高層結(jié)構(gòu)深基坑支護技術(shù)探析

薛 偉

(山西四建集團有限公司，山西太原 030024)

0 引言

深基坑是指開挖深度不小于5 m或開挖深度大于3層地下室深度的基坑。在我國城市建設(shè)中，為了讓土地資源得到更充分利用，提升建筑用地使用率，建筑形式開始向高層、超高層方向發(fā)展。與此同時，承載相應(yīng)高度建筑荷載的深基坑支護工作越發(fā)得到重視。深基坑是大型的土體開挖工程，深基坑的支護技術(shù)以及施工質(zhì)量直接影響著整個建設(shè)工程的期限及質(zhì)量。

1 深基坑支護形式選擇

1.1 鋼板樁支護形式

鋼板樁支護施工工藝較為簡單，大量使用于擋水及擋土。由帶鉗口或者鎖口的熱軋型鋼做成的鋼板樁相互接連形成鋼板樁墻，常見有直腹板型、Z形以及U形三種截面形式。但由于其施工過程中對附近地基變形影響較大，或是發(fā)出噪聲，影響周邊環(huán)境，所以在人口較為稠密的地區(qū)，常限制使用。同時，由于鋼板自身具有較大的柔性，當錨拉系統(tǒng)或者支撐的設(shè)置不適時，會產(chǎn)生較大變形，因此，在基坑深度大于7 m的工程中，不適于使用［1］。

1.2 深層攪拌水泥樁支護

當土層土質(zhì)為粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、淤泥、素填土，且基坑深度小于6 m時，適合使用深層攪拌水泥樁支護形式。深層攪拌水泥樁支護由具有一定強度、水穩(wěn)定性以及整體性的水泥土樁墻形成支護結(jié)構(gòu)。水泥土樁墻是通過機械攪拌的形式，把軟土劑與作為固化劑的水泥強行拌合，使二者之間發(fā)生化學(xué)物理反應(yīng)而逐漸硬化所形成。

1.3 排樁支護

對鋼筋混凝土鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁每個樁間隔開定量距離進行疏散布置且獨立樁間橫截面相切進行密排布置形成擋土結(jié)構(gòu)，各獨立樁通過在樁頂端澆筑截面積較大的鋼筋混凝土帽梁加以聯(lián)系，構(gòu)成排樁支護形式。為了預(yù)防地下水攜帶土顆粒由樁間縫隙進入基坑，需要在每根樁后設(shè)置特有的防水帷幕措施或?qū)γ扛鶚侗郴驑堕g進行高壓注漿，配置旋噴樁、深層攪拌樁。排樁支護具有施工簡單，無大型機械施工、無噪聲、震動危害等特點，且成本較低［2］。

1.4 地下連續(xù)墻支護

因為其本身較好的防滲止水效果以及整體剛度較大的優(yōu)點，地下連續(xù)墻常適用于環(huán)境比較復(fù)雜的施工現(xiàn)場以及在地下水位下方含有砂土、軟粘土等多樣地層的基坑工程中。當基坑挖深超過10 m，且對四周環(huán)境保護度要求較高時，常使用此種支護形式。但在堅固土質(zhì)中開挖時，成槽難度大，特別是在巖層中使用特殊挖槽機械，導(dǎo)致此種支護形式施工費用偏高［3］。

1.5 土釘墻支護

土釘墻支護結(jié)構(gòu)是由密集土釘群、加固后的土體、噴射混凝土面層以及防水系統(tǒng)形成的復(fù)合式擋土結(jié)構(gòu)。通過在土體中安置定量長度及密度的土釘與土體間的摩擦約束力保持邊坡的穩(wěn)定性。土釘支護所需施工設(shè)備簡便、施工流程便捷易行、施工效率較高，同時較少占用施工場地，施工過程中噪聲低，對周邊環(huán)境影響很小，費用較之板樁、連續(xù)墻等相對低廉，因此在我國的基坑支護中被廣泛使用。土釘墻支護結(jié)構(gòu)一般適用于地下水位上方或者通過措施排降水之后的普通可塑、普通硬塑土、素填土、雜填土或者非松散砂土及堅硬粘性土等土質(zhì)均勻邊坡。通常，土釘墻適用于挖深12 m左右邊坡，坡度為70°～90°。土釘長度設(shè)計為0.5倍 ～1.2倍挖深，間距取1 m ～2 m，土釘同水平面呈5°～20°夾角。為了使土釘與面層可以很好連接，設(shè)置加強筋與承壓板。土釘宜適用型號HRB335以上直徑約16 mm～32 mm螺紋鋼。噴射混凝土面層須配置鋼筋網(wǎng)，混凝土強度不得低于C20，厚度約80 mm～200 mm。注漿材料宜用水泥漿或水泥砂漿，注漿水泥應(yīng)采用普通硅酸鹽水泥，強度不低于42.5級。注漿方式可采用重力無壓注漿、低壓注漿、高壓注漿和二次注漿。土釘墻頂部應(yīng)采用砂漿或混凝土護面，自坡頂1 m內(nèi)應(yīng)配置與墻面內(nèi)相同的鋼筋，坡頂與坡角應(yīng)設(shè)置排水溝［4］。

