建筑工程基坑支護施工關鍵技術探究

王井來

上海住陸建設集團有限公司 上海 201204

1 引言

隨著我國社會經濟的高速發展，各地摩天大樓突破天際的同時，也在不斷深挖地下空間。在建設地下空間時，不可避免會涉及到基坑支護的施工。基坑工程對建設項目的造價有直接經濟影響，基坑工程的個體性決定基坑施工沒有統一的模板，施工中的不確定因素極易導致生產安全事故的發生，造成不良社會影響。有針對性的做好基坑工程的施工管理和施工技術控制，可創造經濟效益和社會效益雙贏的局面。現結合具體的工程項目，分析其基坑支護的方案及施工技術的應用情況[1]。

2 項目概況

2.1 建設概況

該項目位于蘇州常熟市，項目由6幢住宅樓、一層地下室及附屬建筑組成，地下建筑面積20123.47m2，總建筑面積87368.25m2。該項目圍護面積約16759.4m2，圍護周長約704.4m，基坑典型開挖深度6.55m，局部坑中坑9.60m。基坑安全等級二級。

2.2 項目周邊環境

基坑外側距紅線較近，大開挖后無施工道路，項目東側為市政主干道，不能占用，南側為已建建筑，其余側為河道。

圖1 該項目基坑周邊現狀

3 基坑開挖及支護工程要求

3.1 地質條件要求

根據本項目地質勘察報告，場地內的潛水主要賦存于淺部層根蟲孔隙中。承壓水賦存于粉砂層⑦-層⑩中，主要接受徑流及越流補給，對本工程施工影響不大。

根據本項目地質勘察報告，除層①為新近堆積土外，其他各土層主要為Q4～Q3土層。

3.2 施工技術要求

本項目±0以下施工時可利用場地很少，基坑周邊無環通施工道路。如何保證施工順暢且兼顧基坑支護造價經濟和安全，對施工組織方面和技術方面提出了較高要求。

本項目初步圍護方案為采用鋼筋砼鉆孔灌注樁+拉森鋼板樁圍護，無支撐，僅正對出入口處設置一道棧橋。根據項目周邊現狀及施工實際情況，該基坑方案并不理想。棧橋寬度可以滿足砼施工要求，但并未有效解決施工中的鋼筋、木工制作場地、砼泵車架設場地缺乏問題。同時局部地區距離紅線外側河道距離超過17m，可以充分加以利用。結合相鄰項目的經驗及建設單位預售節點時間，經討論后提出幾條想法。

①將棧橋取消，棧橋位置土方暫不開挖，利用天然土體作為基坑長邊的中間支撐。該預留位置位于地下車庫處，不影響號樓的建設，對建設單位的預售節點有保證。預留土體位置寬度較寬，可以利用西側作為鋼筋、木工堆場及加工場。調整土方開挖方案，從兩側向中間推進，利用預留土體的東側作為土方運輸道路及砼泵車架設場地。既解決了施工場地問題，又增加施工面，使土方開挖進度得以提前。

②根據重點部位重點支護，一般部位一般支護的原則，根據土質及周邊的環境采用不同的支護形式進行優化。

③根據地質勘察報告及相鄰工地的經驗，僅對于場地西南角存在的古河道處進行局部降水，局部深坑位置根據開挖后情況決定是否需要降水。

④根據現場情況及支護類型確定塔吊基礎采用鉆孔灌注樁格構式基礎形式，與基坑支護無沖突。

經多次討論，最終審圖通過的支護設計定稿為：基坑東、北側采用拉森鋼板樁+放坡錨噴、大放坡錨噴支護；基坑西側采用拉森鋼板樁+放坡錨噴支護，局部淤泥質粉質黏土較厚處采用鉆孔灌注樁+放坡錨噴、重力式擋墻+放坡錨噴支護；已建開閉所、環網柜、基坑南側采用鉆孔灌注樁進行保護，基坑南側局部淤泥質粉質黏土較厚處采用雙排鉆孔灌注樁，樁間采取掛網噴漿支護。

4 基坑支護施工技術

4.1 基坑支護

本項目的支護形式種類較多，根據不同種類支護形式的特性確定其施工順序為：鉆孔灌注樁→水泥土攪拌樁（重力壩）→冠梁及壓頂→拉森鋼板樁→土方開挖→護坡及樁間掛網噴漿。

4.1.1 鉆孔灌注樁施工

鉆孔灌注樁施工工藝成熟、側向剛度大，廣泛應用在支護結構中，是一種常見的支護方式，對控制基坑變形、避免坑壁坍塌有較好效果[2]。

1）測量定位。測量定位選用全站儀。在測定樁位前，先根據測量成果表復核基點，閉合測量。

2）埋設護筒。鉆孔灌注樁的護筒作用是保護孔口、隔離松散土體、防止孔口塌陷、控制定位、標高。護筒采用壁厚3-5mm鋼制護筒，直徑應大于樁徑10cm，護筒埋設應穩定牢固。

