建筑工程中的深基坑支护施工技术分析

文／张豫洲、刘永利 青岛新锐家禾置业有限公司 山东青岛 266000

引言：

就目前来看，地下空间正成为宝贵的资源被很多建筑项目重视并逐步加大了开发力度，这体现在工程建设中就是基坑开挖深度不断加大，这无疑对基坑支护提出了更高的要求。因此，在建筑工程建设实际情况中，必须重视支护形式的选择和相关施工工艺确定，以从根本上保证深基坑支护质量和效果，防止坍塌和渗漏等一系列问题的发生。

1.工程概况

某建筑工程总建筑面积约1.5 万m2，具体包含5 幢地上2 层至4 层、高度在12.15-22.65m 范围内的商业楼和1 幢地上20 层、高度为81.65m 左右的酒店，以及2 层标高在-7.00m 左右的地下室。以上所有建筑的基础均为桩基础，因基础深度大，所以需开挖深基坑，平均深度在7.55m 左右，基坑的总周长在520m 左右，设计采用搅拌桩和加劲桩相结合的方式支护。

2.深基坑支护方案比选

该建筑工程所在场地的地基岩土层包括素填土层（层号为1）、含淤泥粉砂层（层号为2-1）、中细砂层（层号为2-2）、粉质粘土层（层号为2-3）、淤泥质土层（层号为2-4）、粉质粘土层（层号为2-5）、淤泥质土层（层号为2-6）、中粗砂层（层号为2-7）、强风化泥岩层（层号为3-1）与中风化泥岩层（层号为3-2），不同岩土层的主要设计参数如表1 所示。

表1 工程所在场地地基岩土层主要设计参数一览表

该工程深基坑挖深预计在7.55-7.85m 范围内，在此深度范围内主要存在以下几种岩土层：填土层、含淤泥粉砂层和粉质粘土层。通过对安全性、技术可行性和经济合理性的综合分析，最终将该工程的深基坑支护方式确定为搅拌桩和加劲桩相结合，相较于格构墙与微型钢管桩相结合的方案，能节省近24%的成本。

3.深基坑支护施工工艺

3.1 技术指标

该建筑深基坑的支护方式以直径较大的搅拌桩为主，其主要技术指标包括：桩径为1500mm，桩距为1300cm，桩强为不小于1.5MPa，桩长在23-33m 范围内，压顶板由强度等级为C30 的混凝土浇筑而成，厚度为250mm，宽度在7.0-17.1m 范围内，压顶板与墙体之间采用单根长度为2000mm 的钢管相连，钢管间的设置距离为1.3m，灌注材料所用水泥以42.5 硅酸盐水泥为主，水灰比按照0.7-0.8 的范围控制，单位长度桩体掺入数量为625kg。

基坑作业实施前，需对其周围地面做好硬化处理，提供稳固可靠的场地并避免地表上的积水进入；在基坑外部增设截水沟，并在内侧布置排水盲沟与集水井；基坑挖设期间，禁止在周围2m 之内进行堆载；土方开挖务必按设计规定实施，防止超挖；按图纸要求将挖土所需机械设备放置好，并做好车道准备，规划正确的挖土顺序，确定适宜的堆土部位。为避免车辆对成型的结构造成撞击，或导致基坑底部的原状土被严重扰动，务必采取针对性措施，土方开挖应遵循分段分层原则，同时注意单个段落的长度不能20m，且每一层的挖深不能超过1.5m；若超挖，且超出设计要求的深度50cm 以上，则要在经安全验算确认合规之后才可以进行之后的施工；在做好动态设计工作的基础上实现信息化施工，也就是在施工期间做好监控和检测，尤其是重要部位与关键工序必须增设测点，或指派专人加以监督控制，以免施工中的疏漏使之后的基坑施工处于不稳定状态[1]。

