基坑支護(hù)施工技術(shù)創(chuàng)新

周法獻(xiàn) 崔鵬飛 溫 禾

(亞太建設(shè)科技信息研究院有限公司，北京 100120)

0 引言

我國地域遼闊，土層變化大，各地地理環(huán)境不同，基坑支護(hù)型式多樣，常用的支護(hù)方式有數(shù)十種，如：放坡、排樁、土釘墻、地下連續(xù)墻、水泥土墻、錨桿、內(nèi)支撐支護(hù)等單一基坑支護(hù)方法和雙排樁、排樁—土釘墻組合支護(hù)、PHC管樁—錨桿組合支護(hù)、土釘墻—錨桿組合支護(hù)、混凝土芯水泥土攪拌樁、雙排樁—錨桿組合支護(hù)等復(fù)合支護(hù)方法。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，基坑向深、大、復(fù)雜的方向發(fā)展，使得基坑支護(hù)難度變大。復(fù)雜的施工環(huán)境，促使基坑支護(hù)技術(shù)不斷的豐富和完善，以確保基坑以及周邊的建(構(gòu))筑物、管線、道路等的安全和縮短施工工期、節(jié)約成本。本文就近年來基坑支護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新和改進(jìn)進(jìn)行介紹，供相關(guān)人員參考。

1 內(nèi)支撐

內(nèi)支撐體系包括水平支撐和豎向支撐，主要構(gòu)成包括：圍檁、水平支撐、鋼立柱以及立柱樁。按照材料將內(nèi)支撐分為鋼筋混凝土支撐和鋼支撐等形式。

1.1 支撐布置

1.1.1鋼支撐與灌注樁成三角關(guān)系

中國建筑二局第三建筑工程有限公司施工的西部國際金融中心項(xiàng)目，基坑深度達(dá)25 m，紅布正街橫穿基坑工程，將基坑分為2.1與2.2兩期。2.1期跨度96 m，寬度30 m，采用鋼管支撐體系將土的側(cè)壓力傳至灌注樁，保證基坑的安全。方案設(shè)計(jì)上采用三個(gè)三角支撐的方式，將基坑內(nèi)的96 m跨度分成了3個(gè)區(qū)域，最大區(qū)域最外側(cè)的鋼支撐跨度僅為45 m，并在基坑內(nèi)形成大面積無支撐的空曠區(qū)域，空曠區(qū)域面積可達(dá)到整個(gè)基坑面積的50%～65%，可形成開闊的工作面，滿足挖土機(jī)械回轉(zhuǎn)半徑的要求，有利于多臺(tái)大型挖土機(jī)械自如運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)。但分成三角區(qū)域后，對(duì)灌注樁將會(huì)產(chǎn)生剪力，方案設(shè)計(jì)上考慮在灌注樁之間增加剪力塊(卡尺)，將巨大的剪力由多個(gè)灌注樁共同承擔(dān)。

1.1.2邊坡錯(cuò)位支撐技術(shù)

中建一局第五建筑有限公司施工的杭政儲(chǔ)出[2004]69號(hào)地塊項(xiàng)目位于杭州主城區(qū)錢江新城區(qū)塊，主要為一棟高28層的主樓(3層地下室)。工程基坑平面形狀為不規(guī)則三角形，基坑設(shè)計(jì)開挖深度為-16.60 m，局部深度約為-19.60 m。基坑西側(cè)為已建江干區(qū)體育場(chǎng)，基坑南側(cè)緊鄰水岸帝景住宅樓，基坑?xùn)|側(cè)為錢塘江，東北為京杭大運(yùn)河，水力補(bǔ)給豐富。項(xiàng)目周邊環(huán)境多變，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地連墻+三道水平支撐的形式，地連墻與外墻兩墻不合一，且僅距離100 mm。