3）泥漿制備。鉆孔形成時，泥漿使用得當可以抑制變形的產生。本項目泥漿制備就地采用粘土造漿，泥漿的性能指標見表1。

表1 泥漿性能指標控制表

4）樁機就位。樁機就位的同時連接好泥漿循環系統。

5）成孔。本項目采用正循環鉆進方法，開鉆宜輕壓慢轉，臨近終孔前放慢鉆進速度以便及時排出土屑，減少孔底沉渣。

6）清孔。清孔是鉆孔灌注樁施工非常重要的一道工序，清孔質量的好壞直接影響水下砼灌注及樁身質量。在鉆進到設計深度時，應減緩鉆進速度，使土層顆粒充分水化分散。第一次清孔在成孔結束時不提鉆慢轉清孔，時間一般控制在30分鐘的左右，第二次清孔是在鋼筋籠和導管安放到位后進行。

7）鋼筋制作及安放。①鋼筋的規格、型號應復核圖紙要求，并選用質保資料齊全的產品，鋼筋進場后及時復檢。鋼筋籠安放前應會同監理驗收并辦理隱蔽工程驗收記錄。②按圖紙加工制作鋼筋籠，鋼筋籠分段施工時鋼筋接頭應錯開連接。提前預制ф100的帶孔砼墊塊，在鋼筋籠制作時穿過主筋，沿鋼筋籠水平方向設置四塊，墊塊縱向間距3m。③采用汽車吊配合鋼筋籠緩慢入孔。鋼筋籠起吊安裝時，不得拖拽鋼筋籠，以免變形。鋼筋籠采用2根吊筋固定，吊筋長度根據機臺標高及籠頂標高計算確定，焊接在鋼筋籠上部，然后懸掛固定。

8）砼灌注施工。①放置導管，導管底端至孔底距離約0.3～0.5m。砼首次灌注作業，宜采用灌斗，一般采用球膽作為隔水塞。灌斗容量應確保砼灌入后導管埋入深度不小于1m。砼灌注應連續性進行，應始終確保導管埋在砼中不小于2m，嚴禁將導管提出砼面。②砼灌注至樁頂時應確保超灌長度不小于設計要求方可完成灌注。若超灌高度不足導致樁頂標高不到位，需進行處理，超過量過多不經濟、不環保，采用灌注樁超灌控制儀可避免上述問題。③及時做好砼試塊留置工作，每根樁一組。

4.1.2 拉森鋼板樁施工

本項目采用IV型拉森鋼板樁，長度12m，在支護冠梁、壓頂完成后土方開挖前施工。本項目地勘報告顯示層④粘土層強度高，較難穿透，故需引孔后施工。

1）定位。引孔前，采用全站儀進行定位，計算出拉森樁分段施工的起終點坐標，帶通線。2）引孔。引孔深度不宜與樁同深，引孔深度過深導致鋼板樁嵌入部位土體缺失，密實度降低，會增大鋼板樁的位移。引孔采用直徑400的長螺旋鉆機，引孔間距600，按鋼板樁施工順序依次引孔。3）沉樁。就位后先采用弱震方式使鋼板樁入土，再正常錘打。第一、二根鋼板樁的打設位置和方向要確保精度，使其起導向樣板的作用。先期沉入的樁相互間應焊接固定，避免引起拖帶沉降。4）轉角和封閉。拉森樁的轉角采用特殊轉角鋼板樁進行封閉。5）鋼板樁拔除。拔樁的振動影響，以及樁身帶土過多會造成地面沉降和位移，會影響鄰近原有建筑物、構筑物或地下管線的安全。對拔樁后留下的樁孔，必須及時砂石回填處理。并注意周邊土體變形情況，必要時可向樁孔內灌注水泥砂漿。

4.2 基坑降、排水

根據地勘報告及相鄰工程的情況，本項目僅針對性對基坑西南角的古河道進行管井降水。實際開挖后，古河道處降水效果明顯，其他部位未見地下水。

基坑四周設置排水溝，疏排雨水及地表流水。排水溝采用ф300排水管沿縱向剖開使用，埋設與壓頂平。雨水收集至雨水池作為沖洗設備用水，沖洗后排放至沉淀池，重復利用，最后經三級沉淀后排放至市政管網。

4.3 基坑開挖

1）挖土思路。本項目取消棧橋后，利用基坑中部的天然土體作為施工操作面，土方開挖期間該土體作為出土的主要道路。

基坑土方開挖應嚴格遵循“分層、分塊、對稱開挖”的原則，嚴禁一次開挖過深。預留B區塊作為土方開挖初始階段的出土道路，A、C區塊向B區塊方向同時開挖，最后從西向東開挖B區塊土方，所有土方全部外運。各區塊根據結構后澆帶位置共劃分為13個施工段，如圖組織流水施工。

