房建項目深基坑施工技術(shù)研究

何一軍，張程，王丹萍

（浙江城建建設(shè)集團(tuán)有限公司，杭州 310002）

1 引言

近年來，工程施工機(jī)械化水平較高，盾構(gòu)法、微型盾構(gòu)、非開發(fā)技術(shù)、計算機(jī)化掘進(jìn)等先進(jìn)技術(shù)已廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了高效、高質(zhì)量的工程施工。本文基于工程案例總結(jié)出深基坑工程完善與改進(jìn)舉措，提出科學(xué)合理的深基坑工程支護(hù)方案，對建筑施工具有重要意義。

2 案例工程概況

2.1 工程項目概況

某大型商業(yè)房建工程項目位于浙江省杭州市拱墅區(qū)石祥東路與秋石高架路交會處，該工程規(guī)劃建設(shè)用地24 538 m2，主樓為24層，高約93.6 m，地下建筑共2層，連成一個整體。在此工程中，基坑開挖平均深度為11.2 m，最深位置深度達(dá)13.1 m。該房建項目建筑面積共15.3萬m2，施工場地西側(cè)與紡織印染工廠相連，與該工程圍墻相隔7.3 m的位置存在紡織印染工廠廠房、地下貯油罐存放處、水泵房及煤氣庫。此外，施工場地東南方向下方埋設(shè)城市地下煤氣總管，距深基坑僅3.9 m，為施工帶來阻礙。施工場地南側(cè)存在復(fù)雜的城市地下管線，加大了深基坑開挖支護(hù)的困難程度。

2.2 地質(zhì)情況

在此次房建項目施工中，基坑安全等級為Ⅰ級，整體沿道路方向呈條形分布，基坑總寬59 m，總長275 m。工程所在區(qū)域的地下水類型為基巖裂隙水。

項目施工場地的土層分布自上而下為：①層素填土，該土層厚度不均，最薄層厚度約0.4 m，最厚位置土層厚度約1.6 m；②-1層黏質(zhì)粉土，該土層厚度不均，最薄層厚約0.6 m，最厚位置土層厚約3.0 m；②-2層砂質(zhì)粉土，該土層厚度較大，最厚位置可達(dá)7.4 m，最薄位置達(dá)4.5 m；②-3層砂質(zhì)粉土，該土層厚度不均，最薄層厚約1.5 m，最厚位置土層厚約6.3 m。本次工程中深基坑坑底部位土層為②-3層砂質(zhì)粉土。

3 房建工程項目中深基坑施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 深基坑支護(hù)方案設(shè)計

本次房建工程中深基坑施工技術(shù)應(yīng)用需確保深基坑工程的施工效果，又要發(fā)揮良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。為實現(xiàn)上述目標(biāo)，確定4種深基坑支護(hù)方案：

1）深基坑工程西側(cè)毗鄰紡織印染工廠水泵房和煤氣庫，此兩項設(shè)施需進(jìn)行充分保護(hù)，故在進(jìn)行該方位深基坑支護(hù)工程建設(shè)時采用鋼混排樁支護(hù)，擋土樁為鉆孔灌注樁。施工方在綜合考察當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件后，在基坑外側(cè)構(gòu)筑高壓旋噴樁防滲水帷幕，以更好地保障基坑空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2）基坑西側(cè)為紡織印染工廠車間，東南方向與城市地下煤氣總管較近，故此區(qū)域使用的深基坑工程支護(hù)體系為土層錨桿與排樁相結(jié)合的復(fù)合體系。

3）工程東側(cè)與道路間隔較小，為避免深基坑工程施工期間出現(xiàn)變形情況，該區(qū)域使用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為降水結(jié)合水泥攪拌樁復(fù)合體系。

4）基坑中的其他位置與道路及周邊設(shè)施間隔較大，故采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)為土釘墻結(jié)合井點降水。

