高層建筑工程深基坑開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

王 剛

（山西文信工程項(xiàng)目管理有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

0 引言

深基坑支護(hù)工程種類較多，需依據(jù)不同場(chǎng)地條件、地質(zhì)條件、地下水位、周邊環(huán)境及技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行基坑開(kāi)挖與支護(hù)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施。為了規(guī)范建筑工程深基坑開(kāi)挖與支護(hù)施工工藝，強(qiáng)化施工質(zhì)量，提升施工安全，指導(dǎo)實(shí)際施工過(guò)程，本文以實(shí)際建筑工程深基坑為例，對(duì)深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)的施工要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)和分析。

1 工程概況及開(kāi)挖支護(hù)方案選擇

1.1 工程概況

某商業(yè)區(qū)高層項(xiàng)目地下工程基坑開(kāi)挖長(zhǎng)度213.68m，均寬24.35m,開(kāi)挖深度17.86～19.57m?；又黧w圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1200@1500 鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐體系，內(nèi)支撐均采用Φ800 鋼管，間距約為3.0m，壁厚16mm。灌注樁頂部設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，樁間為網(wǎng)噴混凝土，鋼管內(nèi)支撐除第一道在冠梁上外，其余均在支撐鋼圍檁上。

1.2 工程重難點(diǎn)

（1）基坑平均開(kāi)挖深度為18.72m，屬于深基坑施工，并且區(qū)域內(nèi)存在飽和軟黃土，降水難度大，開(kāi)挖過(guò)程易出現(xiàn)坍塌、涌水和失穩(wěn)現(xiàn)象?；影踩燃?jí)為一級(jí)，保障安全是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

（2）緊鄰基坑南側(cè)5.6m 處存在3 棟民用住宅，四層磚混結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大基礎(chǔ)，目前為正常居住狀態(tài)，故在施工過(guò)程對(duì)基坑變形控制要求極高，同時(shí)需監(jiān)測(cè)好既有建筑物變形情況，保護(hù)其結(jié)構(gòu)安全為工程重點(diǎn)。

1.3 開(kāi)挖支護(hù)方案選擇

針對(duì)該工程施工重點(diǎn)和施工難點(diǎn)，制定如下開(kāi)挖支護(hù)方案：

根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及主體結(jié)構(gòu)施工需要，總體堅(jiān)持“開(kāi)槽支撐，先撐后挖，分層開(kāi)挖，嚴(yán)禁超挖”的原則進(jìn)行施工。具體流程為：鉆孔灌注樁施工→第一層土方開(kāi)挖→冠梁、擋墻施工→第一道內(nèi)支撐施工→第二層土方開(kāi)挖→樁間網(wǎng)噴混凝土施工→第二道內(nèi)支撐施工→第三層土方開(kāi)挖→樁間網(wǎng)噴混凝土施工→第三道內(nèi)支撐施工→第四層土方開(kāi)挖→基底驗(yàn)收。

2 鉆孔灌注樁施工要點(diǎn)

該工程采用明挖施工，根據(jù)基坑尺寸和形狀，共設(shè)置Φ1200圍護(hù)樁320根，其中樁長(zhǎng)36.0m的200根，樁長(zhǎng)34.5m 的120 根。鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機(jī)成孔，配置SR150鉆機(jī)5臺(tái)，采取跳樁間隔施作。

2.1 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒采用厚度為5mm 的鋼板整體焊接而成，直徑1300mm，高度為2.5m，上部設(shè)置2個(gè)出漿口。護(hù)筒頂部應(yīng)高出原地面30～50cm，中心偏差≤50mm，放置后外圍用無(wú)雜黏土填滿夯實(shí)，確保穩(wěn)定無(wú)松動(dòng)。

2.2 泥漿制備

采用泥漿護(hù)壁成孔，黏土造漿，性能指標(biāo)為：比重1.02～1.10，黏度18～22s，pH 值8～11，膠體率≥95%，含砂率≤4%，失水率≤20ml/30min，泥皮厚≤3mm/30min。鉆進(jìn)過(guò)程中，回漿設(shè)置濾網(wǎng)，可控制含砂率，并且隨時(shí)掌握實(shí)際地質(zhì)情況，及時(shí)調(diào)整泥漿比重等指標(biāo)[1]。

