復(fù)雜環(huán)境及地質(zhì)條件下深基坑支護(hù)施工技術(shù)

曹紅衛(wèi)

河北冶金建設(shè)集團(tuán)有限公司 河北 邯鄲 056000

近年來,地基施工問題成為了人們所討論的焦點(diǎn)。另一方面，隨著中國城鎮(zhèn)化的進(jìn)一步發(fā)展，施工難度日益增大,不論是獨(dú)特的自然環(huán)境，又或是復(fù)雜的外界條件，對于施工來說，都是巨大的考驗(yàn)。另一方面，高層建筑和超高層建設(shè)是施工主導(dǎo)，該類工程對地基支撐的要求較一般施工更加嚴(yán)苛。所以，對支撐方式和施工方法展開討論有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 深基坑支護(hù)施工技術(shù)概述

1.1 概念

所謂的深基坑是指地基施工深≥5m，或者說是深＜5m,而基坑所處地質(zhì)狀況和周圍環(huán)境又比較復(fù)雜的一種工程。一般應(yīng)用在多層、超高層、地下停車庫和大型建筑中，而深基坑支護(hù)則指的是為保證地下基礎(chǔ)施工質(zhì)量和深基坑環(huán)境的安全穩(wěn)定，特采用支擋、支護(hù)和加固等工藝方法，以此保證施工安全。

1.2 特點(diǎn)

1.2.1 遞增性

深基坑支護(hù)的遞增性主要體現(xiàn)在深度方面和施工環(huán)境方面。從深度方面來說，隨著建筑的日益建設(shè)，施工的技術(shù)也得到加強(qiáng)，深基坑支護(hù)的技術(shù)也日益提高，使得深基坑的深度在持續(xù)增加；從施工環(huán)境方面來講，隨著基坑深度不斷增加，所面臨的地下施工環(huán)境會越來越復(fù)雜，導(dǎo)致深基坑設(shè)計及施工難度會越來越大。

1.2.2 靈活性

深基坑支護(hù)工藝同其他工程相較而言，有著較高的實(shí)用性,這種工藝可以使地下資源充分發(fā)揮，可以解決現(xiàn)階段中國土地資源緊張的現(xiàn)狀，另外，深基坑支護(hù)的方法多樣，可以適應(yīng)各種工程建設(shè)條件的需要,在技術(shù)應(yīng)用方面可選擇性較強(qiáng)，并且各類支護(hù)技術(shù)可搭配應(yīng)用，所以具有較強(qiáng)的靈活性。

1.2.3 施工難度較大

深基坑支護(hù)開挖既受地下開挖條件的干擾，也受地上的干擾，由于地下開挖條件非常復(fù)雜，且涉及分布復(fù)雜的地下管道，導(dǎo)致深基坑施工容易受到影響，并增加施工難度，甚至容易出現(xiàn)安全事故。同時，地面壓力、路面承載力等地上因素會造成施工質(zhì)量和安全均收到影響，從而提升了施工難度。

2 深基坑支護(hù)的類型

深基坑支護(hù)的類型很多，但實(shí)際施工中要根據(jù)施工水文地質(zhì)條件、現(xiàn)場周圍環(huán)境、地基深度和施工機(jī)械設(shè)備等狀況決定選擇哪些支撐類型。目前，常用的深基坑支護(hù)型式一般有排樁支護(hù)、深水底泥攪拌樁支撐、地下連續(xù)墻支撐、土釘墻支護(hù)等。

排土支護(hù)，是指利用柱列的間隙安裝預(yù)應(yīng)力鋼筋鑿口、鉆(沖)孔灌注樁，作為建筑擋土結(jié)構(gòu)的一種支護(hù)類型。該種支護(hù)方法措施簡便，不要求設(shè)備,造價也較低廉，但由于基坑深度的增大，容易產(chǎn)生地基支護(hù)的損壞，一般采取加壓灌漿的方式對被動區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

