复杂环境下深基坑支护设计及施工关键技术

胡建

核工业西南勘察设计研究院有限公司 四川 成都 610052

社会经济水平的持续提升促使城市建设发展进程明显加快，其中，为进一步满足城市建设规划发展要求，政府相关部门及主体建设单位针对地下空间开发利用问题予了高度重视与合理部署。对于地下空间开发与利用工作而言，如何保障深基坑工程建造效果始终是地下空间开发与利用工作予以重点解决的问题。结合大量施工经验来看，基坑工程支护设计与施工所面临的重难点问题较多，需要参建单位从多个方面衡量影响因素以及施工关键内容。一般来说，深基坑支护设计可选择类型较多，如果比较常见的排桩、地连墙、水泥土搅拌桩、钢板桩、土钉墙等。不同深基坑支护设计形式适用条件以及优缺点不同，要求现场施工人员应该结合工程地质条件以及主体结构要求，合理选择并应用支护施工类型，保障深基坑工程施工质量和效果达到预期。

1 工程概况分析

某新建学校项目总建筑面积4.24万m2，地下3层、地上4层。其中，该项目基坑深度18.09m，局部深度可高达21.29m。该工程项目基坑东侧、南侧地下铺设多条市政管线，西侧以及南侧为城市道路。该工程项目所涉及到的专业施工协调内容较多，施工难度相对较大。同时，该工程项目基坑周边环境较复杂，给深基坑支护设计和施工作业带来了较大难度[1]。

结合现场工程地质情况来看，基坑深度范围内所涉及到的土层类型有多种，主要为素填土、粉质粘土、粉土和粉砂等地层；地下水位年内变幅1.5m左右，水位随季节性变化。总体来看，该项目基坑场地地下水位相对较高且粉土和粉砂易塌孔，加上周边建筑物相对密集且管线复杂，如何保障深基坑支护设计以及施工建设安全已然成为该工程项目予以重点解决的问题。

2 复杂环境下深基坑支护设计内容分析

2.1 方案选型分析

关于复杂环境下深基坑支护设计方案选型问题的研究与分析，设计根据项目周边环境保护要求，对锚拉结构构件布置应用问题进行妥善处理。举例而言，锚拉结构构件禁止进入既有或者规划有建构筑物下方位置，以防止对其他专业施工作业带来不良影响。与此同时，现场施工不具备锚索施工条件，设计可以采取桩（墙）+内支撑的结构形式，或可利用逆作法进行施工。需要注意的是，本工程项目采用了结构抗震隔震措施，局部通常设置在基础以上，因此并不适用逆作法。针对于此，设计人员从桩+内支撑或者墙+内支撑中进行施工设计与选择应用[2]。

本工程项目建设所处地貌单元为河漫滩，稳定水位主要位于地面下2.30m～3.85m之间。结合现场勘察分析情况来看，基坑深度范围内存在多层深厚透水砂层，为确保深基坑质量和安全，设计采用落底式止水帷幕方式。除此之外，考虑到现场专业施工协调问题以及施工碰撞问题，各参建单位结合场地环境条件对基坑支护设计方案选型问题进行了深入探讨与分析，最终决定采用地下连续墙与内支撑组合的支护方式进行施工应用，以达到良好的深基坑支护效果。结合本项目基坑深度以及周边环境条件，基坑安全等级设置为一级。

2.2 围护优化设计分析

本项目考虑到支护结构安全和止水防渗要求，围护结构采用地下连续墙，本项目地下连续墙墙体厚度为800mm，墙深度为40m，墙体混凝土设计强度为C35。在结构形式优化设计方面，地下连续墙槽段之间的接头利用锁口管接头形式进行设计应用，地下连续墙作为止水帷幕进行应用。与此同时，地下连续墙顶部可采用封闭式钢筋混凝土冠梁结构形式进行施工应用。在布置优化方面，冠梁应该与地下连续墙在迎土侧位置完成平齐布置处理。需要注意的是，关于冠梁高度以及宽度的计算分析，设计人员需要按照相关计算法则进行合理确定，宽度不小于地下连续墙厚度。

经计算分析，冠梁高800mm、冠梁宽1200mm，地下连续墙单元槽段平面形状与槽段长度应该结合场地环境条件以及槽壁稳定性情况进行合理确定。结合以往施工经验，关于单元槽段平面形状的选择可以为一字型、L型以及Z型等。在选择应用过程中，设计人员应该明确不同单元槽段平面形状的限制要求。举例而言，一字型槽段长度不得超过6m、L型以及Z型进行槽段长度总和不得超过6m。此外，在现场施工实践过程中，地下连续墙钢筋笼接头钢筋形状必须与施工接头协调匹配。而对于封头钢筋而言，应该与水平钢筋焊接方式进行操作处理[3]。

