復(fù)雜場(chǎng)地建筑工程主體基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

王 珺

（福建凌希建設(shè)有限公司，福建 福州 350001）

基坑支護(hù)工程的綜合性較強(qiáng)，覆蓋巖土工程、地質(zhì)勘探和土木材料等多門專業(yè)，具有臨時(shí)性、周期長(zhǎng)和成本高等特點(diǎn)[1]。在實(shí)際施工中會(huì)遇到場(chǎng)地環(huán)境過于復(fù)雜的情況，如基坑邊界與用地紅線距離過近、周邊地下管線埋設(shè)過多、場(chǎng)地土層的工程性能較差等。在基坑開挖過程中，這些問題可能導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、周邊土體變形或鄰近建筑物沉降，需要通過合理的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行處理。

1 工程概況

以漳州市的某建筑工程為例，擬建綜合樓共8 幢，地上5 層，配套工程及室外場(chǎng)地為地上1 層，總建筑面積約為7 902.3 m2?；悠矫娉什灰?guī)則矩形，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，北側(cè)緊鄰主要交通道路，坑邊有自來水管道；東側(cè)局部鄰近馬路，下部埋設(shè)各類管線；南側(cè)為小區(qū)用地，有自來水管道和化糞池；西側(cè)為天然氣管道，且其南段為一既有居民住宅樓、北段是地面車庫。

西側(cè)居民住宅樓為磚混結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，曾出現(xiàn)墻體開裂等問題，后采用微型鋼管樁和壓實(shí)填土注漿的方式對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固。此外，新增筏板基礎(chǔ)。該住宅樓的具體加固剖面圖可參考圖1。該住宅樓與主體基坑西側(cè)的距離較近，坑邊地面存在高差，起伏較大，且此方位的坑深度最高，因此，在主體基坑的施工過程中要重點(diǎn)關(guān)注對(duì)住宅樓的變形控制。

圖1 西側(cè)住宅樓加固剖面示意圖

2 工程地質(zhì)條件

對(duì)工程場(chǎng)地進(jìn)行綜合勘察后可知主體基坑周邊土層包括耕土、角礫、粉質(zhì)黏土和各類填土等，整體分布不均，東西高差為8.72 m，具有高低不平、某段缺失等特征。該基坑場(chǎng)地地基土主要物理力學(xué)性能指標(biāo)可參考表1。整體土質(zhì)較為軟弱，工程建設(shè)適宜性不高。基坑所處區(qū)域?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，受海洋氣候調(diào)節(jié)，整體氣候較為濕潤(rùn)、雨量充沛，年均降水量可達(dá)1 500 mm，施工時(shí)要合理安排進(jìn)度，以免對(duì)工程產(chǎn)生不利影響。

表1 地基土主要物理力學(xué)性能指標(biāo)表

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 基本要求

該工程基坑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)要求是一級(jí)，重要性系數(shù)為1.1，環(huán)境等級(jí)為二級(jí)。為了確保工程的穩(wěn)定性，在施工過程中基坑周邊2 m 內(nèi)禁止堆載雜物，2 m 外最大荷載不得超過20 kPa，出土口最大荷載不得超過40 kPa。此外，該基坑支護(hù)屬于臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，使用年限控制在2 年。確定支護(hù)方案時(shí)要堅(jiān)持技術(shù)性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性原則，綜合考慮該工程場(chǎng)地與機(jī)械等要求，做到因地制宜，充分發(fā)揮支護(hù)效能。

3.2 方案選擇

由工程地質(zhì)勘察結(jié)果可知，基坑場(chǎng)地情況較為復(fù)雜，施工時(shí)主要有3 個(gè)難點(diǎn)：首先，基坑深度失衡，東邊坡與西邊坡的深度差值約為6.9 m，難以用常規(guī)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)；其次，基坑西側(cè)下口線11 m 處存在用微型鋼管樁加固過的居民住宅樓，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮周邊環(huán)境變形的問題，還要注意不得使用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)；最后，基坑西側(cè)地面以人工填土為主，土質(zhì)軟弱，力學(xué)性能不高，對(duì)施工產(chǎn)生消極作用。

綜合分析后，決定采用排樁內(nèi)支撐支護(hù)方案，圍護(hù)結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土灌注樁，以主體基坑中間后澆帶位置為界分為東區(qū)和西區(qū)，先在東區(qū)施工為西區(qū)提供未開挖基坑水平支撐的支撐反力結(jié)構(gòu)，再對(duì)西區(qū)進(jìn)行施工。后澆帶處要設(shè)置豎向支撐柱構(gòu)件，由3 個(gè)T 形截面柱組成，開挖東區(qū)土體時(shí)要求以低于45°的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)西區(qū)土體坡進(jìn)行放坡，西區(qū)采用內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)[2]。

