緊鄰既有建筑的深基坑支護(hù)施工技術(shù)

郭文博 楊坤 許洋 李丹 李永帥

緊鄰既有建筑的深基坑工程項(xiàng)目周邊環(huán)境一般較為復(fù)雜，選擇合理的支護(hù)方法能減小對(duì)鄰近建筑的擾動(dòng)，降低施工成本。結(jié)合工程實(shí)例，研究了排樁+鋼管斜撐支撐體系在該類深基坑支護(hù)中的應(yīng)用情況，介紹了這種支護(hù)方法的施工工藝和技術(shù)優(yōu)勢(shì)；提出了一種將斜撐底端支撐在地下室底板上，由樁基礎(chǔ)分擔(dān)基坑邊緣土體下滑力的施工方法，這種施工方法可有效提升支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；利用BIM技術(shù)對(duì)斜撐布置點(diǎn)位和角度進(jìn)行了調(diào)整，避免了支護(hù)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的碰撞。

深基坑； 基坑支護(hù)； 支護(hù)形式； 排樁+鋼管斜撐； BIM技術(shù)

TU94+3 A

［定稿日期］2021-12-29

［作者簡(jiǎn)介］郭文博（1996—），男，碩士，助理工程師，從事房建工程技術(shù)管理工作。

21世紀(jì)以來，隨著城市建設(shè)速度的加快，緊鄰既有建筑的深基坑工程項(xiàng)目也開始逐漸增多［1］。由于既有建筑物變形敏感程度、用地紅線和周邊地質(zhì)條件等因素的影響，該類項(xiàng)目深基坑支護(hù)施工往往具有一定的難度，此時(shí)選擇一種適合的支護(hù)技術(shù)就顯得尤為重要［2］。而傳統(tǒng)的樁錨支護(hù)體系應(yīng)用于緊鄰既有建筑的深基坑支護(hù)時(shí)，會(huì)對(duì)鄰近建筑地基造成較大影響，同時(shí)在錨索點(diǎn)位布置上也存在諸多限制。因此，如何在保證支護(hù)體系結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，降低該類深基坑支護(hù)施工的難度和成本，成為了當(dāng)今工程領(lǐng)域?qū)W者們所關(guān)注的熱點(diǎn)問題［3-4］。

排樁+鋼管斜撐作為一種可靈活排布的支撐體系，施工時(shí)可不受基坑周圍建筑和用地紅線的影響，利于土方開挖，能明顯縮短工期，且其造價(jià)較低，可帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益［5-6］。此外，這種排樁+鋼管斜撐支撐體系剛度較大，控制土體變形能力較強(qiáng)，能適應(yīng)各類基坑支護(hù)工程［7］。

本文主要介紹排樁+鋼管斜撐在宜賓臨港新區(qū)大學(xué)科技園項(xiàng)目深基坑支護(hù)中的應(yīng)用情況。

1 工程概況

本工程項(xiàng)目安全等級(jí)為一級(jí)，基坑設(shè)計(jì)深度為7.8～16.3 m，基坑周長(zhǎng)約為730 m。土方開挖采用機(jī)械大開挖，基坑土方工程量約為47萬m3，屬于超過一定規(guī)模等級(jí)的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程。項(xiàng)目周邊環(huán)境較為復(fù)雜，南北面緊鄰城市主干道路，東西面分別鄰近宜賓大數(shù)據(jù)中心和宜賓復(fù)煙廠、宜賓救災(zāi)物資儲(chǔ)備庫(kù)，屬于緊鄰既有建筑的深基坑工程項(xiàng)目，詳見圖1。其中，基坑?xùn)|面中段坑壁與復(fù)煙廠距離最近，距右側(cè)用地紅線也僅為2 m左右，施工范圍過于狹窄。并且該復(fù)煙廠建造時(shí)間較為久遠(yuǎn)，缺乏地勘報(bào)告，導(dǎo)致地下土層分布不清，同時(shí)建筑物變形敏感程度較高，致使該段基坑支護(hù)設(shè)計(jì)難度大，施工作業(yè)困難。