2.3 鉆孔作業(yè)

開(kāi)鉆初期應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)，平穩(wěn)鉆進(jìn)深約2.0m時(shí)停止進(jìn)尺，待加入制備好的泥漿后正常鉆進(jìn)。為避免鉆頭碰撞孔壁，鉆機(jī)起落應(yīng)緩慢勻速，不宜猛降猛提。

2.4 成孔驗(yàn)收、清孔

成孔后對(duì)孔徑、孔深、垂直度等指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，其中孔深采用測(cè)繩量測(cè)，孔徑與垂直度采用探孔器檢測(cè)，探孔器長(zhǎng)度為4～6倍樁徑，直徑略小于設(shè)計(jì)樁徑，緩慢吊入孔內(nèi)上下暢通無(wú)阻，則說(shuō)明成孔合格。鉆孔灌注樁檢查項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，探孔器如圖1所示。

圖1 探孔器示意圖

表1 鉆孔灌注樁檢查項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)

2.5 鋼筋籠制作、吊裝

鋼筋籠采用現(xiàn)場(chǎng)加工制作，C28 縱向主筋采用焊接連接，雙面焊接長(zhǎng)度為5d（（d為鋼筋直徑），單面焊接10d。主筋與箍筋采用電阻點(diǎn)焊，主筋接頭互相錯(cuò)開(kāi)，同截面焊接頭數(shù)量不得超過(guò)50%，同一主筋上相鄰焊接頭間距應(yīng)大于35d且不小于50cm。鋼筋籠控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

考慮到鋼筋籠的長(zhǎng)度及吊運(yùn)，實(shí)際施工中分2節(jié)加工、安裝，吊裝時(shí)現(xiàn)場(chǎng)焊接接長(zhǎng)。鋼筋籠入孔定位標(biāo)高應(yīng)準(zhǔn)確，允許誤差為±5cm，并使其下部懸空；鋼筋籠上口應(yīng)和樁中心對(duì)中并固定，允許誤差為±3cm。

2.6 導(dǎo)管安裝

（1）導(dǎo)管采用Φ300mm 鋼管，安裝前在平整開(kāi)闊場(chǎng)地進(jìn)行泌水性和隔水塞試驗(yàn)，合格后方可投入使用。

（2）根據(jù)護(hù)筒頂標(biāo)高、孔底標(biāo)高，考慮墊木高度，計(jì)算導(dǎo)管所需長(zhǎng)度進(jìn)行試拼（標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)管長(zhǎng)度為3m、2.5m、2m、1m、0.5m）并編號(hào)。試拼時(shí)最上端導(dǎo)管用單節(jié)長(zhǎng)度較短的導(dǎo)管（0.5m），最底節(jié)導(dǎo)管采用單節(jié)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的導(dǎo)管（4.0m）。

（3）將試拼合格的導(dǎo)管用吊車按編號(hào)起吊、連接、下孔，下管時(shí)人工輔助，位置保持居中，不碰撞鋼筋籠，以免造成鋼筋籠傾斜或孔壁坍塌[2]。導(dǎo)管底距孔底應(yīng)保持300～500mm的距離。

2.7 混凝土灌注

該工程圍護(hù)樁采用C35商品混凝土灌注，首灌量是水下混凝土灌注的關(guān)鍵指標(biāo)。首灌混凝土量計(jì)算指標(biāo)含義如圖2所示。

圖2 首灌混凝土量計(jì)算簡(jiǎn)圖

初灌時(shí)要使用砂球作為隔水塞，初灌后導(dǎo)管埋深應(yīng)≥1.0m?；炷磷钚∈坠嗔縑（單位：m3）應(yīng)根據(jù)式（1）計(jì)算確定。

式中各參數(shù)含義如圖2所示，該工程取值見(jiàn)表2。

表2 混凝土首灌量公式參數(shù)含義及取值

根據(jù)以上取值，則有：

因此，為保證混凝土封底效果，避免泥漿進(jìn)入出現(xiàn)夾層甚至斷樁現(xiàn)象，首灌混凝土用量應(yīng)不得小于2.61m3。

首灌混凝土灌注并確認(rèn)導(dǎo)管無(wú)進(jìn)水后，將儲(chǔ)料斗吊走，改用小漏斗繼續(xù)灌注。灌注過(guò)程中導(dǎo)管提升采用吊車進(jìn)行作業(yè)，每次提升經(jīng)實(shí)測(cè)與計(jì)算后確定拆管長(zhǎng)度，時(shí)刻保證導(dǎo)管埋入混凝土2.0～6.0m，以防造成斷樁事故[3]。

