城市综合体工程深基坑支护选型及分析

2022-06-09菅继厚

四川水泥 2022年5期

菅继厚

（山西园区建设发展集团山西建设发展晋中有限公司，山西太原 030062）

0 引言

城市综合体的安全施工与基础质量和基坑支护选型关系极大，应结合城市综合体规划条件、地质条件及技术经济条件，掌握不同支护方式的特征，选取更为合理的支护方式，促进项目有序实施。深基坑支护施工过程中，安全施工既是重点，更是难点，应全方位做好基坑支护选型，确保基坑开挖可靠性及安全性。本文就城市综合体工程深基坑支护如何选型进行分析。

1 深基坑支护类型及其应用要点

深基坑主要是指实际开挖深度大于5m 或地下室3 层以上，或深度并未超过5m，但整个施工范围内地质条件和周围环境管线较为复杂的工程。基坑工程主要涵盖基坑支护体系设计与施工和土方开挖等。基坑支护主要为保证整个基坑开挖过程的安全、可靠[1]。支护形式的选取主要取决于基坑挖深、场地条件、周边环境（邻近既有建构筑物、市政道路、管线）、场地水文地质条件、项目工期要求等因素，应综合分析合理选取。

1.1 土钉墙支护

（1）概念。土钉墙支护主要是由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层，形成一个完整的、稳定的挡土结构，以抵抗墙后传来的土压力及其他作用力，保障深基坑开挖和边坡的稳定性。

（2）优点。基坑开挖过程中，可存在促使边坡保持直立的临界高度，但超过该深度或地面超载时，将会发生突发性破坏，土钉墙技术则是在土体内部放置相应长度和分布密度的土钉体，使其与土体共同作用，补充土体强度的不足，增强土体稳定性。土钉墙支护主要是合理利用土体自身承载力，有效实现支护作用。这种支护结构具有较佳的柔性，良好的抗震性能和延展性，同时施工较为便捷、速度较快，无须额外占用场地。

（3）施工技术要点。此类支护自身具备较强的挡土性能，施工方式以喷射水泥为主，开挖与钢筋网铺设工作需同步开展，逐步累积形成加筋重力式挡墙结构，如图1 所示。

施工过程中，应始终确保土钉自身可靠性、稳定性，结合实际状况，精准计算土钉强度及相关牵引力。依照施工规程要求，应开展相应的加载拉拔试验。基坑开挖方案、土钉墙支护方案的应用，需预先掌握和熟悉基坑周围的环境状况，对场地周边的排水、降低地下水位等进行监控，避免管线发生破裂及其他意外事故的发生。土钉墙按照设计要求完成设计之后，应做好验算工作，如土钉抗拉承载力验算、内外部稳定性验算、喷射混凝土面层验算。其中，土地抗拉承载力验算如下：

1.2 内支撑和锚杆

（1）概念。内支撑和锚杆作为深基坑重要支撑结构类型，具有刚度较佳，实际位移较小等优势，减小基坑发生形变的可能，提高其安全性及可靠性。在复杂的施工环境下，特别是各类特殊工程基坑，其整体深度较大，施工前并未做好充分勘察，未能掌握一手地质信息资料，具体施工存在一定的盲目性，导致施工现场发生墙体坍塌，一定程度影响了施工的可靠性和安全性。

（2）优点。一方面，内支撑作为支挡式挡土结构核心构成，要求其结构强度较高、稳定性较佳，支撑与挡土构件共同为基坑施工提供可靠、安全的结构空间。另一方面，锚杆支护将受拉杆件一段固定于实际稳定地层中，另一端与工程构筑物相衔接，用于承受土压力、水压力，进一步应用地层锚固力，保持构筑物或岩土体实际稳定性。在施工中，可用锚杆替代钢筋混凝土支撑，以节省钢材，改善施工条件，特别针对城市综合体而言，其更适用面积较大、支撑布设较难的基坑类型。

（3）施工技术要点。锚杆实际抗拔力可通过试验确定，确保其安全度。上述支护形式对深度较大的基坑，应用成效较佳，可有效规避墙体形变风险（见图2 所示）。

图2 锚杆支护原理图

锚杆极限抗拔承载力计算公式如下：

1.3 地下连续墙

（1）概念。地下连续墙通过使用专用机械工序，沿着开挖工程周围，在泥浆护壁周围实施挖掘作业，最终形成一定长度的沟槽，将预先制作完成的钢筋笼放置于槽段内，选取导管法完成水下混凝土浇筑工作，形成完整的单元墙段。地下连续墙按照成墙方式，可划分为排桩式、槽板式、组合式；按照墙用途可划分为防渗墙、临时挡土墙、永久挡土墙[3]。

（2）优点。此类支护方式具备较强的刚度，适用于多种地质条件，施工过程中产生的震动较小，不会引发严重的噪声污染，对周围工程结构和地下管线影响较小，可进一步控制沉降和位移，自身环保性能优良。