傳統(tǒng)的樁錨支護(hù)體系雖可解決施工范圍過于狹窄的問題，但按照樁錨支護(hù)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性驗(yàn)算分析，該段基坑需分別打入25 m、37 m、42 m長(zhǎng)的三排預(yù)應(yīng)力錨索才能滿足支護(hù)要求。由于在不清楚土質(zhì)的情況下，將錨索打入較深土層，易對(duì)土層造成較大擾動(dòng)，繼而引發(fā)復(fù)煙廠建筑變形，具有較高的安全隱患。

通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，基坑?xùn)|面中段支護(hù)形式可將排樁+錨索支護(hù)改為排樁+鋼管斜撐支護(hù)。由于鋼管斜撐點(diǎn)位布置靈活、對(duì)土層擾動(dòng)較小，可大幅度提高施工便利度，而且鋼管可重復(fù)利用，同時(shí)能降低經(jīng)濟(jì)成本。因此本項(xiàng)目基坑?xùn)|面中段緊鄰既有建筑位置處，擬采用排樁+鋼管斜撐的支護(hù)方式來減小對(duì)既有建筑地基土層的擾動(dòng)?；悠溆喔鞫蝿t分別采用排樁+錨索、土釘墻支護(hù)和網(wǎng)噴支護(hù)等常規(guī)支護(hù)方式。

2 排樁+鋼管斜撐支護(hù)設(shè)計(jì)

支護(hù)設(shè)計(jì)中排樁+鋼管斜撐支護(hù)體系主要由1500 mm，長(zhǎng)度20 m的排樁和800 mm，壁厚20 mm的鋼管組成，如圖2所示。

其中排樁鋼筋籠主筋和加勁筋等級(jí)均為HRB400，箍筋為HPB300，采用長(zhǎng)護(hù)筒+泥漿護(hù)臂鉆進(jìn)成孔。排樁間設(shè)置有高壓旋噴樁，防止粉砂等軟弱土層垮塌，并起到止水帷幕的作用。排樁頂部設(shè)置有冠梁，并進(jìn)行錨索錨固，排樁和冠梁的混凝土等級(jí)均為C30。

鋼管斜撐上下端連接節(jié)點(diǎn)位置均設(shè)有斜撐支座，由厚度20 mm的預(yù)埋鋼板與C40現(xiàn)澆混凝土制作而成，如圖2所示。其中上端的斜撐支座通過25 mm的鋼筋錨入腰梁進(jìn)行加固處理。斜撐下端位置提前制作好樁頂承臺(tái)，按照支護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)承臺(tái)進(jìn)行加大處理，使承臺(tái)主筋延伸至擴(kuò)大區(qū)，同時(shí)在擴(kuò)大區(qū)上部的筏板預(yù)留好孔洞。這種方法可使斜撐下端支撐在地下室樁基礎(chǔ)上，由主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)分擔(dān)基坑邊緣土體下滑力。排樁距離斜撐投影下方5.1 m內(nèi)的土體還需進(jìn)行坑內(nèi)土加固處理，設(shè)有高度6 m，0.6 m的高壓旋噴樁。在后期地下室施工時(shí)，鋼管斜撐不能拆除，則需穿過地下室頂板和外墻，施工前要預(yù)留好孔洞。在地下室整體施工完成進(jìn)行回填時(shí)，則可對(duì)鋼管斜撐進(jìn)行拆除，并修復(fù)地下室外墻、頂板和底板的預(yù)留孔洞。

通過驗(yàn)算分析，這種斜撐新型施工方法切實(shí)可行，解決了施工時(shí)支護(hù)體系與地下室外墻發(fā)生碰撞的難題，提高了排樁+鋼管斜撐支護(hù)體系的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 排樁+鋼管斜撐支護(hù)施工

本項(xiàng)目排樁+錨索、土釘墻支護(hù)和網(wǎng)噴支護(hù)等常規(guī)支護(hù)方式均按照規(guī)范進(jìn)行正常施工，本文不作詳細(xì)介紹，主要介紹緊鄰既有建筑位置處排樁+鋼管斜撐支護(hù)的施工方法及工藝。排樁+鋼管斜撐支護(hù)體系中相關(guān)結(jié)構(gòu)施工主要按照支護(hù)樁、冠梁、腰梁和鋼管斜撐的順序進(jìn)行。

