某房屋建筑工程深基坑支护技术应用研究

丘启木

0 引言

现阶段城市建设日新月异，城市地下空间的利用越来越受重视。而一些工程项目的施工经常会在楼房、小区或土质条件较差的地方进行，因此，其深基坑工程建设对周边小区、地下管道等有着重要影响。如何在地下空间项目施工中安全有效地保护好基坑周围的楼体和地下管道设施，以及怎样才能保障地下空间项目安全顺利建设，是当前城市岩土工程中常常遇到的棘手问题。因此文章以带有三层地下室的某房屋建筑工程作为研究对象，来探讨深基坑支护技术的应用。

1 基坑支护概述

1.1 基坑概念

基坑是在施工前期，按基底标高和基础平面尺寸，在所建楼房的设计位置所开挖的土坑。属于临时工程，开挖的前期工作要详细了解基础位置的地质结构、地下水位等相关情况，以及所建项目周边的建设情况，如楼房、小区、厂房等。在设计建设方案时，尤其要对当地的地下管道工程设计好相应的保护措施

1.2 基坑支护概念

基坑支护就是对基坑周围环境和基坑侧壁进行支挡、加固、保护，以确保地下室建设及基坑周围环境的安全。主要有放坡开挖、土钉墙、复合钉墙、拉森钢桩、灌注桩+索锚（砼内支撑）、重力式水泥土挡墙、地下连续墙、WMW 工法等，施工时，需结合基坑周边环境与基坑位置的地质结构选择适合的基坑支护技术本文主要采用灌注桩（砼内支撑）支护技术。

1.3 灌注桩+锚索（砼内支撑）优劣势

（1）优势：墙体硬度强度都很大，不易变形，稳定性能较高，支护效果较佳，根据地质结构和设计数据，对于成孔设备可采用人工挖孔、钻孔灌注桩、旋挖灌注桩等。

（2）劣势：成本较大，耗费工时多。桩与桩之间容易产生水土流失现象。尤其高水位砂层地区的施工,要根据施工项目的具体情况采取注浆、普通水泥搅拌桩、大直径搓拌桩等方法来应对、预防水土流失。

（3）适用范围：在土质条件欠佳的区域、基坑深度在8～20m 之间；2 层或2 层以上地下室的建筑，在其使用支护设计的基坑中，利用锚索控制变形的情况

2 某商业住宅小区房屋建筑工程基本概况

2.1 项目概况

某商业住宅小区位于南方D 市，房屋建筑项目占地1.54 万m，共2 栋楼，一栋楼高20 层，另一栋楼高35 层，其中1、2、3层为裙房建筑，建筑主体高度140.15m，基坑13.85m，主楼段深15.00m，基坑周长502.38m。

2.2 周边环境

开挖位置周边环境：在距离红线3.8m 的地方开始施工，基坑西面分别是3 层高、12 层高的两栋学生宿舍，与前者之间的距离是23m，与后者之间的距离是13.8m，自距红线7.8m 处开挖，北面为拆迁之后的空地，自距红线3.9m 处开挖，未修完的规划道路在其东面，在距离红线4.8m 的地方开挖。开挖施工位置处附近地下有很多不同管道，南侧的管道主要为：电信、供水、消防等管道；东侧主要有排雨水、排污水、以及电力等管道；西侧距开挖线11.8m，并有一幢带有一层地下室（深度6m）学生宿舍楼建筑。

2.3 地质状况

该深基坑支护场地高程大概为496.3～497.3m 之间，地表的高差接近1m（实际0.97m），比较平坦地层具体岩土布局为：（1）厚度大概为0.3～4.6m，之间为杂填土：大多是工地垃圾；（2）厚度大概0.4～3.0m，之间为素填土：大多是黏性土，掺杂着一些根茎、砖石、碎瓦片；（3）厚度大概1.5～6.4m，之间为粉质黏土，类似于硬塑；（4）厚度大概为0.3～5m之间为粉质土壤，排列紧密；（5）厚度大概为0.2～3.0m 之间为细砂，质地疏松，存在于卵石层当中或者分布在卵石层顶部；（6）地表是粒径大概为40～80mm 的椭圆形鹅卵石。以风化的石英岩、石灰岩，花岗石等为主，其中有55%～75%均为骨架颗粒，较大的颗粒超过20cm；按密度稀疏主要分为松散、稍密、中密、紧密这四大亚层，在这四大亚层中，还包含着不规则的细纱透明体；（7）地下含水层，主要由细砂、卵石等构成，它们的渗透系数达到了15m/天，其主要水源来源于两部分，一部分是自然降雨，另一部分来源于地下或者地表渗透过来的水。

