高層建筑施工中基坑支護(hù)施工技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐

黃 曼

(亳州市建筑業(yè)管理服務(wù)中心，安徽 亳州 236800)

0 引 言

隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，高層建筑在我國建筑領(lǐng)域內(nèi)的比重越來越大，盡管這一發(fā)展趨勢對(duì)社會(huì)群體的生活環(huán)境起到了優(yōu)化作用，但建筑工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化發(fā)展趨勢，也在一定程度上對(duì)建筑基坑支護(hù)施工設(shè)計(jì)提出了更高水準(zhǔn)的技術(shù)要求[1]。

1 高層建筑施工中基坑支護(hù)需要注意的問題

影響基坑支護(hù)施工水平的因素較多，對(duì)其進(jìn)行整理后，提出四點(diǎn)在高層建筑基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的關(guān)鍵問題，如圖1所示。

圖1 高層建筑基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的關(guān)鍵問題

下面對(duì)圖1提出的問題進(jìn)行詳細(xì)闡述：

(1)相比其他類型的建筑工程項(xiàng)目，基坑支護(hù)施工項(xiàng)目更為復(fù)雜，加之高層建筑結(jié)構(gòu)與功能的更新，使基坑施工技術(shù)的重要性越來越凸顯。盡管施工方已在研究中進(jìn)行了支護(hù)施工設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，但仍無法保證方案的更新速度與高層建筑結(jié)構(gòu)創(chuàng)新速度保持一致[2]。對(duì)出現(xiàn)此種問題的原因進(jìn)行深入分析后發(fā)現(xiàn)，大部分高層建筑施工項(xiàng)目的現(xiàn)場勞動(dòng)力為農(nóng)民工，此部分群體在市場內(nèi)具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，而在招聘勞動(dòng)力時(shí)，不同群體的技術(shù)能力與工作經(jīng)驗(yàn)也存在參差不齊的現(xiàn)象，此種現(xiàn)象使建筑工程項(xiàng)目在施工中的質(zhì)量較難把控。

(2)基坑支護(hù)施工項(xiàng)目在竣工驗(yàn)收階段出現(xiàn)質(zhì)量方面問題，是一種較為常見的現(xiàn)象，隨著建筑領(lǐng)域內(nèi)競爭的越發(fā)激烈，建筑施工方會(huì)將更多的精力投入到項(xiàng)目施工成本控制方面，通過對(duì)支出成本的緊縮，為企業(yè)創(chuàng)造更高的收益，以此達(dá)到提升項(xiàng)目市場競爭力的目的[3]。但隨著成本的壓縮，工程的質(zhì)量也難以避免地隨之降低，加之現(xiàn)如今建筑工程項(xiàng)目在實(shí)施中存在現(xiàn)場安全防護(hù)措施落實(shí)不到位的現(xiàn)象，更是為竣工后的成果留下了更多的安全隱患。

(3)施工區(qū)土質(zhì)勘測與現(xiàn)場施工條件勘察是項(xiàng)目實(shí)施的前提條件，在此階段中，施工方需要調(diào)派專項(xiàng)人員，采用獲取土樣的方式，進(jìn)行土質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析，掌握基坑結(jié)構(gòu)的具體情況，并結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行支護(hù)方案的選擇與優(yōu)化[4]。然而在實(shí)際作業(yè)中，施工方對(duì)于土質(zhì)的采樣與環(huán)境的勘測存在顯著地不規(guī)范作業(yè)問題，甚至一些建設(shè)單位在施工前忽視了此項(xiàng)工作，沒有進(jìn)行前期勘察勘測工作，便開始施工。在此種條件下設(shè)計(jì)的支護(hù)設(shè)計(jì)方案難免會(huì)存在紕漏與不足。