3.1 排樁及樁間加固施工工藝

土方開挖至排樁設(shè)計(jì)標(biāo)高位置處時(shí)，進(jìn)行支護(hù)樁及樁間加固施工。施工工藝流程為測(cè)量放線，確定樁位—樁位埋設(shè)鋼護(hù)筒—旋挖機(jī)鉆進(jìn)成孔，成孔過程中采用泥漿護(hù)壁—成孔檢測(cè)后，進(jìn)行清孔—檢測(cè)沉渣厚度后，下放鋼筋籠—灌注水下混凝土—成樁后，起拔護(hù)筒，進(jìn)行樁體檢測(cè)。

排樁間采用高壓旋噴樁加固處理，施工工藝流程為測(cè)放樁位—使鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)引孔—置入75 mmPVC管，防止塌孔—置入旋噴管—由孔底至孔頂高壓旋噴注漿—孔口補(bǔ)漿—漿體養(yǎng)護(hù)—加固效果檢測(cè)。

3.2 冠梁施工工藝

排樁施工完成后，排樁頂部進(jìn)行冠梁施工。冠梁施工工藝流程為測(cè)量放線，確定冠梁底部標(biāo)高—按照放坡比例進(jìn)行土方開挖—破除排樁頭—冠梁底部澆筑混凝土墊層—綁扎鋼筋—搭設(shè)模板—澆筑混凝土—冠梁混凝土養(yǎng)護(hù)。

3.3 腰梁施工工藝

土方開挖至腰梁標(biāo)高位置處，進(jìn)行腰梁施工。腰梁施工工藝流程為測(cè)量放線，確定腰梁底部標(biāo)高—使用風(fēng)鎬將支護(hù)樁身剔打平整—按照設(shè)計(jì)在支護(hù)樁上植筋—安裝底模—綁扎鋼筋—安裝側(cè)?！獫仓炷痢夯炷琉B(yǎng)護(hù)。

3.4 鋼管斜撐施工工藝

鋼管斜撐的具體施工工藝流程：在排樁、冠梁、腰梁支護(hù)體施工完成后，斜撐支護(hù)段位置可繼續(xù)向下開挖土方。開挖至距基礎(chǔ)標(biāo)高位置7 m處，停止土方開挖?；A(chǔ)標(biāo)高上方的剩余土體為預(yù)留土，見圖3（a）。此時(shí)開始進(jìn)行斜撐投影面積下坑內(nèi)土體加固處理，加固措施采用高壓旋噴樁，土體加固區(qū)域長(zhǎng)度為斜撐支護(hù)段，寬度為排樁左側(cè)5.1 m范圍內(nèi)的土體，高度為基礎(chǔ)標(biāo)高下方6 m范圍內(nèi)的土體。

坑內(nèi)土加固完成后，在預(yù)留土體位置處進(jìn)行預(yù)留反壓土體開挖，即按照7 m的高度進(jìn)行1∶1放坡，如圖3（b）所示。最終預(yù)留反壓土體剖面整體呈梯形，上底寬4 m，下底寬11 m，高度為7 m。進(jìn)行預(yù)留反壓土體開挖時(shí)，應(yīng)同時(shí)開始反壓土體外樁基、基礎(chǔ)等工序的施工。該階段施工時(shí)可結(jié)合基坑土質(zhì)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，如開挖至本剖面基坑表現(xiàn)穩(wěn)定，則可進(jìn)一步減少預(yù)留土體高度至6 m或更低。但若基坑出現(xiàn)較大位移，則應(yīng)對(duì)預(yù)留反壓土體施加網(wǎng)噴支護(hù)等加強(qiáng)措施，保證基坑安全。

預(yù)留區(qū)以外基礎(chǔ)底板及承臺(tái)施工完成后，利用主體承臺(tái)、樁基礎(chǔ)為支點(diǎn)，施工斜撐，同時(shí)開始逐步挖除預(yù)留反壓土，見圖3（c）。此施工工序須提前規(guī)劃出土進(jìn)度與路線，避免地下室全面封閉導(dǎo)致無法出土。