2 深基坑支護施工管理分析

2.1 深基坑工程施工控制要點

深基坑工程施工過程復(fù)雜，包含挖土擋土、防水圍護等一系列步驟，每一步出現(xiàn)偏差都會致使后續(xù)工程無法進行，甚至發(fā)生事故。因此，施工單位必須嚴格遵守規(guī)程組織施工，按照技術(shù)規(guī)范以及施工組織設(shè)計進行施工，在各重要環(huán)節(jié)定制詳細施工措施，實行全程控制。在訂立開挖方案之后，要對地質(zhì)勘查報告、周邊建筑、構(gòu)筑物及地下設(shè)施等情況綜合分析。在特殊土質(zhì)區(qū)域，要精心組織施工。在土質(zhì)為膨脹土區(qū)域，不適宜雨季進行開挖，土質(zhì)較軟區(qū)域，開挖不適宜太深。如果開挖太深或者進程太快，很容易對土體抗剪強度造成破壞，改變原有平衡，進而造成事故性坍塌。

2.2 深基坑周圍土體止水效果控制要點

地下水水源較為復(fù)雜，通常來自于上層的承壓水、潛水、滯水、周邊管道滲水以及雨水，當?shù)叵滤恢孟鄬^高時，會給深基坑施工帶來很大危險。制定基坑工程止水方案需要根據(jù)豐、枯水期地下水位的變化、地質(zhì)勘查資料以及深基坑周邊環(huán)境，由防水、排水以及降水三個方向加以研究。當四周有其他基坑時，使用堵水為主要手段，抽水輔之，不然將導(dǎo)致四周建筑物發(fā)生不均勻沉降，嚴重時會導(dǎo)致管涌、坑底流沙現(xiàn)象。當四周無其他基坑時，則使用降水為主要手段。

在水位較高區(qū)域的基坑工程中，止水帷幕被廣泛使用，常通過壓力注漿法、漿噴深層攪拌法、高壓噴射注漿法以及粉噴深層攪拌法等作為止水措施。在通過漿噴深層攪拌法作為止水措施時，若攪拌樁質(zhì)量不佳，在開挖基坑后會有較多滲水現(xiàn)象出現(xiàn)，如果繼續(xù)加以灌漿處理，就會導(dǎo)致造價增高、拖延工期。所以，當采用此種止水措施時需要注意下面幾點:

1)確保樁體質(zhì)量合格。要有合理的水泥漿配比，水泥樁均勻攪拌，樁長要符合設(shè)計深度，以免樁頭產(chǎn)生無漿攪拌現(xiàn)象，尤其在土層差異較大區(qū)域，由于樁徑難以控制，極易使止水結(jié)果無效;2)確保樁體搭接長度以及密實度合格，避免蜂窩、空洞和樁頭開叉;3)不可隨便在支護結(jié)構(gòu)上開口，不然會危及結(jié)構(gòu)安全性能，破壞止水帷幕，滲入地下水［5］。

2.3 深基坑支護檢測管理

在深基坑施工過程中，如果基坑的整體穩(wěn)定性與剛度發(fā)生了問題，基坑支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形、沉降或是水平方向位移，或者結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫及坑底有變形及隆起，都會致使基坑支護工程失敗。因此，就有必要安排專業(yè)監(jiān)測員，對基坑支護工程進行全程信息化管理。監(jiān)測員監(jiān)測周邊環(huán)境，根據(jù)土體、支護結(jié)構(gòu)變形情況，對比設(shè)計、勘查的預(yù)估性狀，對監(jiān)測資料進行動態(tài)研究。監(jiān)測員要比照位移、變形的方向、大小、頻率，根據(jù)預(yù)警標準，及時預(yù)報基坑施工過程中容易產(chǎn)生的險情。當位移、變形數(shù)據(jù)超出預(yù)警標準時，要采取及時有效的應(yīng)對手段，保證施工安全。

對深基坑支護施工過程進行監(jiān)測的主要內(nèi)容包含:1)支護結(jié)構(gòu)裂縫及沉降情況;2)支護結(jié)構(gòu)頂端水平位移情況;3)周邊建筑物、構(gòu)筑物以及道路設(shè)施的裂縫、沉降情況;4)基坑底部的變形及隆起情況等。

