深基坑內支撐支護結構的工程應用淺析

摘 要：文章基于某高層建筑的基坑開挖工作，介紹了深基坑混凝土內支撐結構的特點，分析了混凝土內支撐支護結構在該工程中的應用效果，根據工程的監測資料，說明混凝土內支撐支護結構在大深度、大面積的軟土地基基坑開挖工程中應用是行之有效的。

關鍵詞：深基坑；內支撐支護；軟土地基

引言

隨著我國城市化建設加快步伐，各地高層建筑層出不窮，對于高層建筑中的基坑開挖工作中，經常遇到由于深度較大、地基土工程地質狀況較差或者周邊具有較多的地下管網等情況，而使得基坑工程施工收到較大的約束，針對此類情況，工程中一般采用內支撐式基坑支護結構來解決問題。基坑工程的內支撐支護結構由支撐結構和擋土構造共同組成，其作用就是由擋土結構來承擔基坑側向的土、水壓力，防止基坑土體出現坍塌破壞；由內支撐結構來協助擋土結構共同承擔，使得基坑側向土壓力與水壓力作用下的擋土結構保持平衡，從而控制基坑壁的位移。由上述基坑內支撐支護結構的組成部分及其作用機理可知，擋土結構與支護結構作為一個整體共同保證基坑工程的正常運行。基坑工程施工過程中還需要根據工程的止水與地基加固處理措施，并在保持基坑工程鄰近建筑物、地下管網安全的前提下，才能使得基坑工程正常施工。本文主要分析了混凝土內支撐支護結構在我國沿海某城市的基坑工程的應用情況。

1 混凝土水平內支撐結構的特點

本文主要論述了混凝土水平內支撐系統在工程中應用情況，該內支撐支護結構具有的特點如下所述：

1.1 具有較好的穩定性能、剛度大、變形小，對于鄰近建筑物和地下管線系統具有較好的安全保障。

1.2 耐沖擊、承載力大，土方開挖過程中，挖土機有可能對支撐結構造成較大的撞擊，所以需要支撐結構具有較好的抗沖擊與抗壓性能。

1.3 該支撐支護結構的拆除難度大，一般采用控制爆破的方式進行拆除，所以在實施爆破拆除工作前需要制定詳盡的施工方案，以確保人員與建筑物的安全。

2 混凝土內支撐支護施工技術

2.1 工程概況及支護設計方案

某高層建筑設計為地下兩層，平面建筑面積為5000平方米，開挖深度為11米，局部挖深達到15米。為軟土地基。基坑土方量5000立方米。該基坑設計方案為：于基坑四周采用密布排列鉆孔灌注樁（直徑1000mm、間距1.0m和深23m）作為擋土結構；在擋土結構外側采用雙鉆頭的且水泥土配制比為13%的深層攪拌樁作為防水結構；基坑內設有兩道混凝土內支撐結構并將支護樁的側向水平力傳遞給圍檁，基坑內部分軟弱地段通過深度為7米的攪拌樁對地基進行加固。

2.2 混凝土內支撐施工

圖1為混凝土內支撐支護結構斷面示意圖。混凝土支撐施工與土方開挖工作相互配合完成，混凝土內支撐結構的施工順序為：外側防水帷幕施工（深層攪拌樁）—支護結構鉆孔灌注樁施工—支撐結構（立柱）—表層土方開挖作業—首道混凝土支撐結構與第一道圍檁施工—深井降水—開挖地基土方至第二道支撐結構標高—第二道混凝土支撐結構與第二道圍檁施工—開挖土方至基坑地面設計標高處—破工程樁的樁頭并進行墊層施工—地下室底面板施工—養護地下室底板、拆除下層的混凝土支撐結構—第二層地下室施工—回填基坑—拆除上層混凝土內支撐結構—第一層地下室施工—基坑工程主體結構完成。

3 混凝土內支撐支護結構施工過程中關鍵技術措施

3.1 支護灌注樁系密排樁施工，由于樁間距要求為100mm，相對樁的直徑來對比，對于灌注樁的垂直度要求較高，要求嚴格控制至1%范圍內。支護灌注樁在施工時一般采用連續施工的方式，這樣可以有效地客服樁體擴孔現象。根據有關的工程實踐，一般在前一根灌注樁終凝后的1～2小時內，進行鉆孔施打下一根灌注樁時，不會對前一根樁造成明顯的擾動，而如果兩根樁施工間隔時間較長，則會發生前樁擴徑而導致后施工樁難以鉆進的情況。

