高层建筑基坑工程支护技术的探讨

2011-08-15冯浩

中国房地产业 2011年3期

关键词：土钉土体基坑

冯浩

（中铁二十五局集团柳州铁路工程有限公司，广西，柳州，545007）

高层建筑基坑工程支护技术的探讨

冯浩

（中铁二十五局集团柳州铁路工程有限公司，广西，柳州，545007）

随着我国社会的不断发展，经济的进步，城市基础设施建设规模越来越大。然而我国人口众多，可利用的土地不足，为了解决这些制约我国经济发展的问题，越来越多的高层建筑被建设，作为充分利用空间的基坑工程随之增加，这样基坑工程施工问题在经济上和技术上对整个建筑施工的影响越来越大。下面对高层建筑基坑工程支护技术进行探讨。

高层建筑；基坑工程；支护技术

随着我国经济社会的不断发展，城市化进程的不断加快，可利用的土地资源越来越少，加之我国人口基数大，这就更加剧了土地紧张。为了解决土地缺乏的问题，更加充分的利用每块土地，越来越多的高层建筑涌现出来，作为高层建筑建设中的一个重要环节，基坑支护显得越来越重要。尽管我国基坑工程出现比较晚，但是随着基坑支护技术越来越成熟，对基坑工程的要求也随之提高，也就带来了很多问题。确保后期建筑主体施工正常的重要措施是选择合理的基坑施工设计方案。所以，对基坑施工中可能出现的问题进行认真分析，并采取合理的措施对其进行控制，是特别重要的。

一、我国基坑工程施工的特点

1、基坑深度不断增加

为了方便使用，节省土地资源，满足城市管理的相关规定和人民防空的要求等，建筑不断向下发展。以前在大城市建1-2层地下室都很少见，中小型城市更是难得一见。现在地下建 3层以上在许多城市已经是很普通。所以，基坑开挖深度在10-16m之间，20m左右深度的也有很多。

2、工程地质条件越来越差

目前，我国高层建筑工程的地质条件越来越差，基坑周围的环境比较复杂，尤其在一些沿海经济开发区，地质条件差的建筑工程已经特别突出。通常，高层和超高层建筑多建设在建筑物密集、人口稠密的地方，并且和重要的市政公路相邻。一般情况下，高层建筑所在地块的旧有建筑结构陈旧，管线密密麻麻的分布在地上和地下。所以，开挖基坑不但要确保基坑本身的稳定，还不能对周围的建筑物、构筑物产生破坏影响。

3、基坑支护方法较多

目前，基坑支护的方法越来越多，如钢板桩支护、地下连续墙支护、土钉墙支护、拱圈支护、深层搅拌支护、排桩支护、锚杆或喷锚支护、混凝土灌注桩、人工挖孔桩、预制桩等，还有各种墙、桩、管、板、撑同锚杆联合支护。

4、基坑支护工程有很大事故隐患

基坑支护技术比较复杂，而且一旦基坑支护没有起到作用，附近的地下管线、房屋、道路等都可能会受到影响而产生开裂，引发工程纠纷，严重的产生很大的破坏，造成人员伤亡、巨大的经济损失。所以，在实际的工程实践中，对基坑支护结构进行科学的设计和处理，并采取合理、安全、有效的支护技术措施对确保基坑施工的质量是特别重要的。

二、基坑工程施工前期要求

在主体建筑地基的勘察阶段，要根据岩土工程条件，尽可能多的收集工程地质和水文地质的资料，调查工程地质情况，必要时可进行一定的额外勘察和室内试验，提出一些合适的基坑支护方案。要根据开挖深度及场地的岩土条件确定勘察范围，根据基坑支护结构设计要求确定基坑周边勘探点的深度。要测试岩土工程参数，包括土的常规物理试验指标、土的抗剪强度指标、土的渗透系数、特殊条件下的一些参数。进行沉降观察时，观测要符合国家相关技术规范和要求，测试多个水准基点，减少误差；对不同的施工阶段选择合理的观察周期，因为沉降变形受施工载荷影响较大；观察时要用相同的方法，同一仪器、设备，固定观测人员，并做好相关记录工作。