2.4 工程中的难、重点

本工程施工难点、重点主要表现在以下几个方面：

（1）整个基坑的深度挖深为13.5m，主体基坑挖深的深度为15.0m；（2）该工程位于市中心的繁华路段，一旦出现质量问题，对社会的影响非常严重；（3）周围环境：北侧及西侧离楼房较近，且许多现有管线埋于附近地下，若基坑发生变形，将会对环境造成影响；（4）有道路工程正在其东侧施工，将对基坑振动负载产生较为严重的影响。同时，现场有最厚可达3.0m 的地下砂层，在砂层的上方有厚度4～8m 略带膨胀性的黏土，因此，在开展建筑作业时，要处理好坡顶的积水问题，预防地表水下渗的发生；（5）卵石混黏性土位于黏土层下部大概 3～5m 位置处，一旦发生卡钻现象，将会让锚索施工无法实施；（6）建筑主体的基坑挖深为15.0m，其集水坑、电梯井深接近20m（实际为19.52m），而在深度大概16.0～17.0m位置处还存在一个隔水层，该隔水层主要由砂粒黏性土层构成，使得基坑不容易渗水；（7）通过将与主楼有关的设计结构、勘察报告相结合，来对基底荷载进行评估，发现其持力层所承受的荷载力特征值根本达不到相关建筑设计要求，须对地基实施相应的处理，因而，在整体房屋建筑设计时，支护结构的稳定性所产生的相关影响，也应在地基的实际处理过程中予以重点考虑。

3 支护设计

3.1 依据深基坑支护技术要求进行设计

在本项目设计过程中，要确保深基坑围护结构的安全性，可操作性，同时，要保证周边现有设施正常运行，保证对周围环境没有任何影响，因此，经过对各种方案做比较，选择桩+预应力锚索方案，以管井降水方式控制地下水。其设计依据为《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012），再通过借助软件 F-SPW7.0 完成相关计算。基坑支护主要参数具体如表1。

表1 基坑支护基本参数明细表

说明：基坑属于一级安全等级，侧壁重要性是1.1，抗倾覆系数超过1.25。

3.2 支护方案设计流程

支护方案设计具体流程如图1。

图1 支护方案设计具体流程

3.3 支护结构设计

（1）1-1 剖面：排桩具体参数为：Ф1 200mm，长度为19 500mm，排桩相互之间距离为2 500mm，嵌固为6 000mm，排桩之间预应力锚索设置两排，一排长度为20m，另一排长度为16.5m。

（2）2-2 剖面：因附近有楼房建筑，楼房建筑物下面有地下室，容易发生变形情况，因此，此建筑的基坑支护须使用双排桩加上预应力锚索，排距为2 500mm，排桩间距、长度、直径、以及嵌固段均与1-1 剖面相同，设置预应力锚索一排，其长度为14 000mm。

通过计算可以知道桩顶最大位移为24.90mm，关于桩身最高弯矩每米大约为1 290kN 。抗倾覆系数为1.317，符合大于1.25系数的相关要求。

3.4 降水

为解决排水问题，需要设立Ф600mm，深度27.5m 的降水井20 个，井与井之间的距离25.0m，在井与井之间安装Ф300mm 的管道。

4 支护施工

4.1 护壁桩

护壁桩选择旋挖钻成孔。详细操作流程为：开始施工→对钻机进场通道和作业平台进行设置，用放线的方式定位桩孔→制作泥浆池、泥浆及钢筋笼→钻机就位开孔安装钢护筒→注入泥浆，钻孔排渣，直至成孔→吊放钢筋笼，浇混凝土导管插入→水下浇混凝土→拔出导管→截桩头，绑扎钢筋骨架→冠梁浇混凝土。

