复杂环境下深基坑支护工程的施工方案优化

王争光

（中国铁工投资建设集团有限公司城市建设分公司，北京 100070）

0 引言

深基坑支护技术作为建筑工程项目施工的重要组成部分，可全面提升建筑工程项目的施工安全与施工稳定性[1]。随着城市建设进程的加快，城区建筑物以及地下室工程施工规模不断扩大，越来越多紧靠商业楼的地铁工程建设开通，为此需要采用高质量的基坑支护技术来保障建筑工程项目的施工安全[2]。通常情况下，基坑工程项目周边的地基土主要是由人工土层、粉土层以及黏土层构成，在对松散物构成的土层进行基层开挖期间，若未能保障基坑开挖的稳定性，一旦地下水埋深度较浅时，水压力将直接作用基坑围护结构，继而导致基坑的围护结构出现侧向变形问题[3]。在变形问题愈发强力时，极易出现管涌以及流砂等不良情况，大大增加基坑失稳风险发生概率。为了减少上述问题的发生，现场施工人员需要灵活采用深基坑支护技术对深基坑开挖作业进行安全处理，确保深基坑支护优化设计效果能够达到预期施工目标[4]。

1 案例工程

1.1 工程概况

A 工程项目位于交叉路口的西北角，为医院建筑的拓建工程。拟建地下三层，地上主楼二十层，裙楼四层。根据自然地坪进行计算，基坑设计深入在16.2m，预计土方量为74211m3。

1.2 周边环境

基坑的周边环境如表1 所示。

表1 基坑周边环境

1.3 工程水文地质条件

1.3.1 地形地貌条件

根据地质勘察报告可知，案例工程建筑物的产地位于太行山的东麓，华北冲洪积平原西部，案例工程施工现场地形相对平坦。案例工程项目位于某市区的交叉路口的西北角，周围施工环境相对复杂，施工地质条件相对良好，地理位置相对优越。

1.3.2 水文气象条件

案例工程施工区域位于大陆性季风气候区域，四季鲜明。春季典型的气候特点为春季干燥多风，夏季典型的气候特点为热多雨，秋季典型的气候特点为严重的雾霾，冬季典型的气候特点为寒冷干燥。案例工程2000—2019 年水文气象情况如表2 所示。

表2 水文气象情况

1.3.3 地层岩性分析

根据钻孔及静力触探报告可知，案例工程施工现场的地层主要是由第四纪新近沉积淤泥质土、粉土、黏性土、沙土等构成。具体情况见表3。

表3 地层岩性分析

1.4 应用公式

土压力是深基坑支挡构件设计过程中需要深入考虑的荷载性因素，因此需要开展主动土压力以及被动压力的计算工作，如公式（1）所示。

主动土压力强度计算如公式（1）所示。

式中：Eab代表的是主动压力，单位用kN 表示；q代表的比例系数；y代表的土体重度，单位用kN/m3表示；h代表桩的长度，单位用m 表示；Ka代表的是主动压力系数，c代表的土体黏聚力，单位用MPa 表示。

2 案例工程深基坑支护施工方案

2.1 护坡桩施工方案

2.1.1 工艺概述

案例工程在施工过程中，所应用的灌注桩计划主要采用旋挖式钻机械成功工艺。该成孔施工工艺主要是利用套筒式钻头下部的斗齿向下放切削土地，同时将土地压入套筒容器之内，借助自动伸缩钻杆将钻头提起，同时将其中的土地倾倒出来，循环往复后完成施工。该施工可大大提升桩身本身的承载力，所产生的噪声相对较小，对环境污染程度相对较低，也能大大减少泥浆的消耗量。

2.1.2 具体施工方案

护坡桩深基坑支护方案的实施能够保障建筑工程的施工质量，确保施工人员的生命安全。第一，案例工程应用的护坡桩为就地成孔成桩的混凝土灌注桩，钢筋保护层的厚度设置在50mm，护坡桩桩顶需要深入冠梁60mm。第二，工作人员需要根据施工要求进行定位放线与桩位测定，根据地质勘察报告与实际地质情况进行成孔作业，同时进行成孔深度、孔径、沉渣厚度等检查工作，在成孔完成后对桩孔进行清理，钻头的转速应大于8r/min。第三，钢筋笼吊放过程中，需要设置2 个起吊点，派遣专人在孔口控制钢筋笼下放的垂直程度，实现钢筋笼的缓慢下放。第四，在混凝土导管安装过程中，为了确保混凝土能够顺利注入指定位置，混凝土导管需要与钢筋笼保持距离，壁厚设置在3mm 以上，所应用导管直径则需要在300mm 以上。同时导管安放期间，需要在各项检查无异常情况后，将导管向上提起400mm。第五，混凝土浇筑施工期间，施工人员需要在商品混凝土到达现场浇筑前，对混凝土的出场合格证明、入模温度等项目进行检查，为了确保灌装混凝土满足施工要求，混凝土坍落度在175mm～240mm，为了确保混凝土能够顺利凝结硬化，入模的温度则需要超过5℃。第一次浇筑时，导管埋置深度需要控制在1.5m 以上。连续进行混凝土浇筑时，施工人员需要缓慢上提导管，导管入口则需要埋置在混凝土表面2m 以上，严令禁止出现将导管提出混凝土面的情况。