2）土方開挖原則。①土方開挖前鉆孔灌注樁、攪拌樁、冠梁、壓頂等達到設計強度要求，古河道降水至開挖面以下0.5m。② 土方開挖高差不得大于2.0m，淤泥質土層不得大于1.0m，以防土體的局部坍塌造成結構樁位移破壞，嚴禁擾動基底原狀土。③土方開挖至基坑底面標高以上20cm處，應人工開挖至基底，不得超挖。基底外圈應設置排水溝，加強施工期間明水引排，避免土體被水浸泡。④土方開挖期間，禁止挖土機械在已開挖區域坡頂上行走，以免造成支護結構破壞；土方開挖及地下結構施工期間，基坑四周嚴禁堆土且控制地面堆載＜15Kpa.⑤委托專業單位實施基坑監測，實施信息化施工，隨時預報，及時處理。并把獲得的信息 通過修改調整設計反饋到施工中去，以指導施工，確保基坑安全[2]。

圖2 土方開挖流程圖

3）土方開挖。土方開挖分2層進行開挖。第1層開挖至冠梁底標高，即開挖至-2.8m標高。第2層土方至坑底，即-7.35m。

挖土時不得超挖，必須做到快挖快覆砼，無墊層暴露面積不宜大于200m2，以減少土體蠕變引起的圍護變形。

4.4 護坡施工

護坡施工跟隨土方開挖進度隨挖隨護，護坡應分層，分段，自上而下逐層施工，上層噴射砼面層達到設計強度的80%后方可開挖下層土。

護坡同一分段內噴射順序應自下而上。其施工工序為：土方分層開挖→噴射砼面層→鋼筋網鋪設→噴射砼面層。

5 基坑支護施工質量控制

5.1 鉆孔灌注樁

1）坍孔處理。在砂土層鉆孔時應嚴格控制進尺速度，并用調整泥漿的相對密度、粘度、膠體率等。

清孔過程中控制孔內水頭高度，供漿或供水管不應直接插入孔中，應通過泥漿池減速并調成稀漿后流入孔中，避免直接沖刷孔壁。

吊放鋼筋骨架時應沿孔中心垂直放入，防止鋼筋觸碰孔壁。

2）清孔。對不同的地質條件應取不同的清孔后的泥漿稠度。成孔后迅速清孔，不得停歇過久使泥漿、鉆渣沉渣增多造成清孔困難甚至坍孔，清孔后及時澆注水下砼。抽換泥漿速度不能太快，以防泥漿含砂率過大，沉淀層厚度大于設計要求。

3）水下砼灌注。灌注樁的灌注過程是在水下完成的，質量控制難度較大，施工不當極易產生斷樁等質量缺陷，因此需要特別注意以下幾點：①導管底端至孔底距離約0.3-0.5m，澆注過程中應避免導管口高于已灌砼。②首次灌注砼量應經過計算確定，確保首灌量能超過導管口，澆灌砼需連續作業。一般采用隔水栓或球膽封閉灌斗，球膽應能及時上浮并取出。③灌注過程中導管應始終埋入砼內不小于2m，一次提管拆管不得超過6m。

5.2 水泥土攪拌樁

攪拌樁施工時通過檢查水泥漿液的比重來控制水灰比，檢查數據要實施記錄并報監理驗收。前臺通過控制攪拌桿的入土深度和鉆進下沉、提升速度來控制漿液的注入量。

5.3 基坑外土體變形裂縫處理

基坑開挖過程中，因支護結構水平位移繼而造成土體沉降裂縫發生，若雨水進入裂縫將降低土體抗剪強度，造成支護穩定性變差，故需及時對基坑邊裂縫進行處理。一般采用灌注水泥漿的方式進行填縫，該方法適用于裂縫深度較淺的部位。對于較深的裂縫可采取壓力注漿的方式填縫，注漿壓力一般為0.3-0.5MPa，如有地面隆起或其它不利狀況出現，應及時減小注漿壓力，確保基坑周邊環境安全。

6 結論

本項目經圍護設計單位計算、優化后，采用了多種組合形式的支護結構。實際開挖后，基坑最大變形值均發生在鋼板樁處，水平位移最大值37mm，地表沉降最大值23mm，變形值符合設計要求，周邊道路、管線、建筑物未受影響。本基坑施工安全無事故、質量優良，達到了設計預期要求[3]。

取消棧橋采取以上措施后相對原方案節約經濟成本約400萬元，提前工期20天，項目按時預售、資金回籠及時，創造了良好的經濟效益。

綜合以上分析，本項目的基坑支護方案較為成功，技術上達到了設計目標，施工工期、經濟效果顯著[3]。本基坑因地制宜選擇支護類型，合理優化施工順序、施工方法，可以為類似工程起到參考和借鑒作用。