基坑南側(cè)緊鄰水岸帝景住宅樓,其底板面標(biāo)高-6.92 m，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，原基坑圍護(hù)采用大放坡，回填土超過8 m，回填土不密實(shí)，一方面極易引起不均勻沉降，對(duì)降水更加敏感，同時(shí)大厚度的填土也對(duì)受力計(jì)算有較高的要求。由于規(guī)劃中要求建筑地下室邊線與紅線距離不得小于0.7h(h為基坑深度)，甲方為最大限度利用土地，地下1層較地下2層、3層外擴(kuò)7 m，針對(duì)此情況，普通的圍護(hù)方式已無法滿足要求，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定采用雙層圍護(hù)體錯(cuò)位支撐施工技術(shù)，即與一般圍護(hù)體系不同，該方位采用兩層圍護(hù)體，地下1層部位外圍護(hù)體采用鉆孔灌注樁，地下2層、3層內(nèi)圍護(hù)體采用地連墻，第一道支撐梁支撐在圍護(hù)樁上，第二道支撐梁支撐于地連墻上，形成錯(cuò)位支撐，這樣支撐體系整體的穩(wěn)定性及剛度均處在不利狀態(tài)。因此地連墻與灌注樁必須形成整體受力構(gòu)件，充分考慮撓度、剛度等方面的計(jì)算，設(shè)計(jì)選用300 mm厚配筋混凝土板作為兩層圍護(hù)體的傳力板帶,形成一種新型的換撐體系。

1.2 內(nèi)支撐與結(jié)構(gòu)構(gòu)件交叉部位分步施工

中國新興保信建設(shè)總公司研究總結(jié)出基坑內(nèi)支撐與結(jié)構(gòu)構(gòu)件交叉部位分步施工工法，該施工方法針對(duì)兩種不同情況，采取了兩種不同的施工方式來解決兩種內(nèi)支撐鋼管與土建結(jié)構(gòu)交叉施工的問題，可以不等水平支撐拆除，提前進(jìn)行施工，減少工期，施工質(zhì)量提高。對(duì)于地下室外墻與內(nèi)支撐鋼管交叉，采取將水平支撐鋼管留在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)，墻體被截?cái)噤摻畎丛O(shè)計(jì)要求進(jìn)行洞口加筋予以解決；連墻柱與內(nèi)支撐鋼管交叉，采取在柱兩側(cè)留置施工縫，部分鋼筋同步施工，預(yù)留一部分結(jié)構(gòu)后澆筑混凝土，后連接被截?cái)噤摻畹姆绞剑扇【植垦a(bǔ)施工的方式進(jìn)行施工。同時(shí)，對(duì)于地下結(jié)構(gòu)防水，地下室外墻與內(nèi)支撐鋼管沖突部位，采取加設(shè)止水環(huán)、封堵鋼板予以解決；對(duì)于連墻柱處防水，采取在后澆部位兩側(cè)增設(shè)止水鋼板予以解決。

1.3 局部加強(qiáng)型整體換撐技術(shù)

中建一局第五建筑有限公司施工的杭政儲(chǔ)出[2004]69號(hào)地塊項(xiàng)目，由于基坑外土質(zhì)為粉砂質(zhì)土，距錢塘江近，土質(zhì)滲透性高，水量豐富，同時(shí)西側(cè)體育場(chǎng)基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁，樁長約14 m～15 m，懸于坑底以上，且距坑底很近，基坑開挖后樁基擾動(dòng)大，需確保其安全。南側(cè)土體為回填土質(zhì)，受力及計(jì)算均不易掌控。根據(jù)工程特點(diǎn)，地連墻與外墻兩墻不合一，且僅距離100 mm的情況，為減少無支撐高度，改變普通換撐構(gòu)件點(diǎn)、線的形式為面的形式，經(jīng)過周密計(jì)算，在地連墻與結(jié)構(gòu)外墻直接采用100 mm厚素混凝土填實(shí)作為工程的整體換撐，對(duì)于汽車坡道、局部洞口等薄弱部位，采取增加臨時(shí)梁板構(gòu)件作為加強(qiáng)處理，形成局部加強(qiáng)型整體換撐技術(shù)，通過變形監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)顯示，基坑及相鄰建筑的變形均在可控范圍之內(nèi)。

1.4 內(nèi)支撐拆除

1.4.1拆撐加強(qiáng)構(gòu)件

中國建筑二局第三建筑工程有限公司施工的天津金融街(南開)中心項(xiàng)目分為南北區(qū)，北區(qū)基坑總面積約39 709 m2，車庫坑深12.2 m～13.4 m，基坑邊線距離周邊居民樓最近距離為6.37 m，周邊居民樓建造時(shí)間較早，抗變形能力弱，需要降低其在拆撐過程中所受影響。為降低影響，項(xiàng)目部在拆撐過程中設(shè)置了基坑內(nèi)支撐的拆撐加強(qiáng)構(gòu)件，包括設(shè)置在預(yù)拆除內(nèi)支撐底下的型鋼斜撐(可為鋼管、工字鋼等)、單邊支模的混凝土外墻、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、與底板相連的混凝土墩等。臨時(shí)斜撐采用型鋼材料，加快施工時(shí)間并能周轉(zhuǎn)使用。