考慮到樁頂混凝土鑿除后需施作冠梁，成樁標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)標(biāo)高高出0.5～1.0m，高出部分在混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后鑿除，以保證樁頂混凝土質(zhì)量。

3 冠梁及擋土墻施工要點(diǎn)

該工程在圍護(hù)樁樁頂設(shè)置壓頂冠梁及擋土墻，冠梁截面尺寸1400mm×1000mm（寬×高），混凝土標(biāo)號(hào)C35。冠梁上部設(shè)置擋土墻，其中墻高小于2m 時(shí)，墻厚200mm；墻高在2～3m時(shí)，墻厚300mm，混凝土標(biāo)號(hào)C30。本次開(kāi)挖深度為3.8m，采用臺(tái)階式分層開(kāi)挖，每層開(kāi)挖深度不大于2m。

3.1 樁頭破除

待圍護(hù)樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%以上時(shí)，進(jìn)行樁頭土開(kāi)挖，開(kāi)挖至樁頂標(biāo)高后用紅油漆標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記，由人工用風(fēng)鎬破除樁頂超灌混凝土，清除樁頂雜土及浮渣后，調(diào)直樁頭鋼筋。

3.2 鋼筋施工

冠梁鋼筋提前加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝，鋼筋型號(hào)、尺寸以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，主筋接長(zhǎng)采用機(jī)械連接。

3.3 模板施工

冠梁、支撐梁底鋪設(shè)牛皮紙作為底模。側(cè)模采用厚度不小于12mm竹膠板，側(cè)模外側(cè)采用60mm×80mm方木，間距為150mm橫向布設(shè)，方木后豎向布置兩根鋼管，兩側(cè)模板外側(cè)鋼管之間采用Φ14mm 對(duì)拉螺桿拉結(jié)，螺桿間距450mm×450mm梅花型布置。

3.4 混凝土澆筑

混凝土分層澆筑，每層高400mm，過(guò)程中合理控制澆筑速度，按要求振搗，保證混凝土密實(shí)?；炷脸跄蠹皶r(shí)覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度小于2.5MPa 時(shí)嚴(yán)禁踩踏?；炷翝仓?4h或強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa時(shí)方可拆模[4]。

3.5 擋土墻施工

擋土墻設(shè)置在冠梁上，在冠梁混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后開(kāi)始施工，冠梁施工完后及時(shí)進(jìn)行擋土墻施工。擋土墻模板與冠梁一樣采用竹膠板+方木+鋼管+對(duì)拉螺桿的形式。竹膠板厚度不小于12mm，方木尺寸采用60mm×80mm，豎向布置間距為150mm，對(duì)拉螺桿間距不大于600mm×600mm。擋土墻混凝土澆筑完成后，待其強(qiáng)度達(dá)到85%時(shí)，對(duì)冠梁、擋土墻后背用黃土封層回填夯實(shí)。

4 基坑開(kāi)挖流程

該工程土方采用反鏟挖掘機(jī)分層開(kāi)挖，具體流程如下：

第一步：第一層土方開(kāi)挖及冠梁、擋土墻、第一道支撐施工。在開(kāi)挖到第一道支撐中心下1000mm時(shí)，架設(shè)第一道鋼支撐。本次土方開(kāi)挖深度為3.8m，每開(kāi)挖2m必須施工網(wǎng)噴混凝土，邊開(kāi)挖邊支護(hù)。

第二步：第二層土方開(kāi)挖及第二道鋼支撐架設(shè)。在開(kāi)挖到第二道支撐中心下1000mm時(shí)，架設(shè)第二道鋼支撐。本次土方開(kāi)挖深度為6.15m，邊開(kāi)挖邊支護(hù)，每開(kāi)挖2m必須施工網(wǎng)噴混凝土。