3.2 搅拌桩施工工艺

搅拌桩进场并到达指定位置后，按设计要求于桩中线进行标记。将钻头对准标好的桩位后，即可开始钻进，在钻进的同时进行喷浆搅拌，到达要求的深度后还要在向上提升钻杆的同时继续喷浆，此时现场全体施钻人员务必做好各项参数的记录工作。按规定的水泥掺加数量与提升速度施工，以确保搅拌达到预期质量，并将首根桩进行试验检测，确定钻杆提升速度和泵浆数量之间是否良好匹配。在采用两喷两搅的方法进行施工时，应确保单根桩单位体积水泥掺加数量合乎规定。按设计规定将单根桩施工好之后，应立即停止泵浆，并将桩机移动至下一个做好各项准备工作的桩位继续施工。每天形成的记录都要安排专人做好审核，通过后由监理人员及建设方的代表进行签认。

在搅拌桩施工中应注意以下几方面要点：

（1）该建筑深基坑搅拌桩支护施工中应做到唯一可变量，这一变量即为和机械设备良好适应的时间参数。水泥土强度会受到很多因素的影响，包括原状土类型和性质、水平方向上的旋转速度、钻杆下沉和提升速度、电流、浆液泵送速度和流量、喷浆压力与浆液配合比。因深度方向上存在多种土层，并且不同土层之间自身性质存在显著差异，故为保证水泥土强度，现场施工中应结合电流与地质情况对各项技术参数作必要的调整[2]。

为按照上述方法施工后达到理想的质量，需在开工前做好地质钻探工作，根据形成的勘察报告，掌握搅拌桩所在区域地质情况，为之后的质量控制工作提供一些有价值的参考，最终得出准确的施工参数。在搅拌桩施工结束后，立即采用钻孔抽芯的方法进行检验，将其作为参数调整的依据，满足工法基本要求，使桩身强度达到相关规定。

（2）待桩机到达指定位置后应随时做好垂直度控制，基于此，要在明确桩基自身特性的基础上，从技术和管理两方面入手加以控制；与此同时，施工所用搅拌机应能实现跨沟作业，要求最大跨沟宽度达到5-7m，这样能在保证垂直度的基础上确保桩体顺利搭接，在确保强度顺利形成的基础上达到理想的止水效果[3]。

（3）若制浆的过程主要采用人工进行控制则存在很大随机性，对此要借助自动控制系统进行控制，以此定时定量的输送水泥，满足桩身强度形成所需。

（4）除了在桩孔钻进过程中确定桩体强度形成所需时间，还要为包含清孔或掏孔等在内的工序配备专门的设备。

（5）施工时，钻杆下沉和提升速度要按照200mm/min 左右控制，基于这一速度的电流值在100A 左右，需持续搅拌至少5min 的时间；当采用四片刀进行搅拌时，单位桩长搅拌次数应达到250 次及以上，此时的转速按每分钟40 转控制，同时注意不可变速[4]。

3.3 加劲桩施工工艺

加劲桩的桩径在800mm 左右，采用C25 混凝土浇筑而成，施工时要求桩位偏差不超过50mm，垂直度偏差不超过1%。加劲桩施工重点在于和搅拌桩之间紧密结合，使两者形成一个稳固的整体。不仅要在钻孔过程中明确桩体强度形成所需时间，同样要为包含清孔以及掏孔在内的施工环节配备专门的设备。

3.4 压顶板施工工艺

设计在该建筑深基坑的不同剖面分别增设压顶板，其高度为250mm，宽度在7000-17100mm 范围内。搅拌桩形成后，与压顶板间通过钢管相连，单根钢管的长度为2m，按照1.3m 的间隔距离设置，其目的在于使围护桩形成整体。待搅拌桩施工结束，且达到设计规定以后，才能开始压顶板的浇筑施工。施工中应先对搅拌桩的顶部进行凿毛，将顶部浮土清理干净，直到内部钢管露出，然后进行钢筋绑扎，再按照分段的方法对压顶板进行浇筑。浇筑用混凝土以商品砼为宜，借助斗车与混凝土泵将其泵送至预先设置好的模槽当中[5]。

