土建基础施工中深基坑支护施工技术研究

1 引言

土建基础工程质量对土建工程项目整体质量存在直接影响。 相关企业及工作人员应高度重视土建基础工程，合理应用于工程实践中通过施工方案科学设计与施工技术， 不断提高土建基础施工质量。 深基坑支护是当前土建基础工程较为常见的项目， 经多年发展形成了多种深基坑支护施工技术。 例如，文献[1]研究中列举出钢板桩、混凝土灌注桩等深基坑支护施工技术， 并结合铁路下穿框架桥基坑支护工程案例详细介绍混凝土灌注桩施工技术应用要点， 明确其合理使用对提高基坑结构稳定性存在积极影响。

2 工程简介

深基坑支护工程为深圳某房屋基础工程项目 （以下简称“A 项目”）核心内容。 A 项目总占地面积约45 000 m2，总建筑面积约22 000 m2，集住宅楼、地下车库、商业出租楼等为一体。 A项目±0.000 m 绝对高程超过800 m，主楼区域基坑底标与地下车库区域基坑底标高范围790~798 m，主楼区域基坑底标与地下车库区域基坑自然标高范围805~812 m，基坑深度范围7.40~14.5 m。 A 项目基坑周围环境较为复杂，北侧邻近大街，西侧邻近河道，南侧南部存在既有居民住宅，北侧存在地面车库，东侧、北侧、南侧等均有管道分布，包括用水管道、天然气管道、通讯管道等。 A 项目地形高低起伏，地质水文条件如表1所示。

3 深基坑支护施工方案设计与优化分析

3.1 施工方案设计

综合考虑工程项目特征、地质水文条件、基坑周围环境、基坑支护施工要求等因素，发现深基坑支护施工重难点如下：（1）基坑深度较深，且东西边坡深度不一，常规支撑结构无法满足实际需求；（2）基坑施工场条件复杂，施工过程中对防水、止水措施应用具有较高要求；（3）基坑部分地区边坡力学性能较差，边坡施工难度较大。

在深基坑支护施工相关要求指导下， 立足工程项目建设场地具体情况，结合基坑施工重难点等，联系以往工作经验，设计采用钢筋混凝土灌注桩作为本工程围护结构， 实行分区开挖策略，具体表现为：

1）基坑边坡分为3 个区域，一区与二区支护形式均为“放坡+ 桩锚支护”，三区支护形式为“放坡+ 桩锚支护”“放坡+排桩+内支撑支护”；

2）基坑内部分为东部开挖区与西部开挖区，界线为主体结构后浇带；

3）东部区域先施工，施工期间做好西部区域放坡工作；

4）东部区域基坑开挖完成后，进行后浇带东部主体结构施工、边坡土体回填施工；

5）依靠东部主体结构，构建竖向与水平支撑柱，形成支撑反力结构系统，在西部区域实行内支撑结构施工。 按照相关规定，对各项参数进行计算，均满足规范要求。

3.2 施工方案优化

为进一步提高深基坑支护施工质量， 保证施工技术应用的科学性、合理性、适宜性和有效性，设计利用有限元分析法进行深基坑施工技术应用全过程模拟， 探寻当前设计方案存在的局限性， 并进行设计参数优化。 有限元分析主要软件为ABAQUS，土体结构模型采用Mohr-Coulomb 本构模型。 有限元模型构建过程中，确定基坑长度、宽度、深度分别为183 m、80 m、60 m。 与此同时，根据设计方案内容，便于模型构建需要，将支护桩等效转化为地下连续墙厚度，转换公式见式（1）和式（2）；将钢格构柱等效转化为钢筋混凝土柱，转换公式见式（3）和式（4）。

式（1）~ 式（4）中，D 为支护桩直径；d 为支护桩间距；H 为地下连续墙厚度；E 为弹性模量；A 为面积；r 为支护桩半径。

根据类似工程经验与本工程项目地质勘查结果等合理选择模型材料参数，按照常规施工工序确定16 个工况，对比分析“先东部地区开挖，后西部地区开挖”与“先西部地区开挖，后东部地区开挖”深基坑支护施工情况，发现“先东部地区开挖，后西部地区开挖”基坑稳定性更高，且对周围环境的影响较小。