1.4.2內(nèi)支撐分段拆除

基坑支護(hù)支撐梁的拆除是影響基坑施工進(jìn)度的關(guān)鍵因素之一，設(shè)計(jì)一般要求整個(gè)基坑支撐梁同時(shí)進(jìn)行拆除，但同時(shí)拆除支撐梁對(duì)大面積基坑施工進(jìn)度影響很大。因此，合理劃分施工段，在滿足基坑受力平衡的情況下，分區(qū)施工結(jié)構(gòu)層和拆除支撐，既能保證基坑內(nèi)正常作業(yè)安全，又可防止基坑及坑外土體變形，保證基坑附近建筑物、道路、管線的正常運(yùn)行，加快施工進(jìn)度。

1)北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司總承包部在天津于家堡金融區(qū)起步區(qū)03-15地塊工程中研究應(yīng)用了內(nèi)支撐轉(zhuǎn)換技術(shù)，研究了一個(gè)超大規(guī)模深基坑中有多個(gè)單體工程的情況下，由于各個(gè)單體工程施工進(jìn)度不一致，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一拆撐，從而運(yùn)用內(nèi)支撐轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行分階段拆除。內(nèi)支撐拆除采用了爆破和機(jī)械拆除兩種方法，以機(jī)械拆除法為主。

2)偉基建設(shè)集團(tuán)有限公司施工的野風(fēng)現(xiàn)代中心項(xiàng)目由1幢高層寫字樓和1幢高層商務(wù)辦公樓組成。根據(jù)地下室基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案中的支撐梁軸力和彎矩圖及結(jié)構(gòu)施工圖中后澆帶的設(shè)置可將整個(gè)基坑支撐分成五個(gè)受力體系。同時(shí)利用這五個(gè)受力體系的劃分將基坑分成五個(gè)施工段組織施工。在完成支撐梁下底板或樓板的混凝土澆搗,該施工段的換撐體系達(dá)到傳力平衡的前提條件下,提早拆除部分基坑支撐梁,從而加快了施工進(jìn)度,滿足了工期要求,也有利于穩(wěn)定基坑外土體的變形,保證基坑安全。

2 預(yù)應(yīng)力錨桿(索)

2.1 一樁多錨支護(hù)體系

泛華建設(shè)集團(tuán)有限公司為解決鄰近地下建(構(gòu))筑物或地下管線造成的預(yù)應(yīng)力錨桿無法實(shí)施的問題，確保基坑開挖后支護(hù)體系的穩(wěn)定和基坑變形控制要求，提出了一樁多錨支護(hù)體系并在多個(gè)工程中成功進(jìn)行了應(yīng)用。一樁多錨支護(hù)是在相鄰2根護(hù)坡樁之間，第一排腰梁之上布置2根或2根以上(樁間距較大時(shí))短預(yù)應(yīng)力錨桿，各排錨桿通過腰梁與護(hù)坡樁的連接，形成穩(wěn)定的支護(hù)體系。為避免產(chǎn)生群錨效應(yīng)，兩根護(hù)坡樁之間的相鄰錨桿設(shè)置為不同傾角，使錨桿的錨固體在土層深部張開；采用不同的錨桿長度，使錨桿的錨固段在土層深部前后錯(cuò)開。配合各排預(yù)應(yīng)力錨桿及護(hù)坡樁，能夠達(dá)到控制邊坡穩(wěn)定及變形的目的。該技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

1)受周邊環(huán)境影響小，應(yīng)用空間廣闊；

2)在受限空間內(nèi)充分發(fā)揮樁錨支護(hù)體系優(yōu)點(diǎn)，能夠確保支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；