三、高层建筑基坑工程支护技术

1、钢板桩支护

钢板桩由带钳口或锁口的热轧型钢制成，钢板桩墙就是将这种钢板桩互相连接起来，钢板桩墙在挡水和挡土中被广泛应用。目前，直腹板型、Z型和U型是钢板桩常用的截面形式。由于施工工艺比较简单，钢板桩被广泛应用。由于钢板桩的施工会产生噪声振动，影响施工场地周围的环境，还可能使临近地基产生变形，所以在人口密度大、建筑物较多的地方会限制其使用。另外，钢板桩具有较大的柔性，如果锚拉或支撑系统没有设置恰当，就会有较大的变形产生，因此在深度大于7m的基坑支护中，不适宜采用。在地下室施工完成后，要将钢板桩拔出来，所以在使用钢板桩支护时，要将拔出过程对附近地表土和地基土的影响考虑进去。

2、地下连续墙支护

对地下水位以下的砂土和软粘土等多种地层条件和复杂的施工环境，特别是基坑底面以下有深层软土需要将墙体插入很深的情况下，地下连续墙比较适用，这是由于其具有良好的止水防渗能力，整体刚度比较大，因此地下连续墙支护在国内外的地下工程中被广泛使用。在深度大于 10m的基坑而且要求附近环境得到很好保护的工程中，在比较经济、技术后，大多采用这种技术。但是在坚硬土体中将地下连续墙开挖成槽是有很大难度的，特别是碰到岩层时，需要有专门的成槽工具，这就加大了施工费用。在施工中泥浆污染施工现场，场地很容易被破坏，使得道路脏乱。现在采用的逆作法施工能将两墙合一，也就是在施工中用作围护结构，而且还作为地下结构的外墙。

3、土钉墙支护

土钉墙支护，是用于开挖土体和稳定边坡的一种新的挡土技术，由于其可靠、经济、施工简便快速，在我国已经得到了快速推广和应用。土钉是用于对现场原位土体的进行加固的细长杆件，一般使用钻孔，放入变形钢筋并以沿孔全长注浆的方法制成，通过对其与土体之间的摩擦力或粘结力的依靠，在土体发生变形时对拉力被动进行承受。其支护体系由喷射混凝土面层、被加固的土体、密集的土钉群组成。土体强度由于其随挖随支的工艺特点得到了有效维持，还能减少土体的扰动。为了有一定时间进行土钉墙的施工，使用土钉支护要求土体具有临时的自我稳定能力，所以要限制土钉墙适用的地质条件。为了适应以淤泥及淤泥质土为主的软土带的地质条件特性，复合土钉墙支护技术也就是加筋泥土墙在沿海地区发展起来。在水泥土桩中将H型钢（钢管、拉森板桩等）插入组成了加筋水泥土墙。加筋水泥土墙具有良好的止水抗渗和挡土效果，这是由于H型钢能够承受侧向荷载，而水泥土具有很好的抗渗性能。H型钢和水泥土桩的组成形式通常有两种，而且将H型钢插到水泥土桩中，方便了设置支撑。

4、拱圈支护

拱圈分闭合拱和非闭合拱，椭拱、圆拱和二次曲线拱是拱圈的几种形式。拱圈挡土能承受水平方向的土压力，由于受压是拱内力的主要形式，具有很小的弯矩，混凝土抗压强度高的特性能被充分发挥出来，施工方便，缩短了工期。但是施工现场要适合布置拱圈，要符合圆环受力的构造特点，高度重视拱脚的稳定性，并采取一定的保护措施。