施工务必遵照图纸实施，将钢筋绑扎好后，使模板准确就位，然后开始混凝土浇筑，待浇筑结束后还应加强养护。为确保钢筋绑扎顺利完成，应先做好支护桩的清理工作，将分布在桩顶范围内的杂质清理干净。

压顶板浇筑需采用商品砼，由泵车运抵现场，采用泵送的方法入模。压顶板施工设计投入两套振捣装置和一组由四人组成的专业施工队伍。混凝土浇筑期间的重点在于做好振捣，振捣结束标准为表面出现大量浮浆以及骨料停止沉落。施工期间需对包含钢筋与模板在内的部分进行检查，若发现可能对后续施工造成影响的因素，应立即暂停施工，进行针对性处理，之后才可以继续浇筑。若需要进行分段施工，则一般不建议在转角与边界等部位设缝，同时要注意在先行浇筑完成的端头处进行台阶预留和钢筋搭接处理，完成上述各道工序后，清除接头部位存在的浮渣，并在冲洗干净后即可开始后续施工[6]。

混凝土浇筑完成后不断干燥，这是对基坑支护成效有很大影响的因素，为确保混凝土实际强度达到要求，必须重视并加强养护工作，具体的流程和方法为：在浇筑完成的12h 之内进行洒水养护，使浇筑完成的部分一直处于湿润，避免由于干燥速度过快导致混凝土产生裂缝，通常情况下这个过程需要持续至少5d。此外，在夏季等水分蒸发速度很快的情况下，可考虑在浇筑完成的部分铺设一层麻袋，以此起到减慢水分蒸发速度的作用。

3.5 降排水施工

集水井开挖借助反铲实施，对于坑脚处的排水沟，可借助人工进行开挖，要求处在实土上，若存在松土，应及时将其夯实。该建筑基坑的挖深相对较大，坑周围土层包括素填土、含淤泥粉砂与淤泥质土，由于没有太多自由水，所以基坑范围内的降排水实际上就是降低地下水和排除雨水。在实际的降排水安排过程中，需遵循内降外不降，也就是在基坑范围内开挖排水沟和集水井，以此降低基坑范围内地下水位。抽水需安排专人负责，经排水沟达到集水井，再通过适当的沉淀采用水泵抽排到管网系统当中。

按预先放出的位置和挖深借助各类工器具实施开挖，此时要将平面位置和深度误差分别控制在2cm 以内，同时既有建筑物和土石方之间接触部分的平整度偏差也要控制在3cm 以内，整个平面上相邻两个非直线段之间的连接必须达到圆滑和平顺，经检查确认合乎要求后采用蛙式打夯机等机械对地基进行夯压，直到密实。集水井和排水沟的底部都使用强度等级为C10 的素混凝土，两者垫层厚度分别按100mm 和60mm 控制，严格按照设计要求的配合比进行配料，并保证搅拌均匀，对此要连续搅拌至少90s 的时间。排水沟与集水井都使用灰砖进行砌筑，砌筑完成后的规格符合相关标准的要求。在砌筑灰砖的过程中要注意用水均匀淋湿。在整个砌筑过程中务必做好检查工作，以确认墙面是否垂直与平整，并根据检查结果随时进行纠正，以免在事后通过凿墙处理[7]。

