高层建筑深基坑支护施工实例

2022-06-10杨永杰

中国建筑金属结构 2022年5期

杨永杰

0 引言

随着现代化社会发展趋势下，我国社会经济有了跨越式发展及实质化变革，其中高层建筑数量有了爆发式增长。但在具体高层建筑工程中，存在着诸多施工困难，如深基坑施工困难，地面条件不明，地面条件复杂等问题加大了施工风险。据此，本文针对高层建筑的深基坑支护施工提出相应的对策，旨在为我国相关工作人员提供理论指导与帮助。

1 工程概况

A 项目地处兰州市A 广场附近，项目占地约5 000m，地上建筑约50 000m，上部工程29 层，地下工程3 层，坑中坑设计，基础基坑开挖最深处约-16.8m。周边紧邻项目有市政主管道及通信光缆，东侧及西侧道路为城市核心区域主干道。受所处外围环境影响较大，做好深基坑的支护关系到项目的经济、安全、质量、工期、周边环境等多方面影响。

2 深基坑支护结构与类型及施工注意事项

2.1 常见深基坑支护结构及类型

2.1.1 钢板桩支护。在深基坑支护中，钢板桩是一种简单经济的支护方法，但必须指出，在软土地带，不能采用钢板桩支护，尤其是在7m 以上的软土上，要利用钢板桩的灵活性和锚杆体系，设置多层的锚杆和支护。

2.1.2 地下连续墙支护。目前，地下连续墙支护比较成熟，这种结构的整体刚性和防渗性都很好，可以减少对地面交通和环境的影响。建筑的地基必须有很好的稳定性和承载力，而地下连续墙最大的优势就是承重能力极强，可以满足地基的要求，保证地基的安全和稳定。

2.2 深基坑支护施工注意事项

2.2.1 设计阶段。在深基坑支护工程实施之前，其设计方案的合理与否将直接关系到其工程的顺利完成。一套工程的设计要科学合理，安全可靠，造价合理，技术上可行。在国内，由于深基坑开挖时间较长，随着社会和科学技术的进步，其支护技术也日趋成熟，但受地质条件和设计参数的影响，给其设计带来了一定的困难。在深基坑工程中，因不合理因素引起的安全事故占了相当大的比重。所以，要加强对特殊项目的审查，对与项目实际不符或者无法达到要求的项目，要对其进行修改，使之符合项目的实际。

2.2.2 施工阶段。在深基坑工程中，应按实际需要进行挖掘，以避免产生粉尘污染，例如采用分层开挖的方法，以保证地基清洁，防止产生粉尘，并控制开挖速度，并随时关注土方的挖掘状况，避免基坑出现问题。

（1）锚杆支护要点。锚杆支护可以提高支护工程的稳定性，采用承拉方法来产生一定的承载力，保证锚杆的强度，并确定锚杆的施工高度，选择合适的位置进行钻孔，并将砂石和水泥等材料灌注到锚杆中，保证整体的稳定，在进行杆件结构的安装时，必须依据安装条件进行张拉锚固，并依据锚杆参数来确定受力标准。

（2）支护桩的施工要点。在进行灌注桩时，应先平整支护桩周围的土石方，合理地控制平整量和平整范围，确保满足正常施工，平整完成后，根据现场情况安排施工，合理运用有关技术，保证钻孔灌注桩的质量，从而保证深基坑的安全。

（3）土体止水的控制。在对基坑周边土壤进行止水控制时，应采取堵漏、抽排水的措施，以免造成基坑周边的土壤和水体的损失。此外，在进行深基坑施工时，应着重考虑搅拌桩的成桩质量，以免引起深基坑的渗漏，应注意：①桩身质量要得到保证。采用合理的水泥配比，既能保证桩长满足设计要求，又能使桩身均匀地搅拌；②要确保桩身的长度，避免桩头开衩、蜂窝、空洞等问题；③不能在支护结构上随便开凿，否则会对支护结构带来安全隐患，同时也会对止水帷幕产生损坏，从而引起地下水的渗透。

3 高层建筑深基坑支护施工实例分析

3.1 土钉支护技术

施工工艺流程如图1 所述。

图1 土钉墙施工工艺流程

土钉墙采用从上到下、分段分层的施工方法，土方按设计和规范要求进行分层开挖，以确保工程施工中的边坡安全。在机械开挖后，采用人工修坡，其允许误差为±20 mm。可以按下列次序来建造土钉墙：

（1）平坡。用人工修整坡面，使其基本平整，并能满足设计尺寸的要求。

（2）放线。按照图纸上的规定，用钢尺测量孔并做好记号，孔位偏差不超过5cm。

（3）成孔。用机械成孔，孔径为120mm。对开孔处及角度误差进行严格的控制。钻孔的倾斜角度不超过3°。土钉的制作和安装，每1.5m 的土钉主筋配置一套Φ6.5 的锚固中心定位器。在形成孔洞后，将其放入孔洞。