3.2 土壓力計算

分析基坑結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，基坑自身結(jié)構(gòu)與土體之間生成的土壓力是基坑本身承受荷載的主要來源，不同的土壓力類型對基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、強(qiáng)度、撓度及選擇方案產(chǎn)生直接影響，因此，需針對土壓力內(nèi)容展開計算[1]?；幼陨斫Y(jié)構(gòu)與土體之間生成的土壓力共有3種類型，分別為靜止土壓力、主動土壓力及被動土壓力。

3.2.1 靜止土壓力

如圖1所示，當(dāng)擋土墻的剛度較大時，在土壓力作用下并未產(chǎn)生移動或轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象，并且此時墻后土體處于靜止?fàn)顟B(tài)，在這種情況下，作用在墻背上的土壓力即為所謂的靜止土壓力，即圖1中的E0。

圖1 靜止土壓力示意圖

3.2.2 主動土壓力

如圖2所示，如果在荷載影響下深基坑自身的支護(hù)結(jié)構(gòu)（擋土墻）沿其所承受的壓力方向出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，同時深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的土壓力作用不斷降低，最終使土壓力作用和深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)處于極限平衡狀態(tài)，且土體在連續(xù)滑動面的作用下出現(xiàn)下滑現(xiàn)象，則主動土壓力為土壓力值達(dá)到的最低值[2]，即圖2中的Ea，在圖2中，-Δ表示在荷載影響下支護(hù)結(jié)構(gòu)（擋土墻）在其所承受的壓力方向上產(chǎn)生的滑移距離。

圖2 主動土壓力示意圖

3.2.3 被動土壓力

如圖3所示，如果在外荷載影響下深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)沿貼近填土的方向出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，處于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上方的靜止土壓力數(shù)值呈不斷增加趨勢，最終保持整體達(dá)到平衡狀態(tài)，且出現(xiàn)連續(xù)滑動面，處于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)后方的土體表現(xiàn)出向上隆起的態(tài)勢，此時被動土壓力即為土壓力達(dá)到的最大值，即圖3中的Ep。在圖3中，+Δ為外荷載（外力）作用下支護(hù)結(jié)構(gòu)（擋土墻）所滑移的距離。

圖3 被動土壓力示意圖

3.2.4 計算分析

以深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的靜止土壓力為例進(jìn)行計算，當(dāng)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)承受靜止土壓力時，處于支護(hù)結(jié)構(gòu)后方的土體保持彈性平衡狀態(tài)，針對其強(qiáng)度展開計算時，可使用以下公式：

式中，Po為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)位置所承受的靜止土壓力強(qiáng)度，kPa；γi為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)位置以上第i層土體重度，kN/m2；hi為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)位置以上第i層土體厚度，m；q為地面均布荷載，kPa；Ko為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)位置所承受的靜止土壓力系數(shù)，在確定該系數(shù)時，通常需要借助相應(yīng)試驗，規(guī)范規(guī)定正常固結(jié)土近似為：

式中，φ為土體的有效內(nèi)摩擦角，確定φ時，需借助固結(jié)不排水試驗或慢剪試驗，對孔隙水壓力進(jìn)行檢測，由此獲得相應(yīng)數(shù)值。

3.3 深基坑施工技術(shù)應(yīng)用要點

3.3.1 深基坑施工設(shè)計與勘察要點

在房建工程項目的深基坑支護(hù)施工過程中，深基坑支護(hù)設(shè)計是必不可少的一部分，同樣也是深基坑施工技術(shù)應(yīng)用期間的要點。一方面，實現(xiàn)設(shè)計水平的優(yōu)化可以實現(xiàn)準(zhǔn)確把握深基坑支護(hù)情況的目的，另一方面，還可以為順利進(jìn)行深基坑支護(hù)作業(yè)提供保障。通常來說，對于房建工程項目施工，設(shè)計工作中涉及的每一項參數(shù)均會在不同程度上影響工程的施工效果。因此，此次工程在開展深基坑支護(hù)之前對設(shè)計工作做到了高度重視。從而有效避免由于差錯的存在而使深基坑支護(hù)在進(jìn)行期間出現(xiàn)問題。在實際開展設(shè)計工作之前，設(shè)計人員首先應(yīng)深入工程項目的建設(shè)區(qū)域，全方位地了解了建設(shè)場地的地質(zhì)條件、地形結(jié)構(gòu)條件、水文條件等內(nèi)容，為工程施工的順利進(jìn)行奠定了堅實的基礎(chǔ)，以此實現(xiàn)該項目深基坑工程建設(shè)效果的優(yōu)化。此外，在施工設(shè)計過程中還需要對施工流程進(jìn)行科學(xué)安排，在掌握施工現(xiàn)場情況的前提下，需要對施工期間可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測，同時以此為基礎(chǔ)生成針對性的解決策略，確保深基坑工程的進(jìn)行可以足夠順利。