在基坑开挖过程中因各方面原因可能导致侧壁发生渗漏的问题，对此结合以往工程建设积累的经验，导致基坑渗漏的原因包括：在基坑搅拌桩施工中因机械设备发生故障使相邻两根桩之间未能良好搭接；由于搭接长度不足或对现场的记录与真实情况不相符使基坑侧壁产生不同程度的渗漏；场地内地下水的水头有显著差别，加之地下水有很强的流动性，使部分泥浆被地下水冲走，进而对成桩质量造成不利影响，最终引起基坑侧壁渗漏；场地内分布地下障碍物，使止水帷幕无法闭合，导致基坑的侧壁产生渗漏；同样是由于地下水的水头存在明显差别，使止水帷幕无法从基坑的底部穿过，导致基坑底部出现涌水或涌砂。对于因以上原因导致的渗漏或涌水以及涌砂等问题，需在出现问题后立即进行推土反压，以此避免基坑发生坍塌，之后还可以考虑通过引入注浆等方法对基坑范围内设置的止水帷幕予以补强，使止水帷幕发挥出理想的止水效果。

3.6 基坑监测

基坑挖设与地下空间施工期间，为了能尽可能早的发现潜在的问题并能尽快制定针对性对策，确保基坑部分的施工可以顺利完成，必须对整个基坑施工实施监控，并做好对监控所用元器件的检测及指标分析，以保证监控成果的准确性。基坑挖设开始前应先检查确定附近是否存在既有管线，同时还要确认发现的管线是否处于需监测区域。

工作中需监测的内容包括：顶部水平和竖向位移、地下水位、周围既有建（构）筑物沉降、深层水平方向位移和地表道路沿竖向发生的位移，其监测频率为：基坑挖设前5d 按1 次/2d 的频率监测，超过5d 时按1 次/d 的频率监测，底板浇筑完成前7d 按1 次/2d 的频率监测，浇筑完成7-14d 按1 次/3d 的频率监测，之后按1 次/5d的频率监测，监测进行到浇筑完成28d 后。

按规定针对二级基坑提出的报警与控制值，可得出如下初步取值范围：对于顶部沿水平方向产生的位移，按60mm 的标准控制，在达到50mm 后报警，在达到35mm 后预警；对于顶部沿竖向产生的位移，按60mm的标准控制，在达到50mm 后报警，在达到35mm 后预警；对于基坑周围既有建（构）筑物沉降，其中，沉降按20mm 的标准控制，在达到15mm 后报警，在达到10mm 后预警；相对沉降则按照1/1000 的标准控制，在达到1/1500 后报警，在达到1/2000 后预警；对于区域地下水位发生的变化，在其累计值达到1000m 后报警，同时在变化速率达到500mm/d 时报警。

监测的目的并非得出各项监测结果，而是要根据所得监测结果为之后的施工提出合理化建议。在将该基坑挖设至设计要求的标高，且将新出土口填充完成，但旧出土口还没有开挖的情况下，新挖设的部分暂时还存在一定程度的位移，其它部位虽然也有变形，但幅度并不大。部分区域累计变形数量较大，对此要在之后的施工中注意防止这些区域有重载车辆通过或堆放任何重物。此外，由于基坑北侧与既有道路之间的距离很近，所以在挖设结束后应以最快的速度做好底部硬化处理，这样能将基坑施工可能对邻近道路造成的不利影响程度降至最低。从水平和竖向沉降实时监测结果可以看出，基坑不同位置产生的水平方向位移和竖向沉降，以及区域地下水位升高和下降都处于预先确定的报警值以内，同时还能保持在相对稳定的状态，这在很大程度上验证了上述施工方法是合理可行的，具有一定的参考借鉴价值。

结语：

综上所述，深基坑开挖和支护是现在很多建筑工程建设的关键环节之一，该建筑深基坑支护在各参与方积极配合之下，顺利完成支护和开挖施工，并且都达到了预期的效果，基坑在整个开挖和基础施工中都处在安全稳定的状态，验证了以上深基坑支护方法的合理性与有效性，可作为其它类似建筑工程的深基坑支护技术参考。在将来的建筑深基坑支护和开挖施工中，一方面要根据深基坑所在场地的地基岩土层性质与特点以及现场施工条件选择适宜的支护形式，另一方面则要严格按照相关规定开展施工，并在做好支护的同时高度重视和加强防排水，以此保证支护体系可靠性，确保整个建筑基础施工过程安全性。