深部混凝土攪拌樁支撐一般采用鋼筋混凝土做為硬化劑，使用深部拌和裝置在土體深部對軟土用砂漿硬化劑強(qiáng)力拌和，使之硬化并產(chǎn)生相應(yīng)高度的混凝土樁墻，而形成支撐框架。該種支護(hù)方法措施簡便、擠土輕微、無震動、無噪音，但容易對地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。

混凝土板墻支護(hù)是利用將土釘進(jìn)入混凝土體內(nèi)，并在混凝土體上澆注水泥面層，二者聯(lián)合作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。該種支護(hù)方法雖然措施簡單、工期較短、經(jīng)濟(jì)效益高，但路基的穩(wěn)定性卻不好，且對土壤的要求也較高。

此外，還有錨桿及支護(hù)施工技術(shù)。正如名字一樣,錨桿式支護(hù)施工技術(shù)所使用的施工工具主要為錨索，施工者宜先將錨索一頭置入巖石的中央部位，另一端則連接支撐構(gòu)件,并同時使用一定的外部預(yù)應(yīng)力，從而使巖土中每一種力均能夠?qū)崿F(xiàn)平衡，從而保證施工穩(wěn)定性。此外，該技術(shù)具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在深基坑中均可以廣泛應(yīng)用。

3 工程概況

3.1 基坑工程概況

該項(xiàng)目是某一金融營業(yè)大樓,建設(shè)地址設(shè)在市中心區(qū),東面是市藝術(shù)中心，南側(cè)是規(guī)劃路，西側(cè)與北側(cè)皆是河道。項(xiàng)目的總設(shè)計土地面積為11285.78m2，總面積為52501.24m2，當(dāng)中，地上總面積為35667.61m2，地下室總面積為16833.63m2，由十五層的塔樓和三個裙樓構(gòu)成，并包括二個地下室，總建設(shè)長度約69.20m。地基大致為橢圓形，東西邊長約122m，南北邊長約79m，地基最大挖掘深為9.7m，局部11.8m。

3.2 基坑周邊環(huán)境狀況

本工程項(xiàng)目的周邊環(huán)境錯綜復(fù)雜，北面為距地基防護(hù)工程項(xiàng)目約3.8m處的道道橋基礎(chǔ)整治工程，其下還敷設(shè)有電力管線、降雨和污水管線；西面為現(xiàn)狀河道,距地基防護(hù)工程項(xiàng)目約13.5m；東面距地下基坑防護(hù)工程建設(shè)6.1m為現(xiàn)狀主干道，管線施工大部分為給水、降雨、污泥、發(fā)電和數(shù)據(jù)傳輸；南側(cè)則為投入施工的，距地下基坑防護(hù)工程建設(shè)約36m。

另外，還在基坑的西南角和東北角，依次設(shè)有了鋼筋混凝土木工加工棚和建筑材料堆放場地；在北側(cè)水道與圍護(hù)中間，則搭建了二層的彩鋼管房現(xiàn)場辦公室；在南端和北端路面上設(shè)有泵車停泊地點(diǎn)；基坑設(shè)有2個出土口，發(fā)掘入口均在南端，土方外運(yùn)至18km以外的堆土場地[1-2]。

3.3 工程水文地質(zhì)條件

擬建場地市為亞熱帶海洋性地區(qū)天氣，溫?zé)釢駶?，雨水充沛，四季分明，年平均氣溫約為17.8℃，多年平均降水量約為1600.31mm?，F(xiàn)場地貌大部分為沿海沖積平原,地勢較為平緩，地層絕對高度通常為3.5～5.0m，基坑開挖的影響最大深度區(qū)域內(nèi)土壤分布主體為雜填土、粘土、泥沙、淤泥質(zhì)黏土等。區(qū)域表層土壤大部分為潛水類型，并賦存著黏土、泥沙質(zhì)等土壤，其水平變動大部分是受流域、時令、環(huán)境降雨等因素影響，變幅范圍通常在2～3m，勘測期間測得的場地地下水最穩(wěn)定水位在地表下0.14～0.87m，平均高度在2.96～3.56m。