土钉宜采用钻孔法，在施工中遇到困难时，可以用48 号钢管进行打桩，在钢管端部1/2 处，每隔150 mm 间隔设一个喷浆孔，每段2 个，错开排列，灌浆孔直径5 mm。钢管长度不满足施工要求，需要拼接时，应使用大一号的钢管作为加强接头在钢管拼接处进行加强，加强管的长度不小于5 倍钢管直径，拼接处进行焊接；加强接头也可做成变径接头，对两钢管起到承插作用进行拼接，拼接处进行焊接。

（4）注浆。用纯水泥浆或M20 水泥浆料，用搅拌器将注浆管充分搅拌，然后将注浆管插入孔底不少于40mm 处，由浆泵加压，将注浆管注入孔底部，然后慢慢抽出，直到浆液充分，然后再进行1～2 次的补充灌浆。在土钉完成后，将已编好的钢丝网与土钉连接在一起，以避免其变形。先焊接好井字形锚杆，再喷80mm 厚C20 混凝土，喷浆采用混合料，喷淋施工。在砂岩中不易形成钻孔的情况下，可以选用48 号钢管，其厚度为3.0mm，灌注0.5 水灰比水泥浆，注浆压力不低于0.6 MPa，注浆后应维持2min。

（5）锚喷。首先，喷射混凝土的配比要经过实验确定，最大粗集料直径不能超过12mm，水灰比为0.4～0.5，用于喷射的混凝土搅拌均匀，贮存期不得超过2h，并用外加剂调整预强期。网片的搭接长度不得少于300mm，与斜坡之间应有一定的间隙，防护层的厚度不得低于20mm，并与土钉（打入的钢筋）相结合。在使用干式施工时，必须对施工人员进行技术考核，确保其水泥比、质量符合设计要求；其次，在进行混凝土喷射之前，必须对机械设备，风，水管路及线路进行彻底的检查，并进行试验；最后，为了使喷出的混凝土厚度能满足设计要求，可以在边壁上每隔一段距离打入一根竖向短钢筋，以作为厚度标识。喷射混凝土的射距应控制在0.6～1.0m 以内，并与管壁垂直。在有钢筋的地方可以先在后面喷一遍，以防后面有孔洞。喷射混凝土工作应该分阶段进行，由下至上的进行喷射，每次喷射混凝土的厚度不能低于40mm。喷浆的路径可以由挖土层的底部逐步上升，但在基坑的钢筋网的长度范围内，不喷入混凝土，在与下层钢筋网连接处进行绑扎，然后在下一层墙体上喷入混凝土。水泥面层的接缝部位采用45°斜交。

3.2 预应力旋喷锚索施工

预应力旋喷锚索施工流程如下图2 所示。

图2 预应力旋喷锚索施工流程图

3.2.1 钻探

（1）锚孔定位。按锚杆施工图纸的要求，在斜坡上精确测量锚孔的位置，孔位的垂直偏差不应大于±50 mm。对于已有的斜坡面不平整或有特别困难的地段，应在保证斜坡稳定性和结构安全的基础上，需经设计监理单位认可，适当降低定位精度或调整锚杆的位置。在钻孔施工之前，要在现场开挖排水沟和回浆池，防止泥浆随意排出，从而影响工程的正常进行。

（2）钻孔方法和钻探设备。在选用钻孔方法和钻孔设备时，应依据地质条件和锚固层类型、锚孔直径、锚孔深度、施工场地情况等因素进行选择，当成孔方法确定以后，针对钻孔方法选择相应的钻孔设备，钻孔设备选择时考虑钻机零部件的装配精度、回转器的对中性、晃动量等参数，确保钻机的稳定性，还应考虑重点考虑地质条件，如果锚固孔需要穿透胶结不良的地层，钻进过程中容易发生掉块、卡钻情况，选择的钻机应有处理孔内故障的能力。水泥土旋喷锚索采用专用钻机成孔。如遇到较硬的土层，可采取冲击回转法（冲击回转钻机）。针对不同地质条件，根据钻孔方法和钻孔设备的不同特点，选用不同的钻孔方法和钻孔设备。

（3）钻进过程。在钻进期间，必须对各钻孔的地质条件、钻进状态（钻压、钻速、地下水等）进行现场记录。当出现塌孔、缩孔等不良钻进现象时，必须立即停止钻孔，可对其塌孔区域进行注浆固壁加固，并在不小于0.25 MPa 的注浆压力下进行注浆。针对锚孔的孔深孔径两项参数，必须保证钻孔孔径和孔深的要求不能低于设计值。为了保证锚孔的直径，在实际应用中必须选择合适的钻具，另外在钻进开始前，施工人员必须对钻孔的倾角、方位等参数完全清楚，在钻进过程中，每钻进5m，检测一下钻孔的倾角、走向、孔径等参数。此外，为了保证锚杆的深度，钻孔深度需在设计深度的基础上再钻进0.5 m以上。

