浅析建筑施工过程中深基坑支护技术的应用

2021-08-06牛新会

建筑施工 2021年3期

牛新会

陕西建工基础建设集团有限公司陕西西安 710016

1 深基坑支护技术特点

深基坑工程是集岩土工程、材料工程、结构工程等于一体的系统工程，也是涉及综合勘探、土方开挖、支护、降水、基坑监测和信息化管理等的系统工程。深基坑工程包括挡土、支护、降水、土方开挖等4个紧密相连的环节，所有工序必须合理才能保证基坑工程安全可靠，这说明深基坑工程虽然是临时性工程，但是具有较大的风险性，在施工过程中必须合理分工、操作得当。

2 深基坑支护技术常见类型

2.1 混凝土灌注桩支护结构

随着工程建设领域技术的不断发展，大型深基坑越来越多，采用大直径混凝土灌注桩作为支护桩已成为行业内的普遍现象。钻孔灌注桩一般采用机械成孔，明挖基坑中多采用螺旋钻机、冲击式钻机和正反循环钻机等施工工艺。一般而言，在深基坑支护工程的施工中，都会根据实际施工情况来选择合适的支护技术。混凝土灌注桩是一种十分常见的支护技术，其施工工艺比较简单，且成桩率较高。如果基坑不受环境限制且含水较多，可将灌注桩结构与止水帷幕结合使用，施工过程中要注意止水帷幕的施工质量。

2.2 SMW工法桩支护结构

从20世纪80年代起，国内相继研制成功了多轴式SMW工法连续墙钻孔机、四轴深层搅拌机、大深度大扭矩四轴深层搅拌机等施工机械。SMW工法桩施工时利用搅拌设备就地切削土体，然后注入水泥类混合液搅拌均匀，形成水泥土搅拌墙，最后在墙中插入型钢，即形成一道具有一定强度和刚度、连续完整、无接缝的地下墙体。型钢水泥土搅拌墙中三轴水泥土搅拌桩的直径宜采用650、850、1 000 mm，型钢水泥土搅拌墙中型钢的间距和平面布置形式应根据计算确定。试验研究表明，SMW工法桩在不同土层中的使用效果也不相同。SMW工法桩支护结构具有施工方便、挡水性强、不扰动邻近土体、施工时间短、造价成本低等特点[1]，有着十分广阔的应用前景。

2.3 钢板桩支护结构

钢板桩支护结构是一种常用的比较普遍的支护类型，具有强度高、各桩之间联系紧密、隔水效果好、施工灵活、可重复使用等优点。钢板桩支护结构工艺要求低，施工操作简单，钢材都是成品制作，一方面提高了施工效率，另一方面增加了施工作业面。钢板桩支护结构也存在缺点：首先，钢板桩在打进土层时有挤土现象，而拔出时则又会扰动土层，造成板桩和土层之间形成空隙，严重影响支护效果及周边环境；其次，受钢板长度的限制，开挖深度也受到影响，一般为7～8 m。综上所述，钢板桩在实际工程中的应用存在着一定的使用范围。

3 深基坑支护技术施工要点

3.1 理解深基坑支护的重要性

深基坑支护工程属于危大工程（危险性较大的分部分项工程），虽然是一种临时性支撑体系，但施工难度和施工精度要求均较高。因此，企业应当有自己的安全、质量管理体系和机制，并对现场管理人员进行思想教育，树立重安全、保质量的理念。在常见的容易出现事故的施工区域应设置警示标志及相应的防护设备，一旦出现险情，立即采取有效措施，保证人员安全，并最大限度降低工程损失。深基坑的降水和排水措施也尤为重要，应严格按照设计图纸进行施工，保证工程基坑安全。另外，企业还要有应急预案，在暴雨或受不可抗力影响的情况下，能够保证基坑稳定[2]。

3.2 加强深基坑工程施工监测

在深基坑支护施工过程中，加强施工监测对于保障深基坑工程安全、质量很有必要，同时也要求相关的监测人员必须严谨地开展深基坑监测工作。监测单位在进行基坑工程施工前，应先编制监控测量方案，严格按照监测方案进行监测，并将所监测到的数据记录在档，及时分析监测数据变化对基坑的影响程度，用信息化手段去解决深基坑施工过程中存在的问题，做到动态监测、动态控制，保证基坑稳定。

3.3 加强深基坑工程施工管理

在深基坑施工前，项目技术负责人要对管理人员进行安全技术交底，确保每一位管理人员都清楚施工技术重、难点，对在基坑支护过程中可能存在的问题和突发情况有所准备。根据笔者从事项目管理工作的经验来看，在深基坑工程施工过程中所发生的安全事故，很大一部分并不是由于技术操作不规范引起的，而是因为项目管理者在施工管理中麻痹大意，全局统筹不到位。为规避这些风险，在进行深基坑支护施工时，要注意提升施工管理水平和技术操作能力，以保证施工人员的生命安全和工程质量。

