深基坑支護(hù)技術(shù)在高層建筑工程施工中的應(yīng)用

張慶　賀海利

摘要：在簡(jiǎn)述深基坑工程和深基坑支護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)案例詳細(xì)闡述了運(yùn)用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土內(nèi)支撐、鋼格構(gòu)柱等深基坑支護(hù)方法，完成全過(guò)程深基坑支護(hù)工程的施工技術(shù)，可供從事深基坑工程施工的技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；深基坑工程；支護(hù)施工；技術(shù)應(yīng)用

1? ?深基坑工程概述

根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，開(kāi)挖深度超過(guò)5m（含5m）的基坑（槽）土方開(kāi)挖、支護(hù)、降水工程，以及開(kāi)挖深度雖未超過(guò)5m，但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜，或影響毗鄰建筑（構(gòu)筑）安全的基坑（槽）的土方開(kāi)挖、支護(hù)工程，屬于深基坑工程。深基坑工程的具體內(nèi)容，包括其勘察、設(shè)計(jì)、測(cè)量、支護(hù)、降水、土方開(kāi)挖、地下結(jié)構(gòu)施工、監(jiān)測(cè)、土方回填等全部施工項(xiàng)目。其中深基坑支護(hù)，是指為保證深基坑地下結(jié)構(gòu)的施工安全，保護(hù)深基坑周圍環(huán)境及地下管線的安全，對(duì)深基坑側(cè)壁、基坑周圍以及地下管線采取的支撐、加固、圍護(hù)等支護(hù)施工。

2? ?深基坑支護(hù)技術(shù)

深基坑工程須根據(jù)其地質(zhì)、環(huán)境、現(xiàn)有地下結(jié)構(gòu)、基坑深度、地下施工需要等具體情況，在深基坑開(kāi)挖前或開(kāi)挖中，對(duì)其周邊實(shí)施支護(hù)。深基坑支護(hù)包括樁支護(hù)、地下連續(xù)墻支護(hù)、鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐、鋼筋混凝土內(nèi)支撐等結(jié)構(gòu)形式。深基坑支護(hù)技術(shù)的主要作用是防止深基坑坍塌、保障地下工程順利進(jìn)行。

2.1? ?樁支護(hù)

樁支護(hù)多種多樣，根據(jù)其所用材料的不同，可分為混凝土灌注樁、水泥土攪拌樁、鋼板樁、鋼管樁等。其中鋼板樁根據(jù)型材的不同可分為U型鋼板樁、Z型鋼板樁等。

根據(jù)基坑的深度，混凝土灌注樁的排列有間隔式、連續(xù)式、雙排式等結(jié)構(gòu)。當(dāng)基坑較深、地下水位較高時(shí)，可采用鋼板樁支護(hù)，其既能擋土、防水，還能防止發(fā)生流砂。為了加固樁支護(hù)，可在樁頂施設(shè)錨桿、土釘、冠梁等結(jié)構(gòu)。

鋼筋混凝土灌注樁可采用鉆孔灌注樁施工工藝。該工藝采用樁機(jī)在泥漿護(hù)壁條件下慢速鉆進(jìn)，使用泥漿保護(hù)孔壁避免坍塌，并將土渣淤泥帶出。在成孔內(nèi)經(jīng)過(guò)1次清孔后，放下鋼筋籠再次清孔，使用水下混凝土澆筑方法，將泥漿置換出來(lái)形成鋼筋混凝土灌注樁。

鋼筋混凝土灌注樁亦可采用全護(hù)筒灌注法的施工工藝。該工藝采用全護(hù)筒內(nèi)置螺旋葉片的雙動(dòng)力鉆機(jī)，切割土體形成樁孔，同時(shí)將護(hù)筒內(nèi)的土體取出。放下鋼筋籠后，澆灌混凝土，拔出護(hù)筒后形成鋼筋混凝土灌注樁。

2.2? ?地下連續(xù)墻支護(hù)