（4）钻孔清除。钻孔进入设计深度后，不得立即停止钻孔，应稳定钻孔1～2min，防止孔底尖灭，无法满足设计孔径。钻孔孔壁上不得有沉淀物和水的淤积，必须进行彻底的清理，在钻孔结束后，按规定采用高压气压（0.2～0.4 MPa）将孔洞中的石粉和水排出，防止泥浆与孔壁岩土之间的结合强度下降。如果有压力水从锚孔中涌出，在水压和水量变小之前，可以下锚索和灌浆，并在适当位置布置排水孔。

3.2.2 锚索制作与安装

（1）锚索制作

①在编绳之前，首先对原材料进行检查，保证各钢绳或高强度钢丝的平直、无扭转、无叉形、排列整齐，并严格按设计尺寸下料，每条长度偏差不得超过50 mm。钢丝绳必须机械切削，禁止使用电弧，并经过除油、除锈等处理，对有死弯、机械损伤及锈坑的物料，均予以清除。钢绞线或高强度钢绳应按照设计要求排列，沿锚索轴线方向自由段每1.5～2.0m 设置一个隔离支架，锚固段每1.0～1.5m 设置一个隔离支架，并在锚固段两隔离支架之间中部设一道紧箍环，采用16 号铁丝绕制，不得少于两圈，保证锚索保护层厚度不小于20mm。锚索自由段应按设计要求采用塑料套管与锚固段相交处的塑料管管口应密封并用铅丝绑架。此外，还应根据设计要求进行防腐蚀。若采用压力分散型锚索或其他荷载分散型锚索，应严格按照设计相关要求下料和编制。

②锚索底部的导向帽的尺寸必须严格按照设计的要求进行，制造偏差为±5mm，安装位置偏差为±20mm。在采用二次补注的锚索装配时，应同时装放二次注浆管和止浆密封装置。止浆、注浆机构设置在锚杆与锚杆之间，并具有较好的密封性。采用密封袋作为止浆密封设备，并将封包的两端固定在锚索上。在采用高压劈裂注浆来增加岩层锚固力的情况下，应在二次注浆管锚固部分设置花洞，再进行装配和封堵。

③压力分散型锚索之锚固段钢质承载板与挤压套之间要求采用对拉栓接固定措施，所有暴露在外的钢质材料都要涂上防锈涂料。在锚杆和自由杆之间设置的拉索圈间隔为1m，最大不能大于1.5m。锚索的长度必须严格按设计要求制造，锚杆长度的制造允许偏差为±50 mm，而自由段的长度除了符合设计要求之外，还必须充分考虑张拉的设备和技术条件，通常会留出1.0～1.5m 的空隙。

④压力分散式预应力锚杆内的锚头是锚索最重要的受力元件，成型后要百分百地进行外观检查，并测量其规格尺寸，还需要在现场进行挤压取样，取样的样本数通常为1%～2%，且试验载荷不得低于200 KN；外锚的锚杆也要取样，取样量一般在3%～5%之间，符合有关技术指标。对于压力分散的锚索，为了便于区别张拉，每个单元的锚索都要有清晰的、可靠的标志。

锚索的自由部分必须严格按设计要求进行防腐和隔离。目前，锚索的防腐和隔离通常是先刷防锈漆，再涂脱水牛油，再用塑料套管。刷防锈漆应刷得均匀，无黑色，待干燥后再进行下一步处理。涂脱水黄油要求完全覆盖和填充锚索材料与外环层之间的空间。外套塑料管之内端，即自由段与锚固段分界处，应缠绕胶布进行固接和密封处理，以防浆液在灌浆过程中渗入。

（2）锚索安装

锚索放入锚孔之前，锚索、锚孔均需经过质检、监理共同验收。锚索安装一般根据现场实际情况，可以人工放索，也有用小型机械进行放索，使用机械放索，不仅提高工作效率，质量和安全均有保障。

3.2.3 浆体制备和注浆

（1）浆体制备

浆体的制备需要严格按照配合比进行，水泥、砂等材料计量称重要准确，确保配合比的准确，个别材料的加注顺序也有要求，如膨胀剂一般与水泥同时加入，而减水剂等添加剂则一般根据材料的说明书和配合比进行添加，一般后掺法较好。浆体搅拌要充分，搅拌好的浆体存放在储浆罐里，储浆罐中也应配备搅拌器，防止浆体发生沉淀。

（2）注浆

注浆前先检查管路是否顺畅，可用清水进行检测，也可以起到润湿管路的作用，避免先注入的浆体水分减少，导致流动性不足。准备工作完成后，可以进行注浆，注浆过程注意控制注浆速度，流量要平稳。同时还要注意，不能注入过多浆体，使内锚段的长度超过设计要求。内锚段的注浆长度可用电测法进行检测，作为控制注浆长度的方法。在拔注浆管时，应注意起拔速度和起拔量，起拔太快，容易将注浆管拔出浆面。