施工監(jiān)測通常需要進行每日目測，除此之外每隔8 m～10 m設(shè)置監(jiān)測點，基坑開挖之后，每天進行3次監(jiān)測，支護結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵區(qū)域要加密布置監(jiān)測點，當產(chǎn)生位移量較大時也應(yīng)該適當增加監(jiān)測次數(shù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)要根據(jù)被測目標真實情況取得，并由此畫出變化趨勢曲線圖，結(jié)合誘發(fā)險情的條件，進行科學(xué)決策，以及時排除險情。當基坑深度較大時，還需要監(jiān)測支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力，如果應(yīng)力數(shù)值超過設(shè)計值的90%(或者支撐結(jié)構(gòu)變形量達到10 mm)時，要立即采取防范措施。

3 土釘墻支護結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用

3.1 深基坑支護方案設(shè)計

本工程總建筑面積301 492 m2，建筑結(jié)構(gòu)為框架剪力墻，地下2層，地上27層。周邊建設(shè)環(huán)境較為復(fù)雜，分布有其他建筑。基坑開挖深度13 m，慮及材料堆場和施工作業(yè)面問題，本基坑只可選擇小角度放坡。結(jié)合建設(shè)場地水文地質(zhì)情況，經(jīng)專家多次論證、研討、綜合分析，決定選用土釘墻支護方案。本工程選用土釘墻基坑支護，在設(shè)計上確?；影踩_挖的同時，經(jīng)濟方面，造價低于其他排樁類支護結(jié)構(gòu)，且施工周期較短，工藝相對簡單。

深基坑北側(cè)、南側(cè)、東側(cè)分別有其他高層建筑，故采用1∶0.1～1∶0.4坡率放坡進行土釘墻支護;深基坑西側(cè)無其他建筑，因此使用放坡掛網(wǎng)噴射混凝土進行支護。土釘墻的放坡坡度接近90°，土釘長度為7.5 m～15 m，成孔直徑130 mm，傾角15°，采用梅花樁形式布置，土釘水泥漿體強度20 MPa，水泥漿配比(W/C)0.5，水平和垂直間距均為1.5 m。面層結(jié)構(gòu)采用φ6.5@250 mm×250 mm鋼筋網(wǎng)，C20混凝土保護層的厚度為75 mm。根據(jù)建設(shè)場地情況，深基坑支護使用3種型式布置土釘墻，分為A型、B型、C型，C型坡面支護圖見圖1。

圖1 C型坡面支護圖

3.2 土釘墻支護施工

土釘墻支護工程與挖土方工程交叉或者平行施工，支護和開挖要分段分層進行，分段寬度為15 m～25 m，分層開挖深度低于土釘標高0.5 m下土層。上層作業(yè)面噴射混凝土面層與土釘未達到70%設(shè)計強度前，不可以進行下層土方開挖。土釘墻主要施工工藝流程見圖2。

圖2 土釘墻施工工藝流程

工程成立監(jiān)測小組，對類似工程基坑土釘墻圍護進行統(tǒng)計調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見圖3。通過分析圖3可以得出，本工程影響深基坑土釘墻質(zhì)量控制的主要問題是土釘墻遇砂層易塌孔，其累計頻率達59.4%，是A類因素，成為解決問題的主要對象。

圖3 質(zhì)量問題排列圖

4 結(jié)語

1)深基坑支護方式種類繁多，在選取支護方案、進行支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時，須對基坑土質(zhì)、開挖深度、四周建筑物情況加以綜合考慮，對支護結(jié)構(gòu)的施工過程難易性、安全性、經(jīng)濟適用性加以綜合考量，選取最優(yōu)方案。

2)深基坑支護施工過程是一個動態(tài)設(shè)計、動態(tài)信息化管理的過程，在施工過程中，要做到嚴格按照設(shè)計總體規(guī)劃、施工全程監(jiān)測、根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整設(shè)計方案，調(diào)整施工過程，保證整個工程安全順利的完成。

［1］秦四海.深基坑工程優(yōu)化設(shè)計［M］.北京:地震出版社，2011.

［2］趙花麗，傅少君.深基坑工程的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.孝感學(xué)院學(xué)報，2005(5):70-71.

［3］謝 成，王國強，王艷君.濱湖大廈深基坑支護工程多種支護方案的優(yōu)化設(shè)計［J］.安徽地質(zhì)，2009(1):9-10.

［4］陳肇元，崔京浩.土釘支護在基坑工程中的應(yīng)用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［5］中國建筑科學(xué)研究院.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001:7-9.