4.2 预应力锚索

HM90 型锚固钻机为锚索成孔所用的机器，需根据相关要求设计孔径与孔深，其控制具体工艺为：放样定孔位→安装钻机→钻孔→验孔→锚索注浆→张拉锁定及补张拉。

首先，锚索固钻机孔径为150mm，开钻前将孔位与角度调整精准，孔位误差要控制在±50mm。在完成设计深度的钻孔工作后，进行安装锚索前，使用高压风重新清孔一次，并查验锚索编号，以确保锚索号和孔号相匹配，并将注浆管随锚索一起安装到孔底，再向上拔大概200mm，使其畅通性得到保障。接着在进行锚索注浆时，为了保证砂浆的饱满性和充实度，锚索注浆须达到M30 强度，水泥砂浆的水灰比例要为0.4：0.5，且以0.3～0.5MPa 的压力进行注浆。

其次，在千斤顶使用方面，在预张拉时，使用YDC240Q型千斤顶；在张拉锚索时，使用YCW150 型千斤顶。油泵采用ZB4-500 型号。在对钢绞线与腰梁进行清理之后，才能正式实现张拉操作，把锚板（垫板、工作板）先套进去，再把限位板套入后，按照顺序一个一个用20kN 力预张拉单根钢绞线。

最后，结束预张拉后，将千斤顶和工具锚等安装好，再通过张拉锚索把它们固定在设计值上。

4.3 挖方

挖方过程中需要进行分层分段，每层高度均不得大于等于2 000mm，当位置挖到锚索标高下方500mm 处时，进行锚索实际施工，当张拉完成之后才能开始对下层进行开挖。在挖砂层过程中，每层高度均要小于500mm，各段长度应小于10m。在工程实际施工过程中，要严格按照设计图纸和施工相关具体要求进行操作，工程完成后，要对每一个项目进项检查和测量，以确保达标。

5 基坑监测

5.1 目的

（1）为了更准确地判断之前施工参数和相关工艺是否达到预期效果，更好地实现信息化控制，改善相关参数，可以将检测结果和预测值进行比较。比较两者之间的差距大小，对先前施工的工艺和参数进行评估。

（2）把监测的数据作为相关实际信息的反馈，对相关措施进行完善，缩小实际施工中的误差，确保工程顺利完成。

5.2 布置监测点

为了保证基坑支护的质量，要对支护结构的位移情况进行观测，在基坑周围设立多个探测点，并对测得数据及时进行反馈，以确保工程项目完成得更好。以下是作为报警限值的各种情况：（1）水平方向：发生了30mm 位置移动变化，或者开挖深度达到了0.3%，同时每小时变化量小于3mm。（2）垂直方向：发生了20mm 位置移动变化，或者开挖深度达到了0.2%，同时每24h 变化量小于2mm。

5.3 监测频率与结果

自挖方起到基坑大面积挖掘结束，共需耗费的时间大约3 个月，在后期实际应用过程中也进行变形监测，监测结果如图2。

由图2 的监测数据可以得出下列结论：

图2 水平位移监测曲线示意图

（1）基坑支护结构最大变形为23.1mm，发生在BX-21 点，各数据点基坑支护变形均在安全值范围内。从曲线变化观察，位置变化最后都比较稳定。

（2）基坑开挖初期为最容易出现支护结构变形的阶段，挖到基底时候水平位移变得稳定。

（3）基坑四周的中部是支护结构最容易产生变形的地方。

（4）为防止支护结构变形，可以加固定预应力在锚索上面。

最终的监测数据基本达到了设计预期，所有重点地段的变形数据均在安全值范围内，不影响楼房，道路等设施。

6 结语

通过对某房屋建筑工程中支护技术应用探讨分析，得出结论为：（1）在市区繁华地段，为防止基坑变形，要采用护壁桩+预应力锚索做支护，经济适用，稳定性好；（2）基坑开挖初期，支护结构容易产生变形，为防止基坑变形，开挖期间要严格把控深度，不要让壁面暴露在外太长时间，而且需及时施加预应力在锚索上；（3）为了控制、防止、减少基坑支护中出现结构变形，应该科学设立双排桩。