可采用在起重機(jī)動(dòng)臂上懸掛液壓抓斗、泥漿護(hù)壁、跳孔挖槽的方法，進(jìn)行地下連續(xù)墻施工。其施工要點(diǎn)如下：設(shè)置泥漿池，用于制配泥漿。將挖槽產(chǎn)生的土方外運(yùn)；成槽時(shí)控制泥漿液面。使用空氣升液器將成槽內(nèi)部的土渣淤泥清除干凈，并補(bǔ)充合格的泥漿；將預(yù)制的鋼筋籠安放在成槽內(nèi)并調(diào)整好位置，采取水下澆筑方法澆筑混凝土。

地下連續(xù)墻可采用多軸攪拌樁機(jī)進(jìn)行施工，其施工方法如下：使用鉆頭切削地層土成槽，同時(shí)使用鉆頭噴出的水泥漿液或土體固化劑與槽內(nèi)地層土反復(fù)攪拌混合，形成一段地下水泥土連續(xù)墻。

2.3? ?鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐

在大型深基坑正式開(kāi)挖之前，在深基坑的外圍施設(shè)灌注樁、旋挖樁、或地下連續(xù)墻進(jìn)行支護(hù)，并在灌注樁、旋挖樁、或地下連續(xù)墻頂部設(shè)置鋼筋混凝土冠梁予以加固。在土方開(kāi)挖過(guò)程中，根據(jù)深基坑施工圖紙?jiān)O(shè)定的位置施設(shè)圍檁予以加固。除此之外，還應(yīng)設(shè)置單層或多層鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐。

深基坑的鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐由水平內(nèi)支撐梁、立柱樁加鋼支柱等組成，水平內(nèi)支撐梁一般使用鋼管、H型鋼等鋼材制作。水平內(nèi)支撐梁的一端可調(diào)，用于向深基坑兩側(cè)施加預(yù)應(yīng)力。立柱樁加鋼支柱的作用是承擔(dān)水平內(nèi)支撐梁的垂直載荷，確保其縱向穩(wěn)定性，增強(qiáng)水平內(nèi)支撐梁的剛度。

冠梁的作用有二：一是連接和加固灌注樁、旋挖樁或地下連續(xù)墻頂部；二是冠梁上設(shè)置支座，用于承載深基坑上層鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐，使其發(fā)揮水平支撐作用。圍檁的作用有二：一是連接和加固灌注樁、旋挖樁中部；二是設(shè)置連接件，用于安裝多層鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐。

2.4? ?鋼筋混凝土內(nèi)支撐

在大型深基坑內(nèi)設(shè)置鋼筋混凝土內(nèi)支撐需要具備的條件，與鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐大體相同。深基坑的鋼筋混凝土內(nèi)支撐由水平支撐、立柱樁加鋼支柱（即格構(gòu)柱）等組成。通過(guò)土方開(kāi)挖、平整場(chǎng)地、鋪設(shè)模板、綁扎鋼筋和澆筑混凝土形成內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，對(duì)深基坑內(nèi)側(cè)進(jìn)行支撐。為了保持預(yù)應(yīng)力、提高強(qiáng)度，大跨度鋼筋混凝土內(nèi)支撐的橫梁，需要將其制成帶有一定弧度的拱形。

隨著深基坑鋼筋混凝土內(nèi)支撐技術(shù)的發(fā)展，鋼筋混凝土內(nèi)支撐可制成圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。根據(jù)深基坑工程施工的需要，圓環(huán)形鋼筋混凝土內(nèi)支撐可制成單層或多層結(jié)構(gòu)。圓環(huán)形主梁體與深基坑內(nèi)壁之間設(shè)置桁架結(jié)構(gòu)，為便于施工，也還可在圓環(huán)形主梁體的空間設(shè)置棧橋。