3.2 混凝土內支撐結構的立柱設置應盡量避開工程樁，一般將其設于工程樁單元的中心，將支撐立柱設計為底板采用灌注樁、上部采用型鋼組合樁與工程灌注樁同時施工可以有效地節約鋼材，且立柱下部在基坑施工完后還可以作為工程樁使用。

3.3 混凝土支撐拆除

混凝土內支撐結構的拆除工作需要待地下室底板施工后達到一定的強度后進行，采用松動爆破法。

3.4 確定基坑降水方案應該綜合考慮多方因素方能確定

首先是工程地質概況，包括地基土的物理性質參數（地質組分、含水量、塑性指數）、地下水位、滲透系數以及鄰近建筑物和地下管網；基坑的開挖深度及施工進度安排（施工方法、季節等）；擬采用的降水機械的使用狀況和應用效果；類似工程的施工經驗總結。

3.5 考慮內支撐結構對土方開挖的影響及兩者的相互配合

在基坑工程施工中，土方開挖工作需要與內支撐結構施工相互配合完成。因為土方開挖開始后，支護結構與防水帷幕開始發揮自身的作用，所以需要盡可能地考慮減少支護結構對于土方開挖工作造成影響，同時也避免土方開挖工作對支護、防水帷幕造成破壞。為滿足上述的要求，需要根據現場的土方開挖方案實施時按照先支撐后開挖的工序進行，一般第一次挖土至支撐標高時，立即進行支撐施工，等到支撐結構發揮支撐作用時，才能對支撐下部土體繼續進行開挖工作。而為了趕工期盲目開挖、邊挖邊撐、先挖后撐都會造成工程安全事故。

3.6 施工監測

基坑開挖施工過程中，需要對支護結構的側向變形、位移和沉降進行實時的監測，以科學的態度，根據實際的數據來知道基坑開挖施工是保證基坑工程安全、順利實施的必要的技術措施之一。根據實時的監測數據也可以更好地驗證基坑工程設計的可靠性，通過本高層建筑大樓的基坑工程監測資料，得到了基坑四周鎖口梁頂板的水平和垂直位移、支護灌注樁的垂直度、混凝土立柱的軸力與沉降以及地下水位的變化和坑外地基的沉降情況。

根據本工程基坑開挖開始至基坑地下室底板施工完成之前，共施工監測13d的觀測結果如下。混凝土支撐的最大軸力：第一道支撐4897kN；第二道支撐9104kN；與理論計算比較較近。混凝土支撐在垂直方向的沉降最大值為16mm。支護樁頂部水平位移10～16mm，有個別測點達到27mm。資料表明，本工程基坑支護結構安全可靠，所有變形均在允許范圍之內。混凝土支撐未發生開裂，整體剛度很好。第二道支撐爆破拆除后，第一道支撐的軸力有所增加（增加10%左右），支護樁位移基本不變。

4 結束語

通過工程實踐表明，對于10米以上的深基坑，采用混凝土內支撐支護結構對于保障基坑開挖的人員及建筑物安全具有較好的效果。通過工程監測的資料顯示，混凝土內支撐支護結構對于基坑面積較大、周圍環境較復雜的基坑開挖工程，其較大的承載力、大剛度、優越的整體性能以及支撐立柱數量較少便于土方開挖等特點，有利于基坑開挖的速度并為地下室施工提供方便。但混凝土內支撐支護結構還具有拆除工作量較大、施工工期長等缺點，需要在今后的工程實踐中逐漸改進。

參考文獻

[1]李俊才，羅國煌，張文進.不同支護結構的實測土壓力及其分析[J]，南京工業大學學報，2002，09：85-91.

[2]周順華.開挖理論[M].北京：中國鐵道出版社，1997：116-117.

[3]蘆森.分步開挖和逐級加撐的地鐵車站深基坑圍護結構性狀研究[D].浙江大學，2005.