4 基坑施工

4.1 鉆孔灌注樁

4.1.1 前期準(zhǔn)備

鉆孔灌注樁工程的前期準(zhǔn)備主要包括清理現(xiàn)場(chǎng)、測(cè)量放線、制備泥漿、埋設(shè)護(hù)筒和調(diào)整鉆機(jī)等。清理現(xiàn)場(chǎng)主要是將場(chǎng)地上對(duì)工程不利的雜物進(jìn)行徹底清理，保持地面的平整度和潔凈度。以設(shè)計(jì)坐標(biāo)和基線控制網(wǎng)作為參考，用全站儀測(cè)放樁位，然后用鋼尺復(fù)核樁位間的幾何關(guān)系，經(jīng)過校驗(yàn)與復(fù)驗(yàn)兩道程序后，測(cè)放樁基十字線方向的護(hù)樁，保證護(hù)筒能夠埋設(shè)到位，工作過程中要仔細(xì)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，為后期調(diào)整偏差提供基本的資料支持。

放料的泥漿主要用混凝土制備，同時(shí)摻入0.05%～1%的纖維素和0.1%～0.4%的火堿。這樣會(huì)有效提高泥漿的黏度和膠體率。選擇機(jī)械或人工拌制的方式進(jìn)行靜態(tài)泥漿法施工。造漿成功后要檢測(cè)泥漿含砂率、比重等性能指標(biāo)。確認(rèn)質(zhì)量達(dá)標(biāo)后，再儲(chǔ)存24 h 方可投入使用。使用振動(dòng)錘埋設(shè)鋼護(hù)筒，保證其內(nèi)徑比樁徑長(zhǎng)20 cm，總長(zhǎng)為2 m。確認(rèn)位置與穩(wěn)固性合格后，在護(hù)筒周邊回填夯實(shí)，護(hù)筒頂端比地面高出0.3～0.5 m，安置挖鉆機(jī)時(shí)要控制其水平度和垂直度，檢測(cè)并調(diào)節(jié)后使鉆機(jī)處于良好穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

4.1.2 成孔環(huán)節(jié)

鉆機(jī)鉆孔初期需要將速度保持為1～1.5 m/min，避免卡鉆搖晃或發(fā)生偏移等問題，完全進(jìn)入地層后再加快鉆速，如果遇到軟土或砂土層，應(yīng)適當(dāng)降低速度，直至到達(dá)設(shè)計(jì)深度。每鉆進(jìn)2 ～3 m就要進(jìn)行一次檢測(cè)，確認(rèn)鉆孔的直徑和垂直度，檢測(cè)工具是高約4 m 的圓鋼筋籠，使用方式是將其吊入孔內(nèi)比對(duì)兩者中心是否重合，同時(shí)檢查下放過程中是否存在掛阻。鉆孔期間要定時(shí)撈取渣樣追蹤地質(zhì)變化，并及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案。鉆出的土方不得隨意堆砌在施工區(qū)域內(nèi)，必須移至指定位置。

根據(jù)建筑物累計(jì)沉降量變化曲線圖，統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)建筑物沉降的特征量，如表1所示。截至2013年8月20日，監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均沉降量為2.68 mm，最大累計(jì)沉降量達(dá)到3.6 mm，對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為JH-5，最小累計(jì)沉降量達(dá)到1.7 mm，對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為JH-3，因此，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化均滿足規(guī)范的限值30 mm的要求。最后兩周期，平均沉降速率為0.015 mm/d，也滿足規(guī)范限值0.01～0.04 mm/d的要求，表明建筑物已趨于穩(wěn)定。

成孔的最后步驟是核驗(yàn)與清孔。核驗(yàn)內(nèi)容主要包括孔位、孔徑、孔深和孔形。先自檢，再由監(jiān)理單位派人共檢，確認(rèn)無誤后，吊放檢孔器測(cè)量孔徑是否達(dá)標(biāo)。針對(duì)底部沉渣問題要在孔底放置鉆頭進(jìn)行清孔，控制其厚度不超出100 mm，禁止采用增加孔深等方法。以清理好的內(nèi)孔為基準(zhǔn)安排灌注作業(yè)，孔底泥漿厚度不超過500 mm 時(shí)，其黏度應(yīng)當(dāng)小于28 s，比重小于1.25，含砂率低于8%[3]。

4.1.3 灌注環(huán)節(jié)

