深基坑支护施工技术在土建施工中的运用研究

2024-03-27孙玉龙李汝兵

工程建设与设计 2024年4期

孙玉龙，李汝兵

（中建二局第一建筑工程有限公司，北京100176）

1 引言

深基坑支护施工技术是一种应用于土木工程和建筑工程中的关键技术。深基坑是指深度大于5 m 的基坑，通常用于建造地下停车场、地铁站、地下商场等大型地下空间。深基坑支护技术的主要目的是确保深基坑的稳定，防止土体塌陷和滑移，并保护周围环境和结构的安全。深基坑支护技术在应用过程中需要遵循一定的原则，以确保深基坑施工的质量。随着我国土木工程和建筑工程规模的不断扩大，对深基坑支护技术的应用也提出了更高的要求，这就需要施工人员不断探索和研究深基坑支护技术，以提高其在土建施工中的应用效果。

2 工程概述

2.1 概述

XYZ 都市综合交通枢纽是一项集地铁、城际轨道、公交、商业等多功能于一体的大型交通枢纽工程。该工程位于XYZ市的核心商业区，涉及多条地铁线路交汇、城际轨道连接以及大型商业设施的建设。作为城市交通网络的关键节点，其设计和施工难度较大，而且由于位于繁忙的市中心地区，施工过程中对周边环境的影响必须严格控制。

2.2 主要结构

地下结构：包括4 层地下车站、隧道和商业空间，最大开挖深度达到35 m。

地面结构：包括城际轨道站台、公交枢纽、出租车、自行车等多种交通方式的换乘设施。

上部结构：包括办公楼、酒店和商业综合体等。

3 深基坑支护施工技术

3.1 土钉墙施工技术

在XYZ 城市深基坑综合开发项目中，土钉墙施工技术起到了关键作用，为深基坑提供了坚实稳定的支护结构。土钉墙施工技术以其经济、效率高和可靠性，在此项目中被选为一种主要的支护方式。在施工过程中，首先进行了基坑周边土体的开挖，开挖深度控制在2.5 m，开挖后立即进行了土钉施工。土钉由高强度钢筋制成，长度为20 m，直径32 mm，以特定角度进入土体，形成稳定的锚固结构。土钉的安装采用了先进的钻孔灌浆工艺，确保了土钉与土体的紧密结合。灌浆过程中采用的水泥砂浆为1∶1 的水泥沙比，灌浆压力控制在0.5 MPa。钻孔灌浆完成后，土钉头部与钢筋混凝土板连接，形成了整体支护结构。混凝土板的厚度为300 mm，强度等级为C30，通过与土钉的连接，为基坑提供了横向稳定性。土钉的布置间距控制在1.5 m，确保了整个支护结构的均匀和连续。随着基坑的逐层开挖，土钉墙的施工也同步进行，形成了层层支护的结构体系。如图1 所示。同时，为了监控土钉墙的稳定性和安全性，整个施工过程中还采用了先进的监测设备，对土体、土钉和混凝土板的位移、应力等参数进行了实时监测，确保了施工的顺利进行和工程的安全稳定。

图1 土钉墙施工技术

3.2 地下连续墙支护技术

地下连续墙支护技术首先要进行详细的地质勘探，以了解土层结构、地下水位等关键参数。在本项目中，地下连续墙的设计截面尺寸为1.2 m，开挖深度设定为50 m，以满足复杂地质条件下的支护需求。墙体混凝土强度等级为C30，并通过现场拌和站实现连续供应，确保混凝土质量稳定。

钢筋笼结构是连续墙的关键支撑部分，在此项目中选用了直径为32 mm 的HRB400 钢筋，形成坚固的框架结构。这种结构的加工和连接过程对钢筋的加工尺寸和连接质量有严格要求，以保证墙体的整体性和耐久性。开挖阶段采用特制的抓斗和钻具进行，由先进的导向和控制系统确保墙体的连续性和直线度。在开挖过程中，需合理设计抓斗和钻具的动作路径，以确保开挖的准确性和连续性。其次，在浇筑混凝土过程中，泵送技术的精心安排确保了浇筑的均匀性，有效避免了混凝土的分层和偏心。同时，对墙体与周围土体的接触面进行特殊处理，以确保良好的防水性能。最后，监测和质量控制环节同样关键，如混凝土试块的抗压强度检测、墙体的垂直度和平直度检测等。通过实时监测和调控系统对墙体的位移、应力、渗水等关键参数进行在线监测，从而确保施工的精确性和工程的稳定性[1]。

3.3 混凝土灌注桩施工技术

混凝土灌注桩施工技术在XYZ 城市深基坑综合开发项目中的应用充分体现了现代土建工程的精密和专业性，其中的关键环节和技术参数展示了高水平的工程实践能力。

首先，混凝土灌注桩施工的关键是在地质勘探的基础上，确定合理的桩径和桩长，以适应不同地层条件。本工程采用的桩径范围为400～1 000 mm，桩长可达到20 m 以上，确保了灌注桩具有足够的抗压和抗剪承载力。其次，混凝土灌注桩施工需要考虑混凝土配合比。通过优化配合比，可使混凝土拥有良好的流动性和耐久性，确保灌注桩的强度和稳定性。本工程的配合比为水泥、粉煤灰、矿渣粉等掺和材料掺量控制在20%～40%，以提高混凝土的工作性能。再次，施工中的注浆技术也是至关重要的一环。注浆可有效提高灌注桩的密实性和坚固性。本工程采用的注浆材料为水泥浆、砂浆等，注浆压力通常控制在0.4～0.8 MPa，注浆量根据桩长和孔隙度进行合理设计。最后，施工中的桩机与钢筋加工设备的选用直接影响施工效率与质量。本工程采用了液压挤型桩机进行施工，其具有较大的挤压力和工作平稳性，可适应不同地质条件下的施工需求。同时，高效的钢筋加工设备能保证钢筋加工精度，确保灌注桩的钢筋骨架牢固可靠。