3? ?深基坑支護(hù)案例

3.1? ?工程概況

某城市的高層商住兩用樓工程項(xiàng)目為地上30層，地下2層，屬于深基坑工程項(xiàng)目。經(jīng)勘察可知，該工程項(xiàng)目施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件以雜填土、黏土、粉質(zhì)黏土等為主，地下水位較高、水量較多。該工程項(xiàng)目位于市區(qū)，其南側(cè)與多棟住宅樓鄰近，北側(cè)距離地下市政管網(wǎng)很近，東側(cè)距離市政道路較近，周邊環(huán)境比較復(fù)雜。深基坑開(kāi)挖深度為-10.5m。

3.2? ?深基坑支護(hù)方案

根據(jù)該工程項(xiàng)目深基坑施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，決定該深基坑的支護(hù)方案如下：采用單排鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，在鉆孔灌注樁頂部設(shè)置冠梁、單層鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)。與其配套，采用高壓旋噴樁阻擋地下水、設(shè)置格構(gòu)柱支護(hù)鋼筋混凝土內(nèi)支撐。鉆孔灌注樁的樁徑為800mm，鋼筋搭接長(zhǎng)度≥160mm。鉆孔灌注樁總長(zhǎng)度為13.5m，樁體下端進(jìn)入基坑底部5m以下。鉆孔灌注樁頂部冠梁的斷面尺寸為800mm×600mm。

將深基坑周圍放坡到標(biāo)高-2.5m處，并將鉆孔灌注樁的樁頭鑿平到標(biāo)高-2.5m處。鉆孔灌注樁頂部設(shè)置的冠梁，用于加固鉆孔灌注樁和連接鋼筋混凝土內(nèi)支撐。冠梁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐可一起施工。鋼筋混凝土內(nèi)支撐主梁的截面尺寸為1000mm×850mm，桁架結(jié)構(gòu)梁（腹梁）的截面尺寸為850mm×850mm。格構(gòu)柱上部鋼立柱的截面尺寸為500mm×500mm。

3.3? ?施工準(zhǔn)備

對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行平整，鋪設(shè)臨時(shí)道路，布設(shè)現(xiàn)場(chǎng)配電、用水設(shè)施，確保其滿足深基坑施工的需要。施工技術(shù)人員熟悉圖紙和施工技術(shù)要求。測(cè)量人員根據(jù)引進(jìn)的標(biāo)高和定位點(diǎn)，使用全站儀等設(shè)備對(duì)深基坑方位、鉆孔灌注樁位置等進(jìn)行測(cè)量放樣，確定控制點(diǎn)、做好記錄并進(jìn)行校驗(yàn)和復(fù)核。根據(jù)施工進(jìn)度需要，材料管理人員配備所需材料并做好質(zhì)量檢驗(yàn)，保證材料供應(yīng)。機(jī)械設(shè)備管理人員選配所需機(jī)械設(shè)備，確保其技術(shù)性能合格，并向操作人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。

3.4? ?樁基施工

3.4.1? ?支護(hù)樁施工

設(shè)置泥漿池，配置足夠數(shù)量的護(hù)壁泥漿備用。鋼筋混凝土鉆孔灌注樁的施工流程如下：

測(cè)定樁位→搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)→樁機(jī)就位→開(kāi)挖護(hù)筒孔并安裝護(hù)筒→采用護(hù)壁泥漿輔助鉆孔→成孔后進(jìn)行第1次清孔→測(cè)量孔深→向成孔中吊放預(yù)制的鋼筋籠→放置澆灌混凝土導(dǎo)管→第2次清孔→安放隔水栓→水下澆筑混凝土→拔除護(hù)筒→鉆機(jī)移位進(jìn)行下1個(gè)鉆孔灌注樁施工。

樁機(jī)鉆進(jìn)速度應(yīng)保持在1～1.50m/min之間?；炷翍?yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，其和易性、流動(dòng)性良好，塌落度控制在180～220mm?；炷翝补嗥陂g的提升速度不宜過(guò)快，保持在2.5m/min。鋼筋混凝土鉆孔灌注樁完成施工并達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，按其標(biāo)高尺寸鑿平樁頭、清理和平整場(chǎng)地，做好冠梁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐的施工準(zhǔn)備。