第三步：第三層土方開(kāi)挖及第三道鋼支撐架設(shè)。在開(kāi)挖到第三道支撐中心下1000mm時(shí)，架設(shè)第三道鋼支撐。本次土方開(kāi)挖深度為6.09m，邊開(kāi)挖邊支護(hù)，每開(kāi)挖2m必須施工網(wǎng)噴混凝土。

第四步：第四層土方開(kāi)挖。開(kāi)挖到基底以上300mm，本次土方開(kāi)挖深度為2.66m，邊開(kāi)挖邊支護(hù)，每開(kāi)挖2m必須施工網(wǎng)噴混凝土。

第五步：人工清理基底。開(kāi)挖至基底以上300mm，人工撿底，施作接地網(wǎng)、澆筑墊層、施作底板防水層、綁扎底板鋼筋并澆筑底板混凝土。樁間混凝土擋土板噴射施工。

5 鋼圍檁、鋼支撐安裝

鋼圍檁、鋼支撐安裝同步于基坑開(kāi)挖，遵循“隨挖隨撐、分段分層、流水作業(yè)”原則[5]。鋼圍檁安裝過(guò)程如下：

（1）基坑開(kāi)挖到位同時(shí)噴錨完成后組織進(jìn)行鋼圍檁安裝；

（2）測(cè)量班根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測(cè)放鋼圍檁標(biāo)高及鋼支撐軸線，并標(biāo)示；

（3）根據(jù)鋼圍檁標(biāo)高安裝下方三角托架，每1 根樁安裝1 處；托架由L80×8 角鋼加工而成，使用2 根YG2型脹管螺栓（M25，L=285mm）固定在鉆孔樁上；

（4）托架安裝完成后進(jìn)行鋼圍檁安裝，由50t 吊車及挖機(jī)輔助安裝，鋼圍檁安裝就位時(shí)與鉆孔灌注樁之間預(yù)留不少于60mm的水平通長(zhǎng)空隙，其間用強(qiáng)度等級(jí)為C30的細(xì)石混凝土填嵌；

（5）對(duì)應(yīng)鋼支撐軸線位置安裝1 處防脫落裝置，不得與鋼支撐共用，并在鋼圍檁就位后張拉到位；

（6）鋼圍檁接長(zhǎng)需焊接成連續(xù)梁，避免出現(xiàn)懸臂現(xiàn)象；

（7）轉(zhuǎn)角處鋼圍檁之間的連接應(yīng)加強(qiáng)，外側(cè)整體焊接t=20mm 厚鋼板，內(nèi)側(cè)安裝型鋼角撐，使用2根[20a槽鋼焊接而成；

（8）鋼圍檁不連續(xù)時(shí)在鋼圍檁兩端設(shè)置堵頭。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，混凝土堵頭設(shè)置在鉆孔樁上，堵頭鋼筋錨入樁內(nèi)500mm。

鋼支撐在鋼圍檁和連系梁安裝完成并驗(yàn)收通過(guò)后進(jìn)行安裝，安裝前根據(jù)基坑型式進(jìn)行鋼支撐配型，現(xiàn)場(chǎng)拼裝后采用50t吊車整體吊裝，其過(guò)程可參考鋼圍檁安裝，本文不再進(jìn)行詳述。需要注意的是，鋼支撐活頭端應(yīng)安裝在明挖基坑一側(cè)，以便于施加預(yù)加軸力、檢修等作業(yè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際深基坑開(kāi)挖支護(hù)工程，遵循“先撐后挖、分層開(kāi)挖”基本原則，制定出了“鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐體系”及分層開(kāi)挖的技術(shù)方案。按照工藝流程分析了鉆孔灌注樁、冠梁及擋土墻、基坑開(kāi)挖和鋼圍檁鋼支撐的施工要點(diǎn)，以量化形式明確了施工流程、施工參數(shù)和檢查指標(biāo)。

該工程基坑開(kāi)挖與支護(hù)全過(guò)程實(shí)施測(cè)量監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示基坑位移、支護(hù)體系變形均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，鄰近既有建筑無(wú)明顯沉降，結(jié)構(gòu)完整無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象。由此說(shuō)明該工程基坑開(kāi)挖與支護(hù)方案安全可行，可作為同類工程設(shè)計(jì)與施工的重要依據(jù)。