5、深层搅拌支护

深层搅拌支护就是以水泥为固化剂，通过机械搅拌，强制将软土剂和固化剂拌合，这样有一系列的物理化学反应会在软土剂和固化剂之间产生，然后逐渐硬化，具有稳定性、整体性和一定强度的水泥土挡墙就会形成。作为支护结构，其适用于粉土、粘土、淤泥、素填土、粉质粘土、淤泥质土等土层，基坑开挖深度不要比6m大。通过试验确定泥炭质土、有机质土的开挖深度。

6、排桩支护

排桩支护是挡土结构以柱列式间隔布置钢筋混凝土钻孔、挖孔灌注桩作为主的一种支护形式。桩与桩相切的密排布置形式和桩与桩之间具有一定净距的疏排布置形式柱列式间隔布置形式都属于柱列式间隔布置形式。作为挡土围护结构，柱列式灌注桩的刚度很好，但是需要依靠桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁来联系各桩。通过桩背或桩间的高压注浆，设置旋喷桩、搅拌桩，或专门在桩后构筑防水帷幕等措施，夹带土体颗粒的地下水从桩间孔隙流入或者渗入坑内。灌注桩能用人工挖孔或机械钻孔，不需要大型机械，施工比较简单，而且没有打入桩的震动、噪音和挤压周围土体带来的危害，与地下连续墙相比成本较低。

7、土层锚杆支护

土层锚杆简称土锚杆，它是在地面或深开挖的地下室墙面（桩、挡土墙或地下连续墙）或没有开挖的基坑立壁土层掏孔或钻孔，在设计深度达到一定程度后再将孔的端部扩大，形成柱状或其他形状，在孔内放入抗拉材料，如钢丝束、钢管、钢筋、钢绞线等，将化学浆液或水泥浆灌入，使之与土层进行结合，形成具有很强抗拉力的锚杆。其特点是：能和土体结合在一起，承受很大的拉力，为了形成稳定的结构，可以用高强度钢材，并施加一定的预应力，这样就能将建筑物的变形量进行有效控制；不需要大型机械，因为需要的钻孔孔径都比较小；能提供开阔的工作面方便地下工程施工；代替钢横撑作侧壁支护，这样就能节省大量钢材；经济效益明显，能够将大量劳动力节省下来，使工程进度加快。

四、施工质量和安全控制

1、施工准备阶段

首先，对施工地的水文地质状况和特点要熟悉，将建筑和周围环境的特点结合起来，设计出合理、经济的基坑支护方案。其次，施工前，工程人员要认真审核方案，明确设计意图，为掌握方案要及时与设计人员进行沟通。在组织施工时，各道工序、各个促成部分要协调有序。再次，业主方要了解基坑支护的重要性，设计支护方案时要选择有经验的设计单位。

2、施工阶段

一是基坑工程的施工。基坑工程包括很多环节，如挖土、挡土、围护、防水等，是一项庞杂的系统工程，任何一个环节有差错都可能使施工无法成功，甚至出现重大事故。施工单位要根据施工规范、按照经过批准的施工组织设计和相关的规程进行严格施工，在重要的施工点制定相应的措施，并做好过程控制工作。

二是控制地下水。基坑施工中有地下水存在的工程，工程的成败直接受到地下水控制的效果影响，很多事故，如边坡垮塌、地表沉降等会由于没有处理得到而发生。控制地下水可以分为集水明排、截水、降水和回灌，使用时可根据地址类型单独或组合应用。如果基坑和周围环境的安全受到了降水的影响，要采用回灌或截水的方法。如果基坑内由于截水有过多的水或水压过大，则在基坑内降水。如果基坑底部是不透水的，而且地下有承压水存在，就要检算基坑底涌水，必要时刻以采取一定的减压措施，如钻孔或封底。检算基坑涌水量时，要明确基坑是否是完整井，是否承压，根据不同的情况采用不同的计算公式，在实际工程中经常出现这类错误，要足够重视。