建筑工程基坑围护施工技术分析

2022-08-12刘海江

建材发展导向 2022年15期

刘海江

（山东宇通路桥集团有限公司，山东广饶 257300）

在建筑工程项目开展中基坑围护技术是保证工程有序开展的关键，基坑围护工程施工给项目产生的影响很大，只有不断的提升技术的应用效果，减少不利因素给个围护结构造成的影响，才能保证项目的可行性以及安全性。

1 基坑围护施工技术发展情况

1) 基坑朝着垂直纵深发展。当前建筑领域的主要发展方向就是高层，这与土地资源紧缺、成本升高等方面存在直接的关系。但是在这种建筑形式之下，基坑开挖深度不断的增大，尤其是很多建筑还都设有地下室，使得基坑不断向着垂直纵深的方向发展，对技术、工艺方面的要求不断提高； 2) 基坑围护的施工难度增大。城市化进程之下，城市内的土地成本价格不断的攀升，这是市场经济发展的必然结果。但是在新型城市规划设计中，尤其是一些特殊地质条件，对现场施工产生很大的影响，基坑围护作业难度不断的增大，如果技术不到位或者管控不严格，建筑安全性将无法保证； 3) 基坑的支护形式多种多样。当前我国建筑工程技术处于高速发展之下，基坑支护形式变得更加多样化，比如排桩、地下连续墙、水泥挡墙、土钉墙等。技术人员结合实际情况确定合适的基坑支护形式，以符合现场施工的要求，如果选择不定，会给工程的顺利实施带来不利影响，也会引发安全事故。

2 项目概述

2.1 工程概况

某工程项目在机场东南角，建设面积达13450m。在本次工程基础施工中，应用的预制混凝土方桩、钻孔灌注桩、整体钢筋混凝土阀形承台形式。根据设计方案的要求，该项目为钢筋混凝土劲性柱框架形式，辅楼、报告厅设计为钢结构形式，包含地下1 层、地上9 层。以设计方案的要求为基础，考虑到现场地质条件，场地自然地面标高4.2m，基底相对标高～5.85m，地下室基坑开挖深度为4.95m。

2.2 环境条件

本次建筑项目的周边设有机场通道设施，最近的位置仅有6.00m，总体地质条件复杂比较高，基坑施工中，会给周边建筑物、管线造成一定的影响。地下室北侧分布有一根D100 水管，还有电缆线，其距离大约在2.4m左右。在项目的西侧分布着机场道路，东、南侧有机场建筑群落。

2.3 地质条件

该项目的地下静置水位为地表以下0.3 ～0.8m之间，给混凝土结构产生一定的侵蚀影响。现场地质条件为砂质粉土，透水性比较高，其处于基坑开挖的深度范围内。在开挖施工中，容易发生流砂、管涌等问题。由此可见，在现场采用放坡开挖的方式难以满足要求，应结合现场需要进行基坑隔水、坑内降水等处理。

3 围护方案设计

根据工程的要求，该项目的基坑开挖深度为4.95m，特殊部位应增加到6.45m，达到施工质量与安全之下，应结合基坑需要确定开挖深度，对比如下两套方案。

方案1: 复合土钉墙+水泥土搅拌桩重力坝+SMW 工法+支撑的围护结构。该支护方案在施工，技术人员综合分析现场的东北角的位置上有建筑物分布，并且还有2 条高压电缆，必须加强保护，是基坑开挖工程中应用挡土结构，通过使用SMW 工法联合型钢共同支撑；在南侧，施工空间比较充足，并且地下没有任何管线需要方法，所以选取应用复合土钉墙水泥搅拌站的形式，其经济性好，并且可以解决基坑止水问题，确保开挖环节内部积水不会超出要求，安全性。该围护形式的优势是一次开挖完成，现场施工操作便捷，周期也比较短，但是需要支撑较多的部位，施工成本较高。

方案2: 复合土钉墙+水泥土搅拌桩封闭止水挡土内套打钻孔灌注桩+钢管斜抛支撑。基坑北侧采用的是双排搅拌桩的形式，在内部设置有600 钻孔灌注桩，东侧为钻孔灌注桩加双排搅拌桩的形式，南侧应用双排搅拌桩止水帷幕加打5 层土钉墙的方式挡土处理。对于基坑开挖深度增加的部位，则应通过双排搅拌桩实现封闭处理。该支护形式的优势是支撑数量少、跨度小，基坑位移量很小，与方案1 对比，成本比较低。但是在施工中，需要经过二期开挖施工，所以项目建设的周期比较长。技术人员经过多个方面的对比分析，了解项目的技术要求，分析成本、环境等要素，最终确定采用方案2 进行基坑围护施工。