(4)為了保證設(shè)計(jì)的基坑支護(hù)方案具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，需要在完成施工方案的設(shè)計(jì)與組織配置生成后，由技術(shù)人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行指導(dǎo)，此時(shí)技術(shù)人員需要根據(jù)現(xiàn)場施工作業(yè)條件，結(jié)合其早期工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)有的方案進(jìn)行優(yōu)化，但實(shí)際工作中，部分技術(shù)人員過于依賴其早期工作經(jīng)驗(yàn)，或部分技術(shù)人員在指導(dǎo)工作中缺少足夠的經(jīng)驗(yàn)作為支撐，而無論上述任何一方面的問題，都會(huì)導(dǎo)致施工成果與預(yù)計(jì)成果出現(xiàn)偏差。

2 高層建筑施工中基坑支護(hù)施工技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 基于施工場地地質(zhì)條件的支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇

為實(shí)現(xiàn)對(duì)高層建筑施工的基坑支護(hù)，首先需要明確施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件，對(duì)不同勘探深度下的土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，并針對(duì)不同的土層結(jié)構(gòu)，合理選擇相應(yīng)的支護(hù)類型[5]。高層建筑施工中，常見土層名稱及對(duì)應(yīng)物理力學(xué)特征見表1。

表1 高層建筑施工現(xiàn)場基坑土層及物理力學(xué)性質(zhì)表

在明確高層建筑施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件后，對(duì)其支護(hù)結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行選擇。由于當(dāng)前高層建筑得到進(jìn)一步發(fā)展，城市內(nèi)部地區(qū)能夠合理使用的土地面積急劇減小，針對(duì)這一變化趨勢，傳統(tǒng)以放坡為主的支護(hù)方式已經(jīng)不再適用于這一發(fā)展需要[6]。基于此，針對(duì)當(dāng)前城市中高層建筑物結(jié)構(gòu)的支護(hù)結(jié)構(gòu)施工，更多地采用以放坡為輔的類型。在這類支護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，常用的有排樁式結(jié)構(gòu)、水泥土擋墻式結(jié)構(gòu)、邊坡穩(wěn)定式結(jié)構(gòu)等。

當(dāng)高層建筑施工區(qū)域的基坑平面形狀適合時(shí)，可采用拱墻式結(jié)構(gòu)的支護(hù)方式，同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中這種支護(hù)方式的設(shè)置通常還會(huì)伴隨著地下水位的上升，因此當(dāng)?shù)叵滤簧仙^基坑最高限值時(shí)，則需要采取相應(yīng)的降水措施或截留措施，以提高基坑穩(wěn)定性[7]。針對(duì)高層建筑施工現(xiàn)場的土層結(jié)構(gòu)為二級(jí)或三級(jí)的非軟土類型，可以采用上述提到的邊坡穩(wěn)定式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)支護(hù)；當(dāng)高層建筑施工區(qū)域的基坑較淺且位移一般小于6 m，可選用水泥土擋墻式結(jié)構(gòu)的支護(hù)類型。

2.2 基坑支護(hù)施工作業(yè)流程

在確定具體施工時(shí)選用的支護(hù)結(jié)構(gòu)后，還需要明確作業(yè)流程，開展實(shí)際施工操作。不同支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工步驟不同，本文以常見的鉆孔灌注樁施工為例，針對(duì)其施工具體工作流程進(jìn)行設(shè)計(jì)說明[8]。在實(shí)際施工過程中，可采用泥漿護(hù)壁的施工模式，通過正循環(huán)鉆進(jìn)形成鉆孔灌注樁。施工順序如圖2所示。