（3）施工技术要点。地下连续墙施工工序较多，包含导墙施工、泥浆制备、槽段开挖等，其中导墙施工质量最为关键，当下以现浇和预制类型为主，目前使用现场浇筑方式较多。导墙建议选用现浇混凝土结构，强度等级应不低于C20，厚度应超过200mm，选取双向配筋，间距应小于200mm。导墙实际允许偏差见表1。

表1 导墙允许偏差

1.4 柱列式灌注桩、排桩支护

（1）概念。柱列式间隔分布包含两种方式，即桩间存在一定距离布置形式、桩间相切密排布置方式。充分使用钢筋混凝土开展钻孔、挖孔等工作，将其灌注于整个桩内，具有经济性和便捷性的优势。排桩支护类似于多列柱列式并排，因此一并讨论。

（2）优点。将柱列式灌注桩作为实际挡土结构，整体施工材料量降低，施工操作较为简易，具有较佳的经济型。排桩支护可用于各类复杂地质条件，且施工操作较为便捷，自身刚度较大、抗弯能力较强、变形较小；施工过程无震动、噪声较小，对周围环境影响较小；工程桩为灌注桩时，可同步施工，有助于现场施工组织，施工周期较短。

（3）施工技术要点。柱列式灌注桩的桩间，需在桩顶浇筑较大界面钢筋混凝土帽梁，实现可靠性衔接。为避免地下水携带土体颗粒，从桩间空隙流入基坑内部，应在桩间或桩背同步实施高压注浆工作，布设深层搅拌桩，作为防水帷幕，如图3 所示。

图3 排桩支护形式

排桩以及类似的地下连续墙均作为悬臂式支护方式，其嵌固稳定性验算公式如下：

1.5 钢板桩支护

（1）概念。钢板桩支护主要是指深基坑中，由带有锁口或钳口的热轧型钢定制而成的钢板桩，将此类钢板柱有序衔接便形成钢板桩墙体。此种支护技术适用于超过5m 的工程。在施工过程中，会对环境造成一定程度的干扰。

（2）优点。此种支护方式操作便捷，经济性较好，因此应用较为广泛。

（3）施工技术要点。钢板桩支护，主要选用以带锁口热轧型钢材为主，粘合钢板，制作形成钢板墙，以获取优良的挡土防水效果。钢板桩施工主要包括钢板桩打设、桩孔处理、基坑开挖等流程。

为形成对基坑的有效支护，钢板桩应选择梯形截面，长度控制在6～9m，宽度为3m，支护施工之前应完成定位工作，利用打桩机确定第一个定位桩，选取热轧U 型钢板桩，定尺度超过6m,并严格按照0.5m 为最小单位进级，钢板桩支护施工周转长度一般按50～100m考虑，每根钢板桩实际使用寿命，可按照周转20 次考虑[5]。钢板桩支护见图4 所示。

图4 钢板桩支护

2 工程案例分析

2.1 工程概况

拟建项目位于某市区音西街道内，场地北侧为既有城市道路和原有体育馆和文化中心，南侧为规划路，西侧为既有城市道路，东侧为填土堆填区和空地，整体地形较为开阔，总体实际地势较为平缓。该项目主要是由1 栋31 层办公楼、3 栋29 层住宅楼和6 层商务会馆构成，场地布设两层整体地下室，实际总用地面积为52002.70m2，总建筑面积为249658.44m2，地下实际建筑面积为90400.00m2，拟建29～31 层建筑，对差异沉降敏感性较强，拟建6 层建筑对差异沉降敏感性一般。拟建现场自然地面标高为-0.40m，基坑大部分深度为9.6m,最深为16.22m,最浅为6.58m。拟建场地两层整体地下室，现有钻孔标高为13.58～23.97m，设计标高为16.40m，场地按照设计标高整平后，开挖深度约为7～10m。

2.2 深基坑支护选型分析

针对该项目而言，选择支护体系基本原则为安全、经济和便捷，支护体系作为临时构筑物，设计过程中不建议选取较大的安全系数，但适当的安全储备仍有必要。本基坑考虑周围实际条件，选择具有较高的可操作性、经济合理、水平位移小、且便于基坑开挖后续施工的支护措施。该建筑作为一栋城市综合体楼，基坑面积较大，地层具有一定的复杂性，南侧为规划路，西侧为福和大道，施工场地较为狭小，大型护坡使施工设备难以进场。综合考虑，土钉墙施工可实现开挖和支护同步，不会影响整个施工周期，且施工较为便捷，土钉的制作和成孔简易，机动性较强，有助于设计人员充分结合现场监测的变形数据和特殊状况，动态化做好变更设计，相较于其他支护类型，土钉墙成本较低，工程造价约降低10%～40%，所以最终选取土钉墙支护结构。