4 深基坑支護(hù)施工

4.1 施工前準(zhǔn)備工作

施工準(zhǔn)備工作主要包括施工現(xiàn)場的清理工作、平臺搭設(shè)工作、埋設(shè)鋼護(hù)筒以及測量放樣等。在施工時必須確保施工現(xiàn)場不存在其他雜質(zhì)，確保地面平滑、干凈，如有軟地面則必須采用換填方法進(jìn)行換填處理，然后將換填的土推平夯實(shí)；平臺綁扎必須嚴(yán)格地按照規(guī)定進(jìn)行,確保平臺能接受在施工中產(chǎn)生的所有負(fù)荷；安裝鋼護(hù)筒時必須嚴(yán)格按照樁徑來對護(hù)筒長度的內(nèi)徑加以控制，在該施工時，當(dāng)鋼護(hù)筒的埋深超過了2m，在護(hù)筒長度頂部超過了地面水平線展護(hù)筒樁的經(jīng)放樣，經(jīng)過31cm的施工經(jīng)放樣后，該放樣主要是按照施工圖紙進(jìn)行并開展驗(yàn)槽作業(yè)，坑的長度一般均在護(hù)筒長度直徑以上，驗(yàn)槽完畢后便進(jìn)行吊作業(yè)，在吊掛時還必須注意盡量將護(hù)筒中心和樁的中間出現(xiàn)的誤差降低，一般應(yīng)在3cm 之內(nèi)，并且保證傾斜度在1%，以確保護(hù)筒穩(wěn)定。

4.2 基坑支護(hù)方案

根據(jù)工程場地的環(huán)境條件特點(diǎn)，選擇不同的支護(hù)型式時，對整個地基分部工程的工期、費(fèi)用以及技術(shù)措施等均會產(chǎn)生各種影響，故應(yīng)針對各種支護(hù)型式的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用要求，合理地選用基坑支護(hù)方法。另外，地基的支護(hù)方法還應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)條件、基坑施工深度、地基周邊環(huán)境要求、地下水狀況等因素因地制宜地進(jìn)行，切不可盲目地選用。

本工程地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、地基挖掘深度大、周圍無放坡空間,而且場地西側(cè)、南、北城市道路的管線種類較多,主要是水泥供水管道、煤氣管和雨水管。但上述線路對工程實(shí)施造成了不少干擾。此外，由于基坑支護(hù)時間需要橫跨整個雨天和冬日，總工期較短,因此需要將基坑支護(hù)和降水以及土方交叉實(shí)施。根據(jù)上述因素和技術(shù)合理的原則，該項(xiàng)目選擇了以下支護(hù)措施：使用一排鉆孔灌注樁做擋土結(jié)構(gòu)，在地基內(nèi)安裝了二道鋼筋大直徑水泥內(nèi)支撐,在地基的側(cè)墻防滲止水帷幕上使用了雙軸運(yùn)動砂漿攪拌樁，被動區(qū)局部用雙軸混凝土攪拌樁加固，具體分析如下。

4.2.1 支護(hù)樁

支護(hù)樁是開挖灌注樁的一個成熟的方法，具有施工工藝簡便、安全易于管理、開挖后對周圍影響較小的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于軟土領(lǐng)域。支護(hù)樁冠梁高度向自然地面降低約1.46m，其目的是使冠梁兼做為第一道支護(hù)圍檁，也可減少支護(hù)時間、改善的效果，又不能使第一階段懸臂挖土?xí)r的太大影響[3-4]。

4.2.2 內(nèi)支撐系統(tǒng)