灌注泥漿的過程中要重點(diǎn)關(guān)注其塌落度，盡量保持為180～220 mm，使泥漿具備良好的流動(dòng)性，灌注速度維持在2.5 m/min 左右。操作過程中壓混凝土和提高鉆桿同時(shí)進(jìn)行，禁止先提鉆后灌料。在接近地面時(shí)要放緩提管速度，清理孔口渣土，泵送速度與鉆桿提升速度應(yīng)當(dāng)適配。灌注結(jié)束后，先清理地表，然后將鋼筋籠插入地下，必要時(shí)使用振動(dòng)錘，速度控制為1.2～1.55 m/min，防止鋼筋籠出現(xiàn)位移問題，保證施工作業(yè)效果。

4.1.4 立樁施工

鉆孔灌注樁是基坑的支承樁，處于基坑立樁樁基坑底下部，一般選擇格構(gòu)式鋼柱組成上部分結(jié)構(gòu)，能夠有效節(jié)約材料，降低工程造價(jià)，提高工程的經(jīng)濟(jì)性[4]。進(jìn)入基坑后，立樁端頭深度與樁徑分別為5 m 和0.7 m，將鋼格構(gòu)柱和灌注樁鋼筋籠進(jìn)行焊接，對(duì)接位置的牢固度要滿足工程需求，不得存在偏差等問題。在進(jìn)行吊裝就位時(shí)要嚴(yán)格遵循工程規(guī)定，避免格構(gòu)柱與鋼筋籠中間連接不夠緊密引發(fā)松動(dòng)或位移問題。

4.2 內(nèi)支撐施工

測(cè)量基坑尺寸后再進(jìn)行土方開挖，以分層法保證開挖的對(duì)稱性和順序性。先處理內(nèi)支撐梁及周邊區(qū)域，挖土?xí)r其方向要遠(yuǎn)離出土口，提前留出300 mm 的土體，最后利用人工操作進(jìn)行清底，清底過程中工作人員與工程樁保持一定距離，臨時(shí)邊坡角度最好小于1/2，防止土方擠壓，保持坑底平整，同時(shí)做好墊層工作，減少土層暴露的時(shí)間。為了避免支撐梁架因運(yùn)土車受損，要在相關(guān)路面上覆蓋厚度不低于40 cm 的土方[5]。

由于該工程所處地區(qū)降雨較多，需要做好基坑的防水與排水工作。在基坑周邊設(shè)立阻水梗，內(nèi)部設(shè)置集水井、排水溝和干燥器，雙管齊下減少雨水或地下水的滲入量，保持坑內(nèi)的干燥狀態(tài)。集水井、排水溝的設(shè)置需要結(jié)合開挖工作的具體進(jìn)程。二者的高度應(yīng)保持一致，每隔25 m 設(shè)置1 個(gè)集水井，尺寸約為0.6 m×0.6 m，基坑兩側(cè)呈縱向排列，排水坡度為0.2%。

4.2.2 混凝土澆筑

澆筑內(nèi)支撐梁時(shí)，要堅(jiān)持整體澆筑成型原則。設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化的垂直縫，內(nèi)支撐梁兩側(cè)邊界各外擴(kuò)0.15 mm 作為墊層的邊界線，高約100 mm。排樁與內(nèi)支撐圍檁間隙的混凝土度強(qiáng)度不得低于C30，保證結(jié)構(gòu)整體的嚴(yán)密性。在基坑側(cè)壁噴射厚度約為100 mm 的混凝土面層時(shí)，提前設(shè)置HPB300 鋼筋網(wǎng)，其直徑大于4 mm，間距小于300 mm。噴射順序由上至下、分區(qū)分段，混凝土終凝2 h 后要進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

4.3 工程監(jiān)測(cè)

工程監(jiān)測(cè)是為了通過數(shù)據(jù)反饋及時(shí)處理施工過程中存在的問題，合理調(diào)整施工方向，提高基坑及周邊環(huán)境的安全性。該工程主要對(duì)基層水平位移、樁頂沉降和周邊地表沉降情況進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)[6]，使用到的具體設(shè)備如表2 所示。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，這3 個(gè)項(xiàng)目的施工最大值分別是15.8、7.9 和12.47 mm，整體情況良好，均滿足工程控制值，證明了排樁內(nèi)支撐支護(hù)方案的合理性。

表2 監(jiān)測(cè)設(shè)備明細(xì)表

5 結(jié)語

綜上所述，基坑支護(hù)技術(shù)在房屋建設(shè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，直接影響建筑工程的整體質(zhì)量。對(duì)于復(fù)雜環(huán)境類工程需要做好材料設(shè)備與安全設(shè)施的管理工作，規(guī)范施工行為，強(qiáng)化過程控制。本文通過對(duì)某一實(shí)際工程的具體分析，梳理了復(fù)雜條件下方案設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的基本要素，施工技術(shù)著重強(qiáng)調(diào)鉆孔灌注樁、內(nèi)支撐施工和工程檢測(cè)3 方面，能夠?yàn)橥惞こ烫峁┯行⒖肌?/p>