預(yù)留反壓土全部挖出后，開始施工預(yù)留土體位置處的基礎(chǔ)和地下室。為配合斜撐，地下室施工過程中要在頂板和剪力墻上預(yù)留好洞口，如圖3（d）所示。預(yù)留洞口位置、尺寸須與主體結(jié)構(gòu)協(xié)同，避開梁、柱等無法預(yù)留施工縫的構(gòu)件。地下室施工完成后進(jìn)行地下室外墻土回填，回填至圖3（d）所示位置處拆除斜撐。將預(yù)留洞口修補(bǔ)完成后斜撐施工結(jié)束。

4 BIM構(gòu)件碰撞檢測(cè)

由于支護(hù)設(shè)計(jì)中基坑?xùn)|段的排樁+鋼管斜撐支撐體系會(huì)穿插進(jìn)地下室主體結(jié)構(gòu)中，并且主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與支護(hù)設(shè)計(jì)還具有一定的獨(dú)立性，這極大可能會(huì)導(dǎo)致鋼管斜撐與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生碰撞。因此在排樁+鋼管斜撐支護(hù)施工前，必須檢測(cè)圖紙中的構(gòu)件碰撞問題。

傳統(tǒng)的二維平面圖紙進(jìn)行碰撞檢測(cè)時(shí)，具有二維空間層面的限制，不僅效率低，而且容易遺漏碰撞問題［8］。鑒于此，項(xiàng)目對(duì)基坑?xùn)|面斜撐段建立了BIM模型，通過BIM三維模型檢測(cè)支護(hù)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的碰撞問題。

基于BIM三維模型檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在該支護(hù)段14根斜撐中，均出現(xiàn)了不同程度的碰撞問題，其中突出問題為部分斜撐中段與主梁或次梁發(fā)生了沖突，還有部分斜撐底端貫穿了地下室內(nèi)墻，詳見圖4。整理好各類碰撞問題后形成了斜撐與主體結(jié)構(gòu)模型碰撞報(bào)告。通過開展可視化技術(shù)交底，及時(shí)對(duì)支護(hù)設(shè)計(jì)中斜撐角度和布設(shè)位置進(jìn)行了調(diào)整。并對(duì)斜撐段基礎(chǔ)受力重新進(jìn)行了計(jì)算，驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性。受力計(jì)算通過后，按照調(diào)整的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了斜撐BIM模型更新，并對(duì)構(gòu)件碰撞問題進(jìn)行了復(fù)核，調(diào)整后的模型如圖5所示。觀察圖5可以明顯發(fā)現(xiàn)，調(diào)整后的各個(gè)斜撐布置合理，成功解決了構(gòu)件沖突問題，不僅可提高后期施工效率，還能避免返工，降低成本。

5 結(jié)論

本文結(jié)合緊鄰既有建筑的深基坑工程，概述了鋼管斜撐+排樁支撐體系在基坑支護(hù)中的應(yīng)用情況，詳細(xì)介紹了該類支撐體系的施工工藝，針對(duì)本項(xiàng)目中斜撐施工情況進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，提出了一種由主體結(jié)構(gòu)分擔(dān)邊坡下滑力的支護(hù)施工方法，并利用BIM三維模型檢測(cè)了鋼管斜撐與主體結(jié)構(gòu)的碰撞問題。主要得出結(jié)論：

（1）緊鄰既有建筑的深基坑支護(hù)方法選擇和加固點(diǎn)位布置會(huì)受到一定程度的限制，但鋼管斜撐+排樁支撐體系具有可靈活排布、可局部施工、利于土方開挖、成本低、空間需求小等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于該類工程項(xiàng)目。

（2）當(dāng)設(shè)計(jì)中地下室外墻與基坑外壁距離過近時(shí)，可考慮在地下室底板、頂板和外墻上預(yù)留洞口，使斜撐穿過預(yù)留洞口，支撐在主體基礎(chǔ)上。這種方法不僅解決了施工時(shí)支護(hù)體系與主體結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞的難題，還可有效提升基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（3）BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置可發(fā)揮巨大作用。利用BIM模型對(duì)鋼管斜撐位置進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，不僅解決了鋼管斜撐與主、次梁和地下室內(nèi)墻的碰撞問題，還將技術(shù)交底可視化，使整個(gè)施工工藝更加清晰。

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