地基支撐結(jié)構(gòu)中的水平壓力一般有坑內(nèi)支承和坑外拉錨二種形式來承受，鑒于該項(xiàng)目附近地質(zhì)較差、河流縱橫交錯且地下管道豐富，坑外拉錨具有相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險，所以選擇坑內(nèi)支承的形式比較穩(wěn)妥。內(nèi)支承按照材質(zhì)的不同分成水泥支柱和鋼材支撐2種。鋼支撐施工速度快、拆除簡單、且可回收使用，可有效抑制支撐體系變化，但相對深大地基,其支撐量須適當(dāng)增大，從而提高了成本，并相對加大了挖土困難。鋼筋砼結(jié)構(gòu)支撐鋼度較大，對降低支護(hù)樁的高低變化、保證支撐構(gòu)件質(zhì)量的穩(wěn)定性有著積極影響，此外砼基礎(chǔ)有很大的施工適應(yīng)性，更適用于復(fù)雜地形、超大規(guī)模的地基施工。

該項(xiàng)目的支撐體系布局包括：在沿地基豎向布置二個水平方向的砼基礎(chǔ)，保證地基結(jié)構(gòu)變形不大于周邊路面橋梁的使用條件。第1道支柱頂面處高程為-2.000m，用樁頂冠柱兼做第1道支柱圍檁。第2道支柱頂面處高程為-6.750m,用第2道工序支柱的圍檁與鉆孔樁相接，并扒開當(dāng)前鉆孔灌注樁的鋼筋保護(hù)層，再使用二條寬度均為22.5mm的HRB400鋼筋混凝土與管徑各自的鉆孔樁縱筋滿焊搭設(shè)，焊縫尺寸均不低于310mm，用于聯(lián)接第2道施工支柱的圍檁。

4.2.3 立柱和立柱樁

坑區(qū)水平支護(hù)體系的豎向支護(hù)結(jié)構(gòu)，為格構(gòu)的井字型鋼構(gòu)支架和柱下鉆孔灌注樁。格構(gòu)式井字型鋼構(gòu)柱綴板和角鐵的連接方式采用圍焊，頂端伸入預(yù)應(yīng)力砼的標(biāo)準(zhǔn)支座中500mm，下部伸入立柱樁中不低于3m。標(biāo)準(zhǔn)立柱樁使用長度為805mm鉆孔灌注樁，并盡可能采用工程樁代替以減少費(fèi)用。

4.2.4 止水帷幕

止水帷幕使用的雙軸運(yùn)動混凝土攪拌樁，在實(shí)施前應(yīng)做好工藝試樁結(jié)果，通過試樁可以了解施工區(qū)域的地質(zhì)情況，并設(shè)定鉆孔深、灰泥結(jié)合比、噴漿實(shí)施下沉和上升速率、噴漿速度、噴漿施工壓力等建筑施工技術(shù)參數(shù)，以確保止水序幕的建筑品質(zhì)。此外，還可采用套接一孔法施工,搭設(shè)較飽滿，止水質(zhì)量也可達(dá)到本工程對止水的要求。

4.2.5 加固被動區(qū)

為了減少地基變化，降低對周圍環(huán)境的沖擊，在地基下方的支護(hù)樁的一側(cè)設(shè)置有混凝土攪拌樁對被動區(qū)混凝土體的強(qiáng)化，同時還可以降低支護(hù)樁的內(nèi)部力量進(jìn)行配筋，但總成本卻不會提高多少。加固的混凝土攪拌樁長度為500mm，樁頂高程為-10.500m，樁底高程為-15.100m，混凝土的摻量為15%。

4.2.6 基坑降排水

因?yàn)榈鼗嚯x周邊交通、城市管線以及既有樓房很近,加上基礎(chǔ)土由不透水的黏性土壤組成，傳統(tǒng)的降水方式效益不佳。為了防止雨水對附近地面造成的沉降，本項(xiàng)目并未采取排水措施，只是通過排水溝明排的方法進(jìn)行坑內(nèi)外排除和攔截地表水。