3.4.2? ?格構(gòu)柱施工

格構(gòu)柱按照施工圖紙分布在深基坑內(nèi)部，用于鋼筋混凝土內(nèi)支撐垂直方向的支護(hù)。格構(gòu)柱包括立柱樁和鋼立柱2個(gè)部分，其下部的立柱樁為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，其上部的鋼立柱為鋼構(gòu)件。

格構(gòu)柱的施工流程如下：測(cè)定樁位→搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)后樁機(jī)就位→開(kāi)挖護(hù)筒孔并安裝護(hù)筒→采用護(hù)壁泥漿輔助鉆孔→成孔后第1次清孔并測(cè)量孔深→吊放預(yù)制的立柱樁鋼筋籠→起吊鋼立柱進(jìn)入鋼筋籠內(nèi)部→調(diào)整鋼立柱與鋼筋籠位置施焊→安裝并下放混凝土灌注導(dǎo)管→第2次清孔并測(cè)量孔深→下放鋼立柱和筋籠組合體至→用型鋼臨時(shí)固定鋼立柱→在鋼立柱頂部安裝與其同規(guī)格導(dǎo)向柱→下放并檢測(cè)鋼立柱中心和方位→下放鋼立柱到設(shè)計(jì)位置并調(diào)整導(dǎo)向柱方位→安放隔水球→復(fù)核樁底沉渣厚度→混凝土澆筑到立柱樁頂部位置→鉆機(jī)移位。

之后在不澆筑混凝土樁孔上部回填粗砂。需要注意，格構(gòu)柱上部的鋼立柱須與鋼筋混凝土內(nèi)支撐的鋼筋籠焊接牢固，且須保證安裝位置準(zhǔn)確無(wú)誤，以免內(nèi)支撐在混凝土澆筑期間發(fā)生位移。

3.4.3? ?旋噴樁施工

該工程項(xiàng)目采取全封閉止水措施，以高壓旋噴樁作為止水帷幕。在鉆孔灌注樁完成施工后，可使用樁機(jī)進(jìn)行高壓旋噴樁施工。高壓旋噴樁的成樁直徑為600mm，搭接長(zhǎng)度為150mm，高壓旋噴樁的總長(zhǎng)為8.5m，樁的下端進(jìn)入基坑底深度為5m。高壓旋噴樁采用2次成樁施工工藝，所用漿液為純水泥漿，為此須使用攪拌機(jī)攪拌均勻。高壓旋噴注漿采取自下而上連續(xù)施工的方式，施工過(guò)程中如果因故障停機(jī)，待修好之后需向下到達(dá)不少于500mm深度繼續(xù)施工，以保證固結(jié)體的整體性。在不改變高壓旋噴技術(shù)參數(shù)的前提下，第1次高壓注漿到達(dá)樁頂以后，再下鉆到樁底，對(duì)同一樁體進(jìn)行第2次高壓旋噴注漿，以保證高壓旋噴樁的強(qiáng)度和防滲漏性能。

3.5? ?冠梁和內(nèi)支撐施工

3.5.1? ?施工流程

在完成樁基工程施工后，即可進(jìn)行冠梁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐施工，其施工流程如下：測(cè)量放線→土方開(kāi)挖→冠梁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐梁體墊層施工→冠梁和內(nèi)支撐梁體結(jié)構(gòu)施工。

3.5.2? ?施工方法

在土方開(kāi)挖深度達(dá)到冠梁和內(nèi)支撐底部標(biāo)高之上約20cm位置后，由人工完成清底、平整，使用夯實(shí)機(jī)械進(jìn)行夯實(shí)，冠梁和內(nèi)支撐梁體底部土體標(biāo)高須符合設(shè)計(jì)要求。在冠梁和內(nèi)支撐底部土體施工合格后，進(jìn)行冠梁和內(nèi)支撐梁體底模施工，其底模采用C10混凝土墊層。

