裝支撐構(gòu)件時，可在排樁主筋上布設(shè)鋼圍檁，并用配置好的C35 混凝土澆筑圍護樁與鋼圍檁間的空隙。鋼支撐吊裝到位后施加預(yù)應(yīng)力，用鋼楔塞緊后取下千斤頂。

3.4 內(nèi)支撐施工要點

3.4.1 冠梁施工

內(nèi)支撐體系中冠梁施工期間，施工人員在開挖至梁底約300 mm 處時，應(yīng)清除混凝土內(nèi)支撐柱頂上的浮漿，完成后進行冠梁施工。冠梁施工前還應(yīng)及時修整立柱上部結(jié)構(gòu)，然后在立柱上部鋼筋結(jié)構(gòu)處進行冠梁施工，待鋼筋進入冠梁約500 mm后，鑿除超出冠梁的灌注樁。

3.4.2 混凝土內(nèi)支撐梁施工

開挖內(nèi)支撐區(qū)域的土方時，施工人員先開挖支撐梁、圍檁區(qū)域，采用機械挖土?xí)r需在底部預(yù)留30 cm，然后人工開挖土方并清理內(nèi)支撐梁底部。連接護壁和圍檁時，施工人員應(yīng)徹底清理支護壁區(qū)域，使護壁和圍檁梁結(jié)構(gòu)能夠銜接密實，順利連接后在護壁結(jié)構(gòu)的主筋上焊接斜向吊筋。

內(nèi)支撐梁需要借助模板進行安裝，施工時底部模板可采用C15 混凝土墊層；用于連接內(nèi)支撐主梁和圍檁的腹桿，一級主梁、圍檁的模板均為九夾板，固定工具為對拉螺栓。鋼筋施工時，施工人員可先綁扎內(nèi)支撐主梁區(qū)域和圍檁的鋼筋，然后分別綁扎腹桿處的鋼筋；鋼筋搭接方式為綁扎搭接，單腹桿主筋選用整根鋼筋直料。澆筑內(nèi)支撐梁時，支護工程中同一平面內(nèi)的支護體系應(yīng)堅持整體澆筑成型的原則，若因特殊情況需要分段澆筑，施工人員還應(yīng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化的垂直縫，同時確保接縫區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)的密實度。排樁與內(nèi)支撐圍檁區(qū)域的間隙所用混凝土強度應(yīng)不低于C30，填筑密實后可使排樁+內(nèi)支撐組合結(jié)構(gòu)的支護效果更為明顯。

3.4.3 基坑側(cè)壁混凝土面層施工

在基坑側(cè)壁內(nèi)支撐體系中噴射混凝土面層時，可以在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置直徑大于4 mm、間距小于300 mm 的HPB300鋼筋網(wǎng)?；炷羾娚浜穸葹?00 mm，所用混凝土材料內(nèi)的水灰比應(yīng)小于0.45，粗骨料粒徑小于12 mm。噴射施工應(yīng)自下而上分片、分段施工，混凝土終凝后的2 h 左右，施工人員應(yīng)灑水養(yǎng)護施工區(qū)域。內(nèi)支撐區(qū)域應(yīng)提前埋設(shè)泄水管，且泄水管一端應(yīng)設(shè)置碎石層，通過濾水的方式避免泥漿堵塞泄水管。

4 支護中建筑密集點施工監(jiān)測

4.1 項目工況分析

周圍環(huán)境監(jiān)測是上述項目支護施工的關(guān)鍵內(nèi)容，土方分層開挖作業(yè)結(jié)束后，施工人員應(yīng)重點監(jiān)測排樁+內(nèi)支撐組合支護結(jié)構(gòu)對周圍環(huán)境造成的影響。通過江南訓(xùn)練基地運動員宿舍項目可知，基坑西面、東面、北面為建設(shè)單位用地范圍，臨近基坑?xùn)|面、北面為建設(shè)單位的餐廳、設(shè)備用房和員工宿舍。建筑層數(shù)為3 ～13層，建筑物間距為2 ～30 m，建筑物的地基為天然基坑?；游髅婕s25 m 處為25 層商業(yè)樓，包含2 層地下室，基坑支護形式為支護樁支護。基坑南面為西江路，道路下包含排水、供水和供氣管道，路對面為多層建筑，層高1 ～5 層不等，距離基坑約35 m。

由于該支護工程周圍建筑物較為密集，且布設(shè)較多的市政重要管線，在開挖時容易出現(xiàn)樁身裂縫、樁結(jié)構(gòu)傾斜、臨近建筑物出現(xiàn)豎向裂縫以及排樁倒塌等風(fēng)險。造成上述問題的原因在于懸壁樁埋設(shè)、嵌固深度計算不準(zhǔn)確，支護期間排水、止水不到位，同時沒有按照施工組織設(shè)計進行施工。因此，在應(yīng)用排樁+內(nèi)支撐組合結(jié)構(gòu)時，還應(yīng)在建筑密集點加強施工監(jiān)測，完善支護流程。

4.2 施工管理要點

實施排樁+內(nèi)支撐支護模式時，還應(yīng)準(zhǔn)確計算懸壁樁嵌固深度，計算懸臂樁施工參數(shù)時還應(yīng)考慮基坑區(qū)域內(nèi)土層的物理特性。

另外，為使支護工程安全開挖，還應(yīng)結(jié)合項目實際情況布設(shè)檢測點，全方位監(jiān)測周圍建筑物與路面結(jié)構(gòu)[5]。對于矩形范圍較廣的基坑，施工人員可在基坑周圍各個區(qū)域選取多個立柱監(jiān)測點進行變形分析，如圖1 所示。

圖1 建筑密集區(qū)域支護監(jiān)測代表點（來源：作者自繪）

建筑密集點施工監(jiān)測中，排樁+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的受力與建筑物變形分析是基坑支護施工的重點內(nèi)容，是建筑物和地面變形沉降問題產(chǎn)生的根源。例如，在江南訓(xùn)練基地運動員宿舍工程項目中，支護形式為單排樁+內(nèi)支撐，但在施工期間圍護樁側(cè)向位移在第6 層土方開挖結(jié)束后小于70 mm。原因在于單排樁支護結(jié)構(gòu)施工時，對于開挖深度較大的基坑工程，需要在排樁+內(nèi)支撐組合支護的基礎(chǔ)上加固基坑內(nèi)側(cè)排樁的底部，如加固處理高壓旋噴樁的坑底，并通過排樁結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐體系建立連續(xù)的圍護結(jié)構(gòu)，確保支護可靠性。

5 結(jié)語

目前，排樁+內(nèi)支撐是支護工程中較為常見的支護形式，其施工設(shè)計對支護工程的安全性有著不可忽視的作用。在支護工程中應(yīng)用排樁+內(nèi)支撐組合結(jié)構(gòu)時，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合建設(shè)項目周圍的建筑環(huán)境和地下水環(huán)境，明確組合支護時的施工要點，制訂更加可靠的支護方案，有效控制開挖支護時對周邊建筑造成的不利影響，保證支護工程順利完工，支護效果符合建筑項目安全施工的根本要求。