2.3 内支撑优化设计

内支撑系统优化设计主要可以围绕水平支撑结构与竖向支撑结构两大方面进行合理布置与设计。其中，内支撑数量应该严格按照安全经济、科学环保的原则进行精准计算与分析。经过研究计算之后，在支护形式的设计方面，主要采用三道钢筋混凝土支撑与地下连续墙共同支护的方式进行设计施工。在具体部署应用方面，支撑结构需要位于基坑四周以及中部位置。上下可分为三道，架设于竖向支撑格构柱位置。

通常来讲，为方便后续土方开挖等一系列施工作业活动，现场施工人员需要结合场地环境情况，在基坑第一道钢筋混凝土支撑梁上设置场地板。然而由于本工程项目场地限制影响因素较多，再加上拆换撑施工与主体结构施工进度存在不协调问题，传统结构设置方法无法适用于当前施工环境。针对于此，设计人员在内支撑结构设置方面需要保障主体施工阶段不拆撑。同时，主体墙以及柱钢筋打眼应该穿过内支撑梁，在此基础上，在合适位置上设置换撑体系与加强板，增强主体结构施工质量水平[4]。

另外，本工程在立柱设计以及立柱桩设计方面需要以坑内内支撑作为主体结构横向支撑构件，切实增强工程结构承载性能以及安全性能。其中，立柱插入立柱桩的深度应该严格按照相关技术规程要求进行科学计算与合理确定。以本工程项目实践经验为例，本工程取3m。立柱在穿越底板位置可采取可靠的止水措施进行针对性处理，以防止出现渗漏隐患问题。在立柱桩基础结构的设置方面，应该优先以钢筋混凝土灌注桩为主。通过合理布置与排列应用，对内支撑提供良好的竖向承力结构。结合大量施工经验来看，格构为内支撑节点的重要联系构件，其垂直度以及方向情况会对内支撑受力平衡以及整体支护稳定性效果产生影响。为消除安全风险问题，现场施工人员必须严格按照设计图纸以及专项施工方案要求进行施工。

3 复杂环境下深基坑支护施工关键工艺及技术内容分析

3.1 围护结构施工

围护结构施工方式主要采取地下连续墙施工方式达到良好的施工作业效果。在具体施工过程中，地下连续墙施工需要针对槽段划分以及现场标记问题进行重点强调与贯彻落实。其中，标准槽段约为6m长，其他异形槽段需要根据施工设计以及现场实际情况进行合理排布。与此同时，关于成槽机械设备的选择应该根据土质、水位以及场地情况进行合理配置与选择。结合现场施工环境和工程地质条件情况，本工程项目更加适用于使用液压抓斗成槽机进行施工。而锁口接头管需要结合地下连续墙宽度以及深度情况进行合理选择与应用。需要注意的是，混凝土接头刷壁效果必须满足施工设计要求，施工作业期间不得出现渣问题[5]。

在正式施工过程中，抓斗成槽机成槽时必须保障槽壁垂直度满足设计要求。其中，抓斗两侧斗齿必须抓进土中，或者落于空洞中，以确保抓斗两侧斗齿抓土过程中所表现出的受力均衡性效果良好。为防止槽段接头夹渣引发渗漏水风险问题，施工人员必须针对槽段与混凝土接槎部位进行仔细处理，如可以采用刷壁器进行刷壁处理。如施工人员可提前在刷壁器内布设斜撑板，为保障刷壁效果，操作期间施工人员应该规范个人的操作行为，避免出现碰撞或者损伤问题。直到刷到接头槽壁无明显附着物之后，可停止操作。除此之外，关于起吊异形钢筋笼的施工优化问题的处理，建议施工人员可以通过加强钢筋笼强度以及刚度等途径，保障异形钢筋笼应用质量安全。

3.2 内支撑结构施工

实行混凝土内支撑施工作业期间，现场施工人员应该严格按照专项部署方案要求，针对基坑土体进行精准开挖，开挖到内支撑梁设计底标高及以上10cm位置处之后，停止开挖操作。在此基础上，施工人员需要利用人工方法清除支撑量范围内的土体。当达到支撑梁底标高以下2cm位置处时，施工人员可利用人工整平方法对梁底部区域进行妥善处理，并完成底模板以及侧模板支撑操作处理。结合现场施工经验来看，关于底模板以及侧模板的施工处理，需要利用1.5cm厚度的竹胶板进行施工处理。在侧模处理方面，需要利用钢管斜撑以及对拉螺栓进行加固操作。需要注意的是，在标高放样环节过程中，施工人员需要进行起拱预抛高处理。

