民建工程施工中深基坑支护施工方案研究

2022-12-02朱诚山东铁信建设集团有限公司

门窗 2022年8期

朱诚山东铁信建设集团有限公司

1 前言

深基坑支护作为基坑开挖的关键内容，更是建筑施工中核心技术问题，深基坑支护工作高质量地完成，可从本质层面确保施工全生命周期有序推进，实现建筑施工目标。受多方面因素的干扰，深基坑支护正式施工过程中质量难以实现可控化，为显著提升建筑施工水平，应掌握施工技术要点，严把质量关[1]。

2 民建工程施工中深基坑支护施工技术要点分析

2.1 柱列式灌注桩、排桩支护

柱列式灌注桩、排桩支护始终作为深基坑支护重要方式，柱列式间隔通常包含两种方式，即桩间存在一定距离布置形式、桩间相切密排布设方式，可利用钢筋混凝土开展钻孔、挖孔等工作，将其充分灌注于整个桩内，为确保整个建筑工程经济性、便捷性，此种类型支护方式刚度较佳。为避免地下水将部分土体颗粒携带，并依托桩间相应的空隙将其流入基坑内部，应始终处于桩间或背侧开展灌浆工作，增设相应的深层搅拌桩将其作为防水帷幕[2]。

排桩支护最为凸显的特征是适用能力较强，在各类土质中使用成效较佳，且施工过程中操作具有一定的便捷性，施工中不会产生噪声，具有较佳的环保优势。排桩、地下连续墙均作为悬臂式支护方式，其实际嵌固稳定性验算公式如下：

式中：Kem为嵌固稳定安全系数。安全等级为一级、二级、三级悬臂式支护结构，其系数分别不小于1.25、1.2、1.15；Eak、Epk为基坑外侧动土压力、基坑外侧被动土压力合力标准值（kN）；Epk、Zp1为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力作用点至挡土构件低端的距离。

3 钢板桩支护

钢板桩支护主要是指深基坑支护的钢板桩，主要是由带有锁口或钳口的热轧型钢定制而成，将此类钢柱按照相应的序列进行衔接，方可形成钢板桩墙体。民建工程正常施工过程中，钢板桩支护是深基坑支护使用最普遍的类型之一，此类支护方式不仅操作便捷，而且具备较佳的经济优势，成为人们关注的焦点。

钢板桩支护施工基本要点包含以下几方面。

第一，桩孔处理。为第一时间完成桩孔回填工作，每拔高1m后暂停引拔，振动持续几分钟后便可开展土孔填实工作。

第二，基坑开挖。基坑正式开挖过程中，应结合拟建场地实际状况，遵循相应的原则，同时布设相应的排水沟，以免产生漏水和渗水现象。需强调的是，该支护技术用于超过5m的工程，具体实践中对环境产生影响，干扰其最终实际应用成效。钢板桩支护实际选用过程中，建议选取热轧U型钢板桩，定尺度超过6m，严格以0.5m为最小单位进级，钢板桩支护实际施工周期依照50m~100m进行考量，每根钢板桩正式使用年限，可依照周转20次进行考量[3]。

4 地下连续墙

地下连续墙作为民建工程使用最普遍的类型，其自身应用基本原理为，利用专项的机械工序，沿着开挖工程周围，处于泥浆护壁条件下实施开挖工作，最终形成一定长度的沟槽，将预先制定完成的钢筋笼放置于槽段内，选取导管法高质量完成水下混凝土浇筑工作，以此形成完整的单元墙段，应基于当下实际状况选取合理的方式做好衔接，进而形成完整的连续墙。

此种类型支护方式自身具有较强的刚度，处于多种地质条件下均可适用，开展工作时产生噪声较小，具有较佳的环保功能。该支护方式不足在于处理泥浆废液时，选择泥水分离技术不佳，会不同程度干扰整个环境，施工中若产生地下水位急剧上升，进而增加槽壁坍塌风险。地下连续墙正式施工过程中，内部涵盖的施工工序较多，不同施工环节技术要点把控至关重要，其中最为关键的便是施工质量，主要包含现浇、预制类型，选用现场浇筑方式较多，导墙一般选择现浇混凝土结构为宜，其自身实际强度等级应不建议低于C20，厚度应超过200cm，导墙建议选取双向配筋，间距通常小于200mm，导墙自身实际允许偏差见表1。