此项技术在XYZ 城市深基坑综合开发项目中的成功运用，将现代土建工程的精确性和复杂性有机融合，展示了专业化施工方法和严密的质量管理。每一环节的精心控制和质量把关，构建了基坑的稳定性和安全性，也为未来同类工程提供可资借鉴的技术和经验。

4 提高深基坑支护施工技术在土建施工中运用水平的策略

4.1 做好施工前的准备工作

做好深基坑支护施工前的准备工作在提高土建施工运用水平中占有重要地位。首先，根据工程地质条件确定基坑的开挖深度、形状和大小，具体涉及桩径、桩长、混凝土强度等参数的设定。其次，选取合适的支护结构类型，如土钉墙、地下连续墙等，并计算其尺寸和数量，确保能够承受预期的荷载。同时，还需对基坑周边的建筑物和道路进行详细的测绘，以了解可能的地下障碍物情况和影响范围[2]。再次，是施工设备和人员的准备，要根据施工方案的具体需要，选取合适的开挖机械、支护设备、灌注设备等，并对其进行维护保养，确保施工过程的顺利进行。与此同时，还要组织人员培训，包括施工操作、安全规程、紧急应对措施等内容，确保施工人员具备必要的专业能力和安全意识。最后，进行现场勘测布设，确定基坑的准确位置和范围，设置必要的临时设施，如围挡、排水设施等，以保障施工现场的安全和秩序。此外，还需与相关部门沟通协调，如交通管理、环保监管等，取得必要的施工许可和批准，确保工程的合规性。

整体而言，深基坑支护施工前的准备工作是一项复杂而精细的工程，涉及方方面面，不仅需要充分了解工程概况，还要紧密联系施工技术，确保施工的专业性和安全性。

4.2 确定基坑开挖和支护方案

首先，对于基坑开挖方法的选择，需要依据地质勘察报告，分析土层的性质和地下水位，选取合适的开挖方案。对于不同深度的基坑，可能选用不同的开挖方式，如分段开挖、逐层开挖等，必须兼顾效率和安全性的平衡。其次，支护结构的选择也需依据实际条件。地下连续墙作为一种有效的支护结构，能有效控制地下水，减少对周边环境的影响；而土钉墙施工速度快、成本较低，适合一些特定情况。还需根据设计计算确定支护结构的尺寸、形式和材料，包括梁柱的截面、钢筋的配制、混凝土的强度等。在计算过程中，需细致分析各种荷载作用，包括地下土的侧压力、地下水的水压力、上部结构的荷载、周边交通的震动等，保证支护结构有足够的稳定性和安全度。例如，对于土钉墙，需考虑土钉的长度、直径、间距、角度等，还要分析土层与土钉的相互作用。再次，基坑的排水设计也是关键环节，特别是在地下水丰富的地区。需要设置合理的排水系统，如潜水泵、集水井等，保证基坑内的干燥和施工的顺利进行。最后，整个方案的制订还要考虑到工程的经济性、施工的可行性、对周边环境的影响等因素，还要与前期的工程概况和准备工作紧密结合，形成完整的施工体系。例如，可能需要与供应商合作，确定设备和材料的供应时间表，确保施工进度不受影响。

总体来说，确定基坑开挖和支护方案是一项全面而复杂的任务，涉及多个学科和领域，需要深入了解和精确运用深基坑支护的专业技术，还要灵活运用工程管理和决策的能力。

4.3 基坑变形监测和应急措施

基坑变形监测主要是通过一系列的测量和观测手段，对基坑开挖过程中的土体变形、支护结构变形和周边环境的影响进行实时监测。通过采用多种监测仪器，如测斜仪、沉降观测仪、裂缝计、水位计等，可以精确地掌握基坑的状态。这种监测首先要建立一套全面的监测方案，明确监测的目的、内容、方法、周期、标准等[3]。在实际监测过程中，需要与基坑的开挖和支护同步进行，形成一个动态、实时的观测体系。一方面，可以及时发现施工过程中的问题，为施工方案的调整提供依据；另一方面，也为后期的工程质量评估和维护提供了准确的数据支持。

应急措施作为监测的重要补充，主要是针对可能发生的紧急情况，提前准备相应的方案和手段。例如，当监测到基坑变形超过允许值，或者出现裂缝、渗水等异常情况时，应急措施就要立即启动。这些措施可能包括紧急支护、加固、排水、修补裂缝、临时停工等。关键是要做到快速、精确、有效，确保问题不扩大，人员和设备安全。这就需要在施工前进行全面的风险评估和应急预案的制订，培训施工人员和管理人员，确保他们对可能出现的情况有足够的了解和应对能力。