圖2 鉆孔灌注樁技術(shù)施工順序圖

按照?qǐng)D2中所示的施工順序完成整個(gè)施工流程。同時(shí)，在具體施工時(shí)，還需要對(duì)該項(xiàng)技術(shù)措施實(shí)施的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。通常情況下，針對(duì)鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將其橫截面直徑設(shè)置在500 mm以上、800 mm以內(nèi)。將中心點(diǎn)到側(cè)邊的距離設(shè)置為600 mm，選用強(qiáng)度等級(jí)為C25的混凝土結(jié)構(gòu)，將坍落度控制在16～22 cm。在對(duì)孔壁施壓時(shí)，針對(duì)淤泥土層壓力設(shè)置為6～8 kN；針對(duì)黏土層壓力設(shè)置為7～11 kN。在鉆孔過程中，針對(duì)軟土層和風(fēng)化巖層可設(shè)置為二速，針對(duì)黏土層可設(shè)置為三速，泵量一般控制在65 m3/h以上。同時(shí)，在進(jìn)行對(duì)鋼筋籠的焊接時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保同一橫截面上的鋼筋接頭不超過總數(shù)量的一半，并確保2個(gè)接頭之間垂直方向上的間距不小于500 mm。除此之外，在進(jìn)行鉆孔灌注樁施工時(shí)，還需要按照“確定鉆孔位置”→“鉆孔設(shè)備鉆孔”→“孔內(nèi)一次清洗”→“鋼筋籠結(jié)構(gòu)放置”→“孔內(nèi)二次清洗”的順序完成施工。

2.3 基坑沉降實(shí)時(shí)監(jiān)測

為了確保基坑支護(hù)施工的質(zhì)量，同時(shí)也為了后續(xù)施工的順利進(jìn)行。在完成上述所有施工步驟后，還需要對(duì)基坑的沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。在進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測時(shí)，首先需要明確監(jiān)測的具體內(nèi)容為基坑深層次結(jié)構(gòu)上的水平方向位移變化參數(shù)。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際施工需要，還需要針對(duì)高層建筑施工中建筑物、地表等沉降情況進(jìn)行同步監(jiān)測。通過對(duì)多種參數(shù)變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測，能夠?yàn)樽罱K的監(jiān)測結(jié)果提供更加可靠的實(shí)時(shí)依據(jù)。在對(duì)沉降檢測孔進(jìn)行布設(shè)時(shí)，首先，應(yīng)當(dāng)根據(jù)基坑周圍土層的實(shí)際深度，對(duì)布設(shè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，為實(shí)現(xiàn)對(duì)土體在水平方向上的位移變化數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，在其周圍設(shè)置10根斜管；其次，針對(duì)基坑內(nèi)部集水井降水同步情況的監(jiān)測，設(shè)置20個(gè)水位觀測孔；最后，針對(duì)基坑周圍結(jié)構(gòu)的沉降觀測，設(shè)置若干個(gè)沉降觀測點(diǎn)。在監(jiān)測過程中，基坑沉降量可通過以下公式計(jì)算得出：

(1)

式中：w(x,y)為基坑水平和豎直方向上的位移；ξ為水平方向上施加的集中荷載；η為垂直方向上施加的集中荷載。根據(jù)上述公式計(jì)算得出基坑沉降的具體沉降值。同時(shí)，在上述公式基礎(chǔ)上，可利用各類監(jiān)測設(shè)備為其提供更高精度的計(jì)算參數(shù)。例如，在監(jiān)測過程中可引入CX—97980型測斜儀和精密型水準(zhǔn)儀對(duì)基坑沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，采用隱蔽式的沉降觀測標(biāo)志，將基點(diǎn)設(shè)置在原有建筑物結(jié)構(gòu)上，并保證測點(diǎn)與地面之間的垂直距離為5 cm。CX—97980型測斜儀和精密型水準(zhǔn)儀在基坑沉降監(jiān)測中的監(jiān)測原理示意圖如圖3所示。

圖3 CX—97980型測斜儀和精密型水準(zhǔn)儀監(jiān)測原理示意圖

結(jié)合圖3中的監(jiān)測原理，按照高層建筑施工設(shè)計(jì)圖紙中規(guī)定的基坑沉降限值，將其實(shí)際監(jiān)測結(jié)果與按照上述公式計(jì)算得出的沉降量參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，若超出限值范圍則需要采取相應(yīng)的解決方案進(jìn)行妥善保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑支護(hù)施工質(zhì)量的全面監(jiān)測，以此促進(jìn)高層建筑整體施工質(zhì)量的提高。