表1 导墙允许偏差

按照不同的分类基准，可将地下连续墙划分为多种类型，实际类型存在较大差异性，依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、永久挡土墙、临时挡土墙[4]。

5 土钉墙支护

土钉墙支护基本原理为以密集的土钉群、被加固土体、喷射混凝土面层构成，进而形成一个完善、稳定的挡土结构，抵抗墙后实际传输的土压力及其他作用力，可确保整个民建工程实际开挖过程稳定、可靠。民建工程施工中基坑开挖时，可存在促使边坡保持直立的临界高度，但其超过该深度或地面超载时将会发生突发性损伤，土钉墙技术主要是处于土体内部增设一定长度的土钉，进一步发挥其自身共同优势，补充土体自身强度不足，显著增强土体自身稳定性、主动性。

土钉墙支护方式最为典型的优势为，可有效承载土体承载力，将土体作为整个支护结构不可划分的部分，整体结构自重较小，柔性较佳，具备较佳的抗震性能和延展性，实际施工效率较高，无需单一化占用场地。

土钉墙支护技术适用于地下水之上，或选取人工降水后黏性土层内，不适用地下水以下，并未选用人工降水处理后土层内。此类深基坑支护方式自身具有的良好的经济性，且正式操作环节简易，施工效率较高，土钉墙实际施工过程中，应确保土钉自身稳定性、可靠性，结合当下实际状况，精准计算土钉强度及牵引力，严格按照相关规范和要求，积极开展相应的加载拉拔试验。

此类支护自身挡土性能优良，施工方式主要以喷射水泥为主，正式开挖工作与钢筋网铺设可同步实施，循序渐进积累形成加筋重力式挡墙结构。需特别注意的是，基坑开挖方案、土钉墙支护方案的选用，主要是基于整个基坑周围环境，对拟建区域周围排水、地下水位等做好了解，以免管线产生破裂现象，采取有效的监控和控制，以免发生意外事故[5]。土钉墙按照初期设计要求和原则完成设计工作后，应积极做好验算工作，如土钉抗拉承载力验算、内部稳定性验算等，其中土钉抗拉承载力验算如下：

式中：Tt为试验获得的极限抗拔力（kN/m）；D钻孔直径（m）；τf为锚体砂浆与土体间第i层土的黏结强度（kN/m2）。

6 内支撑和锚杆

内支撑和锚杆是民建工程深基坑最为关键的支撑结构类型，其自身优势较多，具备较佳的刚度，实际产生位移较小，可避免基坑发生形变等缺陷，为基坑施工构建安全、可靠的环境。处于当下复杂施工环境下，尤其是各类施工基坑中，实际开挖深度较大，对其并未做好精细化勘察，全方位掌握一手地质信息资料，无法为整个施工提供导向，促使现场产生墙体坍塌，不同程度干扰施工安全性、可靠性。

一方面，内支撑作为支挡式挡土结构重要构成，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，内支撑结构实际布设过程中，应始终符合主体结构实际施工基本要求，避免地下主体结构墙和柱，为符合挖土机械作业空间要求，相邻支撑水平一般间距建议超过4m。

另一方面，锚杆支护。锚杆支护将受拉杆件其中一段固定于实际稳定地层内，另一端与工程构筑物充分做好衔接，主要用于承受土压力、水压力，应用地层锚固力保持构筑物或岩土体实际稳定性。锚杆支护自身对岩土体形成干扰较小，地层正式开挖后，可增加相应的预应力，适用于各类地形和场地，选用锚杆替代钢筋混凝土做好支撑，可节省大量钢材，优化改善整个施工条件，优势针对大型的民建工程，其基坑实际面积较大、支撑布设难度较大适用性较强，锚杆实际抗拔力可依托试验确定，保证其设计具有较高的安全性。民建工程实际应用支护形式，可建议从源头减少各类风险，特别是对深度较大基坑应用成效较佳，精准性把控墙体产生形变。锚杆极限抗拔承载力计算公式如下：