3)工藝成熟、操作簡便，施工效率高，工程造價(jià)低；

4)占用施工工作面小，不影響其他工序；

5)環(huán)保效果好。

2.2 錨索注漿材料采用早強(qiáng)灌漿料

預(yù)應(yīng)力錨索已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地鐵深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，其注漿材料主要使用普通水泥漿液或水泥砂漿，在正常施工條件下錨索漿液強(qiáng)度達(dá)到張拉要求一般需要7 d～10 d,很難滿足基坑土方開挖施工工期要求。北京城鄉(xiāng)建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司施工的北京地鐵十號(hào)線二期西局站換乘節(jié)點(diǎn)部位基坑和豐臺(tái)站基坑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+4道預(yù)應(yīng)力錨索(局部鋼支撐)支護(hù)形式，錨索注漿材料采用ZYG早強(qiáng)灌漿料，平均每道錨索施工工期由7 d～10 d縮短到1 d～2 d，使深基坑施工中錨索施工工序和土方開挖施工工序合理銜接，提高了施工效率，確保了工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)超早接收，縮短了基坑暴露時(shí)間，提高了基坑的安全性，為車站主體結(jié)構(gòu)施工提供了條件。

中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所張勇等研制出一種自密實(shí)早強(qiáng)灌漿材料，并成功應(yīng)用于北京地鐵15號(hào)線宋家莊站。該車站主體結(jié)構(gòu)采用地下雙層多跨框架結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，明挖順作法施工。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)1 000余根預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行了灌注施工，1 d強(qiáng)度達(dá)到42 MPa，有效的保證了施工進(jìn)度和工程質(zhì)量。

2.3 承壓水以下預(yù)應(yīng)力錨桿施工

通常情況下，深基坑的支護(hù)體系多為地下連續(xù)墻(咬合樁)+預(yù)應(yīng)力錨桿，如基坑底標(biāo)高位于承壓水頭以下，在承壓水的作用下錨桿無法施工，則需加設(shè)混凝土水平內(nèi)支撐。然而水平內(nèi)支撐會(huì)影響相應(yīng)位置的土方開挖、后期結(jié)構(gòu)施工的施工進(jìn)度，并為后期施工過程帶來一定安全隱患，對(duì)結(jié)構(gòu)主體及底板防水造成一定質(zhì)量隱患。中建三局集團(tuán)有限公司在北京市CBD核心區(qū)Z14地塊商業(yè)金融項(xiàng)目中，通過創(chuàng)新施工工藝，克服承壓水對(duì)錨桿施工的影響，實(shí)現(xiàn)孔口涌水順利封堵并使錨桿形成有效注漿體，其拉拔力滿足基坑支護(hù)要求，進(jìn)而采用承壓水下錨桿取代混凝土水平內(nèi)支撐，節(jié)約了工期，保證了施工質(zhì)量、安全等。該技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):1)通過在外套管拔出過程中增加一次微壓(0.5 MPa～0.8 MPa)劈裂注漿，避免錨固段注漿體因被承壓水、土擠壓而不飽滿的現(xiàn)象發(fā)生，保證注漿體與周圍土體有足夠的接觸面積，進(jìn)而保證錨桿拉拔力滿足基坑支護(hù)要求；2)通過在孔口封堵時(shí)插入PVC管，伸入支護(hù)體背后長1 m～2 m進(jìn)行微壓(0.5 MPa～0.8 MPa)劈裂封口注漿，在不影響鋼絞線自由段在多次張拉下自由滑動(dòng)的前提下實(shí)現(xiàn)孔口密封無滲漏水，并在錨桿張拉前于錨頭處加設(shè)橡膠密封板，避免錨桿因張拉導(dǎo)致孔口封堵產(chǎn)生裂隙而出現(xiàn)滲水的情況。

3 復(fù)合支護(hù)

多年來，基坑支護(hù)先后產(chǎn)生多種復(fù)合支護(hù)，如地下連續(xù)墻、灌注樁、攪拌樁、內(nèi)支撐等，許多支護(hù)先支后拆，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工程造價(jià)大。在工程實(shí)踐中，對(duì)于那些巖層較淺，巖土穩(wěn)定性較好區(qū)域，工程基礎(chǔ)持力層一般在強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖或微風(fēng)化巖上，土層不透水性好，基礎(chǔ)地下水較深，一般無需進(jìn)行特殊的地下水降水方式，針對(duì)這環(huán)境，江蘇弘盛建設(shè)工程集團(tuán)有限公司研究出了一種新型的支護(hù)形式，無降水基坑鋼管芯樁附工字鋼梁復(fù)合支護(hù)，它采用微型鋼管外注漿成樁，并用雙工字鋼鎖口的方法解決了深基坑的支護(hù)難題，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。該復(fù)合支護(hù)技術(shù)基坑開挖同常見土方開挖不同，開挖過程中不用放坡，減少了開挖量；施工過程中各個(gè)工作面錯(cuò)開，邊挖邊噴射混凝土，能夠有效節(jié)約工期。