2.1.3 施工质量检验标准

2.1.3.1 混凝土灌注桩质量检验标准

深基坑支护工程中，混凝土灌注质量检验标准如下。第一，对混凝土灌注桩的桩位偏差质量检验是采取量桩中心点的检查方法，允许偏差值为50mm。第二，对混凝土灌注桩孔深的质量检验，是通过测量钻杆深度进行检验，允许偏差值为300mm。第三，对混凝土灌注桩垂直度的质量检验，是利用吊锤球进行检查，允许偏差为1%以内。第四，对混凝土灌注桩桩直径的质量检验，是利用钢尺测量方法进行检查，允许值为-20mm。第五，对混凝土灌注桩混凝土坍落度检验，是利用坍落度仪进行检查，允许偏差为70mm～100mm。第六，对混凝土灌注桩桩顶标高质量检验，是利用水准仪进行检查，允许偏差为+30mm/-50mm。

2.1.3.2 钢筋笼的质量检验标准

深基坑支护工程中，钢筋笼的质量检验标准如下：第一，对钢筋笼主筋间距的质量检验是利用钢尺进行测量，主筋间距的允许偏差值为±10mm。第二，对钢筋笼长度的质量检验是利用钢尺进行测量，长度的允许偏差值为±100mm。第三，对钢筋笼的钢筋材质通过抽样送检进行质量检验，确保送检结果能够满足项目设计要求。第四，对钢筋笼箍筋间距的质量检验是利用钢尺进行测量，箍筋间距的允许偏差值为±20mm。第五，对钢筋笼直径的质量检验是利用钢尺进行测量，直径的允许偏差值为±20mm。

2.2 土钉墙施工方案

2.2.1 具体施工方案

土钉墙施工过程中高效率土钉墙施工作业的开展，可确保深基坑支护质量，为此需要按照具体施工方案开展施工作业：第一，放坡开挖过程中，需要遵循自上而下开挖放坡原则，同时需要开展分层开挖活动，每层开挖至距土钉施工位置500mm 时便可停止，以便于土钉掏孔插筋等施工。为了确保边坡的稳定，开挖深度以及开挖程度不易过深过长[5]。第二，土钉安装期间，为了确保土钉能够位于中心位置，需要利用支架将土钉支撑起来，在将土钉插入孔洞时，需要缓慢进行放置。第三，水泥注浆过程中，施工人员需要选用强度不低于32.5 的矿渣水泥，水灰比例控制在0.5 ∶1，水泥搅拌时间需要控制在2min 以上。注浆期间，需要将注浆管深入孔内，在距离0.5m 孔底时进行混凝土注浆，注浆压力值需要控制在0.5MPa 以上。在水泥注浆完成后需要将孔口堵死，有效避免水泥浆流出。第四，外挂钢筋网过程中，钢筋网的上下搭接长度控制在350mm 以上，从地表向下1m 处固定一排短钢筋接头，钢筋与钢筋之间利用Φ16mm 的钢筋焊接起来，继而确保整个钢筋网的整体性。第五，土钉加强筋施工期间，需要将所有相邻的土钉末端利用Φ16mm 的钢筋进行焊接，将钢筋网压住，在加强筋的作用下，将钢筋网与土钉焊接成一个整体[6]。第六，在喷射混凝土面层时，需要采取强度高于32.5 的矿渣水泥构成采喷射混凝土。在施工过程中，施工人员需要控制喷射的角度与距离，最大程度减少污染浪费问题的发生。

2.2.2 施工质量检验标准

深基坑支护工程中，混凝土灌注质量检验标准如下。第一，在进行土钉墙钻孔倾斜度质量检查时，需要利用侧钻机倾角测量，允许偏差为±1°。第二，在进行土钉墙墙体强度质量检查时，需要采取试样送检检测方法，只有强度需要达到设计要求，方为合格。第三，在进行土钉墙面层厚度质量检查时，采取钢制测量检查方法，允许偏差为±10mm。