4 围护结构总体施工部署

围护结构总体施工工序见图1。

图1 施工工序图

5 施工技术措施

5.1 搅拌桩

施工单位分析现场的情况，选择应用国产双头搅拌机开展施工，搅拌桩按照700@500mm的标准制作，桩身搭接尺寸为200mm。选取使用普通32.5 的硅酸盐水泥材料，水泥加入比例为13%，水灰比为0.55。根据工程施工要求，注浆施工的压力控制为0.4 ～0.6MPa。现场施工应遵循如下要点: ①加强桩体定位控制，将偏差控制在合理的范围内，即5cm以内，桩身垂直度偏差在1.5%以内； ②注浆搅拌机钻进施工，注浆连续开展，如果因为某种原因造成的搅拌头下沉到断面以下1.0m的位置上，应缓慢注浆搅拌； ③在注浆施工中，保持均匀、慢速的要求，且浆液量达到均匀性要求，在施工后，浆液使用完毕； ④为了防止发生离析的问题，应持续性搅拌处理； ⑤严格落实预搅下切速度，确保水泥浆液的均匀性； ⑥为了提高桩体结构的质量与整体性，应在喷浆到出口后，连续喷浆底座30s，确保其整体结构到达顶端； ⑦现场施工应加强控制，禁止存在位移、振动、倾斜等问题，如果有任何问题，需及时停机检查，并重进施工； ⑧相邻桩体搭接，所有部位应连续施工，桩体施工间隔控制在24h 以内，避免因为搅拌强度过高而导致钻孔无法继续进行。

5.2 灌注桩

本次工程项目的灌注桩尺寸为600mm，总计有80根，桩长设计为10m，采用C30 混凝土制作。在灌注桩的施工中，通过使用正循环钻进的作业方式，泥浆循环通过自然造浆的方法进行护壁施工。泥浆比重在1.20 以内，沉渣厚度不足100mm。

5.2.1 施工要点

1) 钻机成孔环节，保持设备的水平、稳固，并且钻机垂线与孔中心线是重合的； 2) 根据需要选择符合工程需要的钻头，并且在钻头上安装保护圈，确保钻进时的稳定性与牢固性； 3) 施工人员加强对钻头的检查，如果存在弯曲、变形等问题，应及时更换； 4) 开孔、转换层在施工中，应采取轻压慢转的方法；钻入时存在障碍物，应及时采取措施处理，不会存在盲目钻进的情况；钻杆保持稳定性，不能存在晃动等情况； 5) 钻孔部位存在偏斜的情况下，应及时纠正孔位，不会发生偏斜严重的情况； 6) 配制符合现场需要的泥浆材料，有效的预防发生缩颈、塌孔等问题； 7) 增加钻头直径检测的频率，一旦存在磨损严重的情况，应及时修复处理，避免因为直径不合格而影响钻孔质量； 8) 清孔采取两次进行，底部沉渣厚度不超过100mm，以免给工程施工产生任何影响； 9) 原材料供应齐全，材料验收报告真实、准确、各项指标符合要求； 10) 原材料进入到现场后，应符合工程的要求，对于存疑的材料，需要通过第三方机构检测确认； 11) 成孔、清渣、灌注、钢筋笼制作等都要加强检测，符合工程的要求，并且做好各项记录工作； 12) 做好质量检查与验收管理，整理相关的资料，并且根据标准和规范开展施工，加强桩孔试验检测；13) 混凝土初灌量在导管一次性埋入1.3m以上； 14) 灌注作业保持连续进行，并落实内部的混凝土高度灌注处理，如果灌注混凝土表面合格，应及时拆除导管。

5.2.2 工序搭接时间控制

因为本次工程项目中围护结构的东北两侧搅拌桩内部需要套达钻孔灌注桩，所以在施工环节需要做好两侧的控制，对提升工程质量水平有益。如果搭接时间相对较短，因为搅拌桩养护施工不到位，极易造成强度不合格，对护壁效果产生不利的影响；如果搭接时间比较长，出现水泥搅拌桩强度过高的情况，钻孔灌注桩的成孔作业难度较高，施工速度会比较低。结合围护工程的设计方案，考虑到现场的具体情况，水泥搅拌桩经过施工的5 ～7d，进行钻孔灌注桩的作业施工，应加强质量控制，垂直度合格，完全满足钻孔灌注桩标准要求，达到相应的施工标准要求。

5.3 土钉墙

在本次工程的实施中，搅拌桩灌注结束后养护28d 的时间，对现场进行分层搭设土钉施工。土钉的制作材料为φ48x3.5 的钢管，并在端部设置倒刺。在基坑施工的高度上，布置有5 排土钉结构，水平间距1.0m，采取梅花形的布置方式。将全部钢管压入到内部后，应立即开始注入浆液施工。水泥浆液的水灰比为0.55 以内，并加入2%的水玻璃。严格控制注浆施工压力，保持在0.3MPa以内，具体施工要点如下。

1) 注浆工作结束后，及时喷射第一层混凝土面结构，厚度设定为3cm，并绑扎钢筋网结构；检测合格后，开始喷射第二层，厚度设定为7cm。注浆施工结束后，应及时养护，以不少于36h 为标准，直到达到开挖深度的标准。混凝土使用C20 材料制作，水灰比为0.45，制作厚度为100mm。钢筋网的连接稳定性合格，通过绑扎方式连接，上下层采用点焊方式。