究其原因，主要是因为混凝土梁在自重作用下会发生明显下沉现象。而通过采取提供预抛高形式可形成良好的预应力支撑作用，抵消拆模之后所出现的下沉现象，进一步增强主体结构性。为保障施工精度得以全面增强，现场施工人员需要对立柱桩桩位以及格构柱中心安装情况进行合理确定。如可以在常规施工的前提条件下，制作应用格构柱安装定位辅助底架，强化结构安全施工效果。除此之外，施工人员需要在格构柱上部位置合理布设吊点。其中，格构柱中心线必须与桩基中心线重合，误差不可以超过5mm。需要注意的是，在焊接施工操作过程中，吊车应该始终吊住格构柱，避免出现施工风险问题。在下放操作时，立柱各边与支撑轴线必须保持垂直或者平行状态，到位且无误之后，应该调整格构柱方向以及标高[6]。

4 复杂环境下深基坑支护施工管理措施及相关建议分析

4.1 注重工程地质勘察工作，实现专业性勘察技术管理目标

在正式开展深基坑支护施工作业之前，业主或总包单位应该指派专业勘察人员对地质条件进行精细化勘察与分析。在勘察分析过程中，应重点围绕地层岩性、水文地质条件、场地周边环境条件等重点勘察内容进行研究分析，并做好相关数据记录分析工作。

设计和施工人员可以根据岩土工程勘察数据反馈情况，对地质环境对深基坑支护工程建设可能造成的负面影响进行提前评估分析。根据分析反馈结果，对可能发生危险的区域进行提前识别。除此之外，在施工技术方案的部署方面，应该结合工程地质勘察数据进行适当调整与优化，并做好技术指导工作，保障深基坑支护工程建设活动顺利开展。

4.2 健全完善施工技术管理制度，增强现场施工质量安全效果

深基坑支护施工建设容易受到不稳定因素影响而出现质量风险问题，因此为确保工程始终处于高效稳定的运行状态，施工单位就必须加强健全施工技术管理制度，以切实增强现场施工质量安全效果。在具体实施过程中，施工管理人员应该主动结合深基坑支护施工特点，对施工现场所涉及到的关键施工工艺内容进行合理部署，并加强对各施工工序的妥善安排。与此同时，各参建单位之间应该做好技术交底工作，保证深基坑支护施工工艺效果落实。除此之外，施工技术管理人员应该深化个人的施工技术管控意识，尤其要重点加强对施工重难点问题的妥善处理，如围护结构施工、内支撑结构施工等。

4.3 贯彻落实关键施工工艺及管理要点，提升现场技术管理效能

如何贯彻落实关键施工工艺及管理要点，始终是深基坑支护工程施工现场予以重点贯彻落实的内容。结合以往的施工经验来看，开挖施工始终是深基坑支护施工现场予以重点关注的内容。如果开挖施工方式选择不当，就很容易引发深基坑支护施工风险问题。在具体施工过程中，需要重点考虑深基坑支护要求以及周边岩土特性，合理选择机械设备以及施工开挖技术方法。需要注意的是，在开挖施工期间，施工人员应该时刻对基坑、地下水位变化情况进行重点关注，以防止出现施工风险问题[7]。

4.4 深化施工风险防范意识，科学制定应对措施

深基坑支护施工参建人员必须深化个人的施工风险防范意识，可结合过往施工经验，对深基坑支护施工建设容易出现的风险问题进行提前识别，并科学制定应对措施，减少塌陷以及其他质量风险问题出现。与此同时，在关键施工作业方面，应该加强对重难点问题的妥善处理，如开挖期间应该对开挖进度以及技术落实情况进行合理管控等。

5 结论

总而言之，深基坑支护设计施工会对深基坑工程安全、质量、工期和经济等产生重要影响。因此对于复杂地质以及环境条件而言，如何保证深基坑支护设计施工质量安全已然成为参建单位予以重点考虑的问题。本文所研究的工程项目通过合理部署优化深基坑支护设计方案以及施工技术内容，所取得的施工成效相对显著。结合现场监测情况显示，开挖施工之后，地下连续墙成墙质量相对较好，内支撑受力稳定性较高，基本上可以为其他相似工程提供借鉴和参考。