2.3 锚杆施工方案

案例工程项目在深基坑支护工程中，锚杆施工方案施工质量安全关乎整个项目的施工安全性，为此需要严格遵循锚杆施工方案要求开展施工作业：第一，案例工程桩在进行土方开挖过程中，需要经过建设单位的现场有效协调，而在锚杆施工前，需要挖土到锚杆500mm 以下的位置，进而方便施工人员进行施工。同时施工人员在钻孔作业中，需要选取高压旋喷锚工艺进行成孔作业，在成孔后对孔壁上的浮土、泥垢借助高压气流进行清流，确保锚杆成孔中的水泥浆体以及杆件能够有效结合。第二，在锚杆作业施工，设置的锚杆水平间距为1.5m，竖向间距为3.5m，入射角设置为15°，锚杆杆件的原材料主要是由高强钢筋加工而成，在进行加工制作过程中，需要对已经进程的材料进行抽样检验，确保所有施工材料质量合格证书文件齐全，方可进行投入施工现场应用。同时在进行锚杆杆体安装过程中，需要将注浆管深入距离孔底500mm 至1000mm的区域，同时注浆管需要与锚杆沿着孔洞的中心线缓缓插入孔洞中，而在孔洞插入过程中，在遭遇到阻力无法顺利进入时，施工人员则需要提起锚杆来调整方向进行试探性的插入。在调整处理过程中仍旧无法插入孔洞时，则需要将锚杆拉出土地，对孔洞重新进行处理。第三，锚杆本身的有效锚固程度对锚杆的整体锚固力有的极大的影响，而注浆质量则对锚杆质量以及锚固力有影响。案例工程锚杆注浆施工主要分为两个阶段，第一阶段是利用常压进行注浆，直至水泥浆留出孔洞方可结束，第二阶段是带压注浆结束后一小时方可进行后压注浆，确保锚固段区域的水泥砂以及孔壁在压力作用下能够紧密黏结在一起，全面提升锚杆本身的锚固力，带压注浆的压力需要控制在1.8MPa 以上且第二次注浆需要确保水泥浆是自然溢出锚杆孔洞的。第四，在进行预应力锚杆张拉前需要对所应用的张拉设备进行检查，同时需要检查锚固段锚固体强度达到15MPa 以上，方可开展张拉工作。在进行预应力锚杆张拉过程中采取错开张拉形式，即隔一个锚杆张拉另一个锚杆，避免锚杆出现相互影响的情况。同时锚杆张拉加载速度每分钟不能小于0.1 锚杆轴向拉力标准值，而所设计的张拉应力需要超过设计要求施加预应力值的5%，并进行锚固锁定。

2.4 双排桩支护方案

双排桩支护方法的应用，能够有效规避低下连续墙所带来的制约，受周围地质环境影响水平相对较低，施工相对便捷，因此对案例工程主体结构施工进度影响并不高，因此可借助双排桩支护方法来优化深基坑支护过程，第一，双排桩支护技术适用于降水以及截水帷幕的基坑区域，案例工程项目的基坑南侧有地下建筑物，周边施工环境相对复杂，因此并不具备利用锚杆施工的条件。第二，施工人员可采取围护桩于一体的双排桩形式，充分利用周围建筑物围护桩的二次利用水平，继而降低工程建造成本，满足社会发展进程[7]。第三，根据双排桩结构结算方法可知，案例工程前排桩受力的主动土压力2124.3kN，被动土压力为1482.4kN，后排桩受力的主动土压力为749.6kN，被动土压力为17943.4kN，结合实际情况避免出现倾覆的情况。

2.5 案例工程研究结论

案例工程表明，在复杂环境下开展深基坑支护工程，需要对工程项目的地质构造、地形地貌、水文气象等资料进行分析确定深基坑的开挖深度，以此为基础制定案例工程项目的基坑支护施工方案，在确保施工安全性的前提下灵活选用护坡桩施工方案、土钉墙施工方案、锚杆施工方案以及双排桩支护方案，可大大降低建筑工程项目的施工风险，提升项目的施工质量。

3 结语

简而言之，在进行建筑工程项目施工过程中，需要采用行之有效的深基坑支护技术来提升建筑工程项目的施工质量。为此需要根据工程施工气候条件与地质情况，充分利用人力资源与物力资源对深基坑支护工程施工方案进行优化，继而延长建筑工程项目的应用寿命，保障人民生命安全。同时需要找到基础工程项目中存在的不足之处，对其采取针对性的管理措施，在建筑工程项目施工过程中，需要关注深基坑支护技术，不断优化支护技术，降低基坑变形概率，继而有效延长建筑工程项目的使用寿命。