2) 土钉、喷射混凝土应连续进行，且在12h 内完成。土钉与钢筋、网片、垫块等稳定的连接，且绑扎搭接的长度控制在30mm以内，加强筋搭接作业的长度控制在10d 以上，达到稳定连接的效果。

5.4 轻型井点降水

技术人员通过对现场开挖情况的分析，通过深入分析讨论，最终在沿着基坑周边布置3 套轻型井点的方式，在基坑中间部位上布置有1 套轻型井点。根据降水的需要设置井点数量、距离等参数，同时在10d降水之后，内部水深完全达到施工的要求，不会影响工程质量。

5.5 土方开挖

在本次工程项目中，围护结构设计时，土方分为二期开挖施工，按照南、北两侧的顺序进行。首先进行南侧开挖施工，然后进行北侧开挖。工况一: 南侧采取分层开挖的施工方式，并分层进行土钉墙的施工。在施工结束后，进行土方开挖施工，可以采取大型挖掘机同时开挖的方式。坑底通过使用中型挖掘机联合人工方式进行。工况二: 南侧基坑结构的性能较好，进行北区西侧开挖施工。与南侧开挖方式基本相同。工况三: 在开挖工作中，底板施工结束后，开始进行东北角的开挖施工，采取逐层、分层开挖的方法。即放坡、抽槽的方法确定工作面，并设置支撑结构，在安装工作结束后，进行该部位上土体开挖到坑底，并浇筑垫层结构。上述工作结束后，检查合格才能进行下一道支撑结构的开挖施工，并把时剩余土体逐一开挖出来，现场施工空间足够，后续工序可以顺利开展。

5.6 钢支撑的安装与拆除

5.6.1 钢支撑的安装

本次工程因为基坑西北角分布着较多的建筑物，并且开挖深度比较大，所以这一部位的开挖施工对围护变形要求较高。综合这些方面分析，在西北角应用D609X16 钢管斜支撑施工。在斜支撑中间部位安装到钢立柱上，采取焊接形式连接，焊接高度超过8mm。钢立柱与主体结构内部的主筋焊接结束后，插入到灌注桩的内部，并通过浇筑方式达到标高尺寸。在施工中，通过支撑方式预埋钢板，且养护强度达到80%后才能拆除支撑。

5.6.2 钢支撑的拆除

底板施工结束后，应及时进行传力带浇筑施工，在强度合格后才能拆除钢支撑结构。

5.7 现场环境监测

因为本次工程的基坑围护作业复杂性较高，施工工艺难度大，为了提高施工安全性，现场作业顺利的设施，确保基坑结构达到强度性能要求，变形、位移、受力等全面控制，全面性管理和控制，并采集和监测相应的数据信息。现场设置必要的信息化设施，对现场施工进行全面监控，提高施工质量与安全。

6 施工注意事项

6.1 基坑支护的综合处理的原则

基坑围护综合处理中，按照如下标准开展: 尽量保持原有建筑结构的支撑柱形式，并充分利用，可以有效的降低项目建设成本，缩短施工的施工。在基坑围护结构的施工中，各个部分都要达到安全、稳固性标准。为了预防出现基坑周边土体位移等情况，应设置预警报警体系，并发布应急预案。如果降水中存在渗漏的问题，应技术填充处理，避免周边建筑物、道路等出现下沉的问题。

6.2 基坑支护结构中施工参数的选择

基坑开挖施工前，结合现场的情况，了解项目施工质量与安全的要求，明确施工技术方案与标准；合理存放现场施工材料，不会给基坑结构造成失稳的问题；基坑结构通过分段、分层方式开挖施工，并落实基坑支护措施；基坑开挖的各个层，都必须严格控制，并且保持施工的对称性，有效的规避存在的安全问题；基坑降水应达到安全性标准，还要落实堵水处理措施，在现场布置渗漏排水系统，确保内外压力处于平衡性的状态；开挖作业前，选择合适的施工设备，并落实设备性能检查与分析工作，对基坑施工顺利进行产生积极的作用。

6.3 建筑基坑的开挖

因为很多基坑施工都是在地基土或者软岩的条件下进行的，地下空间会存在较多的土壤，所以开挖施工中，结合基坑开挖的方法合理选择，并做好现场控制。如果现场开挖需要运输土体材料，应尽量控制开挖土量，预防土体堆放量过大而影响边坡的稳定性。此外，基坑开挖施工环节，确保基结构的稳定性，并实时监测和控制，加强施工工期控制，防止存在延误工期等情况，为效益提升奠定基础。

6.4 合理选择地下水处理方法

基坑围护施工中，地下水的处理极为重要。其一，止水措施。在基坑周边设置止水帷幕的措施，现场地下水全部进行封堵处理，最为主要的处理措施是灌浆与地下连续墙的方式。其二，排水处理措施。根据现场情况，设置合理的井点降水或者基坑排水等方式，及时将地下水排空，以免影响工程施工质量。该方法的操作简单，成本较低，所以施工中应用比较广泛。井点降水法应用到差异性较大的基坑结构形式，达到流砂控制并且边坡稳定的效果。井点降水的具体措施是电渗法、射流法等。