3 應(yīng)用實(shí)踐分析

選擇該地區(qū)某高層建筑施工項(xiàng)目作為實(shí)踐項(xiàng)目，通過與項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的信息對(duì)接，現(xiàn)已知該建筑項(xiàng)目建成后的占地總面積為78 733.92 m2，設(shè)定該建筑的抗震設(shè)防烈度為7度，隸屬丙級(jí)工程。在進(jìn)行建筑項(xiàng)目施工區(qū)域的勘察中發(fā)現(xiàn)，此建筑項(xiàng)目的基坑支護(hù)施工場地為Ⅲ類場地。

完成對(duì)項(xiàng)目建設(shè)中基礎(chǔ)信息的獲取后，由現(xiàn)場技術(shù)人員進(jìn)行基坑支護(hù)施工方案的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中參照地質(zhì)工程報(bào)告信息。為了避免施工中外界因素對(duì)工程施工進(jìn)展造成干擾，可在完成初步方案設(shè)計(jì)后，再次設(shè)計(jì)一個(gè)備選方案。完成施工方案的設(shè)計(jì)后，在施工建設(shè)區(qū)域內(nèi)，根據(jù)建筑施工的實(shí)際范圍，選擇5～8個(gè)觀測點(diǎn)(按照正文所述內(nèi)容設(shè)置觀測點(diǎn))，所選的觀測點(diǎn)應(yīng)具有通透性、視野開闊、前端沒有明顯遮擋物等特點(diǎn)。每個(gè)觀測點(diǎn)至少進(jìn)行2次數(shù)據(jù)獲取，當(dāng)兩次獲取的觀測數(shù)據(jù)結(jié)果在±1 mm范圍內(nèi)時(shí)，即可認(rèn)為此次監(jiān)測行為有效。當(dāng)獲取的觀測數(shù)據(jù)結(jié)果>±1 mm時(shí)，認(rèn)為監(jiān)測的結(jié)果存在偏差，需要采用多次測量取平均值的方式，進(jìn)行監(jiān)測最終結(jié)果的輸出。按照上述方式，進(jìn)行監(jiān)測結(jié)果的輸出，具體內(nèi)容見表2。

表2 建筑深基坑支護(hù)施工沉降觀測結(jié)果

上述表格中的允許沉降值參照《高層建筑基坑支護(hù)施工標(biāo)準(zhǔn)》文件設(shè)定。通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可知，所有測點(diǎn)通過沉降觀測后的沉降值均在允許沉降值范圍內(nèi)，證明本文設(shè)計(jì)的基坑支護(hù)施工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)此類工程施工質(zhì)量的提升，解決早期技術(shù)在基坑支護(hù)施工中存在的不規(guī)范沉降問題。

4 結(jié)束語

針對(duì)早期基坑支護(hù)施工方案存在的不足，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)可以提高支護(hù)施工水平的全新施工技術(shù)。通過此次設(shè)計(jì)，明確了完善支護(hù)施工方案是保證高層建筑底層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性的基礎(chǔ)。建筑施工方也應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注此方面的施工作業(yè)工作，通過不斷對(duì)支護(hù)施工技術(shù)的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)對(duì)我國建筑領(lǐng)域建設(shè)與發(fā)展水平的綜合提升。

在后期的發(fā)展中，建筑施工方應(yīng)持續(xù)引進(jìn)專業(yè)技術(shù)人才與高水平、高素質(zhì)勞動(dòng)力，通過勞動(dòng)力的支撐，做到對(duì)此類工程施工方案的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)為建筑行業(yè)的發(fā)展提供補(bǔ)給力量。此外，可通過跨行業(yè)合作的方式，進(jìn)行建筑施工資源的持續(xù)補(bǔ)給，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工方在市場內(nèi)占有資源量的提升。