式中：Kt为锚杆抗拔安全系数。安全等级属于一级、二级、三级支护结构，其系数应分别不小于1.8、1.6、1.4；Nk为锚杆轴向拉力标准值（kN）；Rk为锚杆极限抗拔承载力标准值（kN）。

7 项目实践分析

7.1 项目概况分析

该项目主要是一座集办公、销售及展示为一体化的综合大楼，布设地上6层，地下2层，基坑实际开挖深度为10.05m，基坑长度为102m，宽度约为32m，开挖实际面积为3264m2，拟采用框架结构，桩基础。该拟建区域内原位办公楼及厂房，对其进行初期勘察过程中，场地标高处于9.41m~9.52m间，拟建场地上方第四系地层主要包含浅部杂填土及表层“硬壳层”，上部为第四系全新纪冲淤积流塑状淤泥质粉质黏土等，下部位上更新纪粉质及卵砾石。该项目周围环境最为复杂的便是东侧靠民宅的区域，该侧地下室室边界距红线最近部位仅4.3m。此外，民宅所处区域内土质不佳，无法承担正常的支护墙体位移和施工操作振动，即便较小的位移也可能造成民宅损伤。

7.2 支护方案和支撑方案的选择

结合基坑周围环境条件、地质条件等，该基坑支护方案选用Φ900mm@1100mm钻孔灌注桩挡土、三轴深层搅拌桩止水，剩余选用SMW工法。结合该项目实际状况，若不增设支撑，支护墙体自身水平位移较大，其作为民宅所不允许的，该项目实际基坑深度较深，合理选用支撑形式与类型是否关键，是该项目成功实施的重要内容。

7.3 方案初选

深基坑工程多选用钢筋混凝土支撑体系，其可最大限度发挥混凝土刚度大和形变小特征，选取钢筋混凝土支撑可进一步提高整个土方开挖实际速度、降低工程实际造价成本，且不受周围场地不足的干扰，所以该项目初选支撑方案为加设二道钢筋混凝土内支撑。

主要包含两种方案：方案一：选用钢筋混凝土内支撑，第一道钢筋混凝土支撑的对撑梁及角撑梁截面均为500mm×700mm，联系梁和八字撑均为400mm×600mm。第二道钢筋混凝土支撑的对撑梁以及角撑梁截面为600mm×800mm，联系梁及八字撑均为400mm×600mm。方案二：选用钢筋混凝土支撑，第一道内支撑与第二、三道内支撑均为钢筋混凝土内支撑。第一、二道钢筋混凝土支撑的对撑梁以及角撑梁截面均为500mm×700mm，联系梁及八字撑均为400mm×600mm。第三道钢筋混凝土支撑的对撑梁及角撑梁截面为600mm×800mm，内支撑联系梁、八字撑均为400mm×600mm。

7.4 方案优化选择

该项目基坑实际开挖深度较大，周围环境较为复杂，安全可靠作为需考量的重点内容，需综合性分析整个施工周期的影响。钢结构支撑体系自身最为典型的优势是，实际重量较轻、刚度较大和材料易耗损等优势，尤其是与钢筋混凝土支撑体系相较，钢支撑自身具有缩短施工周期的特征，为进一步加速整个施工效率，应积极考量第一道支撑选取钢结构支撑。方案三：局部选用钢管支撑，剩余选取钢筋混凝土支撑，第一道内支撑为钢支撑，后续两道为钢筋混凝土支撑，第一道钢结构对撑梁截面为2Φ610mm×12，联系梁、八字撑均为单根工字钢为I25b；第二道钢筋混凝土支撑对撑梁以及角撑梁截面为500mm×700mm，联系梁及八字撑均为400mm×600mm。第三道钢筋混凝土支撑对撑梁和角撑梁均选用钢筋混凝土截面600mm×800mm。