4.3 施工工況

該項(xiàng)目基坑結(jié)構(gòu)為地下二層,基坑結(jié)構(gòu)底板結(jié)構(gòu)面高程為-9.350m，底板墊厚底高程為-10.350m，電梯井已挖掘至-12.600m?；娱_挖總深為9m，整個地基的總施工規(guī)模大約為9000m2，土方總量大約為85000m3。但因挖掘深大、地質(zhì)條件較差和施工的天氣條件等因素，土方施工方式是按照“分層、分塊、小空間、對稱施工”的原則，總體分成2區(qū)則、6個塊、3樓進(jìn)行建設(shè)。主要在施工工況下做到以下幾點(diǎn)。

（1）當(dāng)支護(hù)樁到達(dá)所設(shè)置高度后，平整場地并將其高度限制在-0.50m以內(nèi)。（2）從第一層挖土至第一道水平基礎(chǔ)底高程約為-2.900m，開挖至第一道基礎(chǔ)、圍檁(兼支護(hù)樁冠梁)。（3）當(dāng)?shù)谝坏阑A(chǔ)和圍檁混凝土超過總施工高度的80%時，當(dāng)施工至第二道工序的基礎(chǔ)高度為-7.750m，進(jìn)行施工至第二道基礎(chǔ)和圍檁。（4）當(dāng)?shù)诙阑A(chǔ)的圍檁混凝土超過了工程高度的80%時，施工至底板處的墊層底高度為-10.350m。（5）電梯井、集水井等局部或超深部分混凝土體必須先用機(jī)械帶挖掘至1～2m，之后用人力挖掘，同時砼基層也必須隨挖掘隨混凝土，即基層必須在現(xiàn)場施工24小時內(nèi)全部混凝土完畢。（6）澆注水泥底板并延長至支護(hù)樁邊。（7）當(dāng)?shù)装邃摻畛^設(shè)計抗拉強(qiáng)度的80%時，將第二道鋼筋直徑混凝土基礎(chǔ)。（8）建筑地下室面層模板；待地下室第一層樓板混凝土超過設(shè)計強(qiáng)度的80%后，再拆掉第一道鋼筋砼基礎(chǔ)。（9）進(jìn)行地下室其余基礎(chǔ)部分的澆筑，回填土面的夯實(shí)。

5 基坑檢測結(jié)果

該項(xiàng)目的施工面積大，施工深度大，周圍環(huán)境復(fù)雜，為保證地基本身和周圍環(huán)境的安全性，基坑施工過程中委托技術(shù)檢測機(jī)構(gòu)按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際狀況對支護(hù)樁的位置和立柱沉降實(shí)施檢測，并對基礎(chǔ)直徑較大的軸向動力、其他構(gòu)筑物和地下管線的沉降情況進(jìn)行了觀察，若有反常現(xiàn)象，應(yīng)立即進(jìn)行觀察，并采取相應(yīng)措施。

根據(jù)施工檢測報告表明，自基坑施工至回填土段結(jié)束，支護(hù)樁的累計側(cè)向下沉量最大值為40.4mm，支立柱樁的最大下沉量為20.6mm，基坑周圍樓板的最大下沉量為25.32mm，其他地下管道的最大下沉量均為6.62mm，其變化量均在設(shè)置的警戒值內(nèi)，并且，將支護(hù)橫向斷面的最大軸向力量作用于地基東南隅的下道基礎(chǔ)上，最大軸向能力為7200.24kN，此值在支護(hù)橫斷面設(shè)置的最大限制承載力之內(nèi)。所以，地基開挖對周圍環(huán)境的沖擊完全可控。

6 結(jié)束語

深基坑開挖不可避免的污染周圍環(huán)境，怎樣把污染減少到最少，這是巖石工程界一直以來研究的課題。本文根據(jù)某項(xiàng)目現(xiàn)場現(xiàn)狀，首先依據(jù)前期水文地質(zhì)數(shù)據(jù)和項(xiàng)目本身特征，并兼顧安全與經(jīng)濟(jì)效益選定地基支撐措施，然后開展施工工況分析，最后有針對性地開展基坑檢測，在觀測成果上證明了該項(xiàng)目采用深基坑支護(hù)工藝的合理性和有效性，為今后各類項(xiàng)目深基坑支護(hù)實(shí)施工藝提出參考。