冠梁和內(nèi)支撐梁體的底模完成施工后，綁扎冠梁和內(nèi)支撐主梁的鋼筋，將冠梁與內(nèi)支撐主梁鋼筋的連接長(zhǎng)度控制在500mm。然后綁扎內(nèi)支撐桁架結(jié)構(gòu)梁（腹梁）的鋼筋。主梁和桁架結(jié)構(gòu)梁的主筋，須使用整根鋼筋或采用焊機(jī)搭焊牢固。完成鋼筋綁扎后，安裝冠梁、內(nèi)支撐主梁和桁架結(jié)構(gòu)梁的側(cè)模。側(cè)模采用膠合板制作，使用螺栓固定。冠梁和內(nèi)支撐梁的混凝土采取整體澆筑成型的方式。若需分段施工，則需設(shè)置垂直縫，所留間隙須使用超過(guò)C30標(biāo)號(hào)的混凝土填充密實(shí)。

4? ?與支護(hù)結(jié)構(gòu)相關(guān)的其他關(guān)鍵施工

4.1? ?深基坑土方開(kāi)挖

根據(jù)施工需要對(duì)深基坑內(nèi)的土方分層開(kāi)挖，其施工流程如下：使用挖掘機(jī)修筑坡道→挖掘未設(shè)鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼立柱地段→挖掘鋼筋混凝土內(nèi)支撐下土方→使用自卸車通過(guò)坡道將土運(yùn)至坑外→平整挖掘后的場(chǎng)地→繼續(xù)分層進(jìn)行土方挖掘和外運(yùn)施工→將土方挖到深基坑底層位置→平整場(chǎng)地→澆筑底板混凝土。

土方挖掘和拉運(yùn)時(shí)，注意避讓鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼立柱，避免發(fā)生碰撞，防止出現(xiàn)安全事故。在挖掘鋼筋混凝土內(nèi)支撐下面的土方時(shí)，應(yīng)使用小型挖掘機(jī)進(jìn)行施工。完成土方挖掘后，使用起重機(jī)及時(shí)將土方機(jī)械吊出深基坑，避免長(zhǎng)時(shí)間停留在深基坑內(nèi)。

4.2? ?深基坑側(cè)壁施工

完成深基坑土方挖掘施工后，為防止深基坑側(cè)壁裸露的土體塌落，須對(duì)其進(jìn)行加固處理，其方法是在土體表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，然后噴射混凝土。鋼筋網(wǎng)采用HPB235鋼筋制作，鋼筋直徑≥4mm，鋼筋間距約300mm，網(wǎng)格連接牢固?；炷僚浜媳韧ㄟ^(guò)試驗(yàn)確定，噴射厚度為100mm，水灰比為0.45，骨料粒徑≤12mm。噴射施工按照自下而上的順序，分段分片逐步完成，在終凝之后2h之內(nèi)采取噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間需超過(guò)7d。

4.3? ?內(nèi)支撐拆除

拆除內(nèi)支撐之前，在地下結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土外墻面與支護(hù)樁之間設(shè)置橫向混凝土支撐，以防止支護(hù)樁移位。在完成深基坑底板結(jié)構(gòu)施工、地下結(jié)構(gòu)完成主體施工、地下結(jié)構(gòu)外圍土方回填以及橫向混凝土支撐施工之后，可將鋼筋混凝土內(nèi)支撐拆除。拆除結(jié)束之后，對(duì)雜物進(jìn)行全面清理和外運(yùn)。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，用于建筑物基礎(chǔ)建造的大跨度深基坑，采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)方法，可以保證深基坑穩(wěn)定和施工安全。與其他支護(hù)方法相比，其具有節(jié)約施工材料、降低施工成本、保障施工質(zhì)量等方面優(yōu)勢(shì)。

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