4 袖閥管注漿

袖閥管注漿工法在注漿加固工程中得到較廣泛應(yīng)用，深圳、廣州及北京地鐵施工中曾多次采用袖閥管注漿技術(shù)加固地層，取得了良好的效果。該工法在應(yīng)用中取得了新的進(jìn)展：

1)30 m以上超深建筑基坑采用袖閥管注漿止水帷幕技術(shù)。深圳平安國際金融中心基坑工程基坑深度達(dá)33.8 m，為了保護(hù)地鐵周邊結(jié)構(gòu)以及基坑周邊管線,采用了大量的袖閥管注漿施工技術(shù)。基坑開挖過程中，基坑側(cè)壁止水效果較好，基坑北側(cè)地鐵隧道及其配套設(shè)施變形在允許范圍以內(nèi)。

2)花管注漿和袖閥管注漿結(jié)合加固地基。采用鋼花管和袖閥管相結(jié)合是一種取長補(bǔ)短的綜合注漿方法，主要是取袖閥管注漿的可控性、均勻性和提高可灌注性的優(yōu)點(diǎn)，取鋼花管的加筋作用，提高豎向承載力和側(cè)向承載力的優(yōu)點(diǎn)。如：a.新臺(tái)高速公路某路段屬軟基路段，通車后，地基持續(xù)沉降，路面出現(xiàn)裂縫，局部邊坡小面積側(cè)向位移等。廣東能達(dá)高等級(jí)公路維護(hù)有限公司采用鋼花管和袖閥管相結(jié)合注漿加固方案，取得了很好的效果；b.中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司在深圳平安國際金融中心基坑工程中，采用水平花管注漿和袖閥管注漿相結(jié)合的施工方法，控制地鐵周邊結(jié)構(gòu)以及基坑周邊管線沉降變形，取得了理想的效果。

5 地連墻成槽

目前國內(nèi)地下連續(xù)墻成槽施工專用的國產(chǎn)和進(jìn)口成槽機(jī)，其抓斗只能完成對(duì)強(qiáng)風(fēng)化的初步抓取，對(duì)中風(fēng)化和微風(fēng)化的抓取幾乎是無能為力，無法滿足復(fù)雜巖層地下連續(xù)墻成槽入巖的施工要求，如地連墻底部需穿越強(qiáng)、中風(fēng)化巖層，進(jìn)入微風(fēng)化巖層，局部進(jìn)入微風(fēng)化層厚7 m～8 m。江蘇弘盛建設(shè)工程集團(tuán)有限公司研發(fā)了一種由液壓抓斗和傳統(tǒng)的沖錘沖巖法技術(shù)特點(diǎn)相結(jié)合的新型施工設(shè)備和工藝——復(fù)雜巖層高頻振沖抓斗成槽機(jī)及其施工工藝，能保證復(fù)雜巖層地下連續(xù)墻成槽施工進(jìn)度和質(zhì)量。

該技術(shù)利用液壓動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)安裝在抓斗上部框架內(nèi)的高頻振動(dòng)沖擊體，外框架保持垂直度穩(wěn)定，通過蓄能加力，快速?zèng)_擊破碎巖層，同時(shí)通過液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)抓斗開閉，對(duì)破碎體進(jìn)行抓合切削，然后用懸掛抓斗的履帶起重機(jī)將土、砂、破碎的巖層混合體吊起排出。在挖槽同時(shí)采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁，防止壁面土體坍落。在成槽結(jié)束后，通過掃孔清孔工序，清除槽底浮土，提高墻體承載力。最后放入鋼筋籠，進(jìn)行水底混凝土澆筑。主要技術(shù)參數(shù)：1)成槽垂直度偏差控制在1‰以內(nèi)；2)能夠穿透強(qiáng)度在20 MPa～30 MPa及以上的巖石層。

基坑支護(hù)技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)還有很多，如：特殊形狀基坑支護(hù)，可回收預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)，工字鋼微型樁支護(hù)技術(shù)，復(fù)雜條件下多種支護(hù)技術(shù)組合施工技術(shù)等，這些技術(shù)可節(jié)約成本，保護(hù)環(huán)境，保證施工安全，加快施工進(jìn)度等，限于篇幅，不再贅述。