4 深基坑支护技术在实际工程中的应用

4.1 工程概况

锦业时代C区D5大道工程项目位于西安市高新区锦业路，北侧毗邻绿地缤纷汇，东侧紧邻迈克商业中心及君悦大酒店，西侧为锦业时代一期、二期住宅及商业区。总占地面积为155 870.55 m2，其中地上建筑面积103 744.62 m2；地下面积52 125.93 m2。该工程建筑高度272 m，建筑层数49层，主体结构形式采用钢筋混凝土核心筒加外框筒钢结构。该基坑拟开挖深度15.72 m，现场如图1所示。经勘探，该项目土层为杂填土、粉质黏土和砂砾土，地下水位埋深为13.2～15.3 m，且地处高新区繁华地段，施工条件比较苛刻，尤其是基准线以下工程施工，更加困难。

图1 基坑现场

4.2 支护方案

根据工程地质和水文地质条件及基坑深度，结合周围环境、施工条件等情况，通过在技术经济、环境影响等方面的综合比选，最终选用混凝土灌注桩结合预应力旋喷锚索结构进行支护施工。

支护结构在基坑北侧、东侧、南侧采用直径800 mm混凝土灌注桩与预应力旋喷锚索联合支护，基坑西侧有二期地下车库，无法施工锚索，采用直径1 000 mm双排桩进行支护。

4.3 施工工艺

4.3.1 成孔方法比选

1）冲击钻机：用卷扬机带动一定质量的冲击钻头，在一定的高度内周期性地作自由落体运动，冲击破碎岩层或冲挤土层形成桩孔，再用泥浆循环或捞渣筒等方法将岩屑钻渣排出。此方法适用于黄土、粉质黏土、岩层等均匀地层中，在不均匀地层中易形成斜孔。

2）人工挖孔：桩孔采用人工挖掘的方法进行成孔，然后安放钢筋笼，浇筑混凝土，形成桩体。为确保人工挖孔桩施工过程中的安全，施工时必须预防孔壁坍塌和流砂现象，制定合理的护壁措施。护壁方法可以采用现浇混凝土护壁、喷射混凝土护壁、砖砌体护壁、沉井护壁、钢套管护壁、型钢或木板桩工具式护壁等多种。人工挖孔桩施工效率低，且在地下水位较高处须采取降水措施。

3）旋挖钻机：在泥浆护壁的条件下，旋挖钻机上的转盘或动力头带动可伸缩式钻杆和钻杆底部的钻头旋转，用钻斗底端和侧面开口上的切削刀具切削岩土，同时切削下来的岩土从开口处进人钻斗内。待钻斗装满钻屑后，通过伸缩钻杆把钻头提到孔口，自动开底卸土，再把钻斗下到孔底继续钻进。如此反复，直至钻到设计孔深。该方法在砂砾土层中易产生沉渣厚度大、坍孔严重、混凝土超灌等问题，成桩质量不易控制。

4）反循环钻机：钻机工作时，旋转盘带动钻杆端部的钻头切削破碎孔内岩土，冲洗液从钻杆与孔壁间的环状间隙中流入孔底，冷却钻头并携带被切削下来的岩土钻渣，由钻杆内腔返回地面，与此同时，冲洗液又返回孔内形成循环。由于钻杆内腔较井孔直径小得多，所以钻杆内泥水上升速度较正循环快得多。该工艺产生较多泥浆，对环境污染较大，施工效率较低。

5）长螺旋后插筋：利用长螺旋钻机钻孔至设计深度，在提钻的同时利用混凝土泵通过钻杆中心通道，以一定的压力将混凝土压至桩孔中，混凝土灌注到设定标高后，再借助钢筋笼自重或专用振动设备将钢筋笼插入混凝土中。该方法可防止在砂砾土层中施工时的断桩、颈缩、坍孔等通病，保证施工质量，同时具有穿砂砾土层能力强、施工效率高、噪声低、不需要泥浆护壁、施工现场干净文明、综合效益高等优势。

本工程场地内由于砂砾土层厚度较大且地层分布不均匀，地下水位较高，故采用长螺旋后插筋工艺施工。

4.3.2 施工难点及解决措施

基坑西侧双排桩桩位以下为原锦业时代一期和二期基坑开挖外放和坡道回填区域，深度约12 m，以混凝土、砖渣碎块、灰渣等建筑垃圾和黏性土为主，混凝土块粒径0.3～1.5 m，个别粒径达到2.0 m，且压实度低，孔隙率较大，长螺旋钻机成孔困难，成桩质量难以保证，而采用其他施工工艺也难以满足工程质量及工期要求。

经过综合分析，决定采用旋挖钻机和长螺旋后插筋相结合的施工方法。先用旋挖钻机成孔，成孔直径1 000 mm，深度至穿透杂填土层为止，然后用粉质黏土分层夯实回填至孔口，再用长螺旋后插筋工艺成桩，成功解决了深厚杂填土中混凝土灌注桩施工困难的问题。