4 深基坑支护施工技术应用要点分析

4.1 施工组织设置

深基坑支护施工过程中， 为保证施工技术应用准确、到位，需要在施工前做好组织设置工作。 具体表现为：（1）成立深基坑支护施工技术小组，明确小组成员职责；（2）在设计人员、施工人员、管理人员等共同参与下进行技术交底，保证施工人员能全面、准确掌握施工设计意图，详细了解施工技术应用要求；（3）建立良好沟通机制，为各部门有效沟通提供支持；（4）完善监督与管理制度，保证所有人员严格按照规定进行施工。

4.2 施工准备安排

施工准备对施工技术应用质量、安全、效率等存在重要影响。 建设施工企业在深基坑支护施工正式开始前，应围绕“环境”（施工道路清理、 施工用电/ 水设置配置等）、“材料”（运输规划、 进场前质量检测、 出入库表单管理、 使用前质量检查等）、“设备”（设备合理选择， 设备规范安放， 设备使用检查等）、“技术”（技术交底，图纸分析，要求说明等）、“人员”（安全教育、技术培训、能力考核等）做好施工准备工作[2]。

4.3 深基坑开挖

深基坑开挖施工过程中需要注意的技术应用要点如下。

1）施工人员严格遵循分层开挖原则、分区开挖原则、分块开挖原则进行有序施工。

2）深基坑开挖前仔细探查施工现场环境，掌握地下障碍物体分布情况，事前做好准备，以免施工期间受地下障碍物影响，进而影响施工进度。

3）东区开挖与西区放坡时，需要加强基坑监测力度，保证施工期间土坡始终处于稳定状态， 同时严格控制西区放坡角度，要求不超过45°。

4）土方开挖分多个阶段进行。 第一阶段开挖至一区冠梁底标高下50 cm 位置， 第二阶段开挖至东部地区基坑底标高位置，第三阶段开挖至第一道内支撑底标高下50 cm 位置，第四阶段开挖至第二道内支撑底标高下50 cm 位置， 第五阶段开挖至第三道内支撑底标高下50 cm 位置； 第六阶段开挖至西部地区基坑底标高位置。 土方开挖过程中需要严格控制施工质量，做好相关指标检验工作。

5）开挖至深基坑坑底后，施工人员应及时进行土垫层浇筑、基础底板浇筑，以免发生基坑隆起问题。

4.4 支护结构施工

深基坑支护结构施工过程中需注意的技术应用要点如下。

1）严格按照“施工准备→测量放线→埋设护筒→钻机就位→钻孔→清孔及质量检查→钢筋笼制作与安防→导管放置→第二次清孔→水下灌注混凝土→导管拆除→桩头处理→施工质量检查验收”工艺流程进行桩锚支护施工。

2）加强施工工艺流程各环节细节管理，保证各项操作规范、准确、到位。 如测量放线时严格按照图纸确定放桩位置，经自我检验、小组检验、监理检验等无误后，做好相关记录；护筒埋设过程中利用专业测量工具检查埋设位置是否准确， 将护筒中心与桩位中心之间的误差控制在可允许范围内， 埋设后通过回填土防止漏水；水下混凝土灌注需要在二次清孔60 min内开展，实践操作中应严格控制混凝土坍落度，一般不低于18 cm，不超过22 cm[3]。

3）内支撑结构施工中应加强钢格构立柱使用前质量检查，保证其强度满足支撑需求； 机械作业时需提前对钢格构立柱做好防护，以免碰触钢格构立柱，降低其使用性能；竖向支撑柱构件需达到设计强度要求后才可进行内支撑施工， 且内支撑施工过程中，按照钢筋绑扎施工技术规范、支模施工技术规范、 混凝土浇筑施工技术规范进行操作； 支撑结构强度超过80%后方可进行下层土方开发； 基坑回填土时每层压实遍数控制在3~8 次，人工打夯分层厚度控制在200 mm 以内，机械打夯分层厚度控制在200~300 mm。

4.5 基坑降水施工与基坑监测管控

施工人员按照如图1 所示工艺流程进行管井降水施工，施工期间按照设计参数控制施工行为，保证测量、钻孔、钢筋笼井管吊放等位置准确。 封井需要在底板浇筑达到设计强度后，以“砾石回灌+缓凝土浇筑+钢顶板焊接”方式为主。基坑整个施工过程中需要按照相关要求进行监测， 包括支护桩位移监测、土体测位移监测、土体测变形监测、地下水观测、支撑轴力变化情况监测、支撑立柱沉降监测等。

图1 管井降水施工流程图

5 结语