除設(shè)計工作之外，施工單位還應(yīng)當(dāng)在勘測工作中投入更多的努力。當(dāng)施工現(xiàn)場存在較為復(fù)雜的地質(zhì)條件和惡劣的地理環(huán)境時，如果由于勘測工作不到位，會導(dǎo)致在實際開展施工的過程中面臨較大的安全隱患，進(jìn)而影響施工的安全性。所以，施工團(tuán)隊?wèi)?yīng)當(dāng)全方位地勘測施工場地的周邊環(huán)境，在開挖深基坑之前，建立行之有效的監(jiān)測方案，為施工的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

3.3.2 基坑降水措施

在本次房建項目深基坑工程中，基坑降水是其中的一項關(guān)鍵施工部分，同時也是基坑土方開挖成功的重要保障[3]。基于此，需采取恰當(dāng)?shù)慕邓胧?，有效降低基坑所在部位的地下水位，并將基坑中的土體特性進(jìn)行優(yōu)化，避免砂土液化增加基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的被動土壓力，進(jìn)而防止深基坑及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形狀變化。

此次工程中深基坑面積較大，開挖深度達(dá)13.1 m，故需確定合理的降水方案。經(jīng)相關(guān)主體研究，實際應(yīng)用的降水措施為：在該深基坑西側(cè)區(qū)域坑外位置設(shè)立一級輕型井點降水，在坑內(nèi)位置采用輕型井點降水。在該深基坑?xùn)|側(cè)和北側(cè)區(qū)域使用井點降水與800 mm深井相結(jié)合的形式，深井布置間距為15 m，共進(jìn)行23口深井布置，產(chǎn)生與預(yù)期相符的降水效果。在該深基坑西南側(cè)和南側(cè)位置，使用的降水形式為三級輕型井點降水。

3.3.3 土方開挖施工要點

進(jìn)行土方開挖前，應(yīng)先完成場地平整工作，同時以實際應(yīng)用的深基坑支護(hù)形式為基礎(chǔ)，確保土方開挖成功。

1）對深基坑西側(cè)進(jìn)行土方開挖時，需避免機(jī)械設(shè)備直接在支撐結(jié)構(gòu)上碾壓，做好事先開槽工作，在進(jìn)行最后0.3 m土方開挖時，應(yīng)由人工完成，避免出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。

2）對深基坑中土層錨桿加排樁位置進(jìn)行土方開挖時，應(yīng)做好預(yù)應(yīng)力張拉與錨錠工作，按順序完成施工。

3）對深基坑中使用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行土方開挖時，需做好施工護(hù)坡，確保土釘墻施工強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，確保開挖深度符合底部標(biāo)高要求。

4 結(jié)語

對房建項目深基坑施工技術(shù)進(jìn)行深入研究有助于構(gòu)建施工技術(shù)應(yīng)用理論體系，為深基坑施工技術(shù)實踐提供依據(jù)。在施工技術(shù)應(yīng)用中，通過技術(shù)參數(shù)計算，采取科學(xué)開挖、防水等措施可提升深基坑施工技術(shù)應(yīng)用水平，保證工程項目效果。在此過程中需結(jié)合實際情況合理規(guī)劃施工技術(shù)的具體應(yīng)用思路和方法，制訂精準(zhǔn)、科學(xué)的施工技術(shù)應(yīng)用方案，充分發(fā)揮施工技術(shù)效能，使基礎(chǔ)工程的施工效果達(dá)到預(yù)期水平，以推動工程施工領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。