高層建筑深基坑支護受力穩定性分析

關戈

淮北礦業（集團）工程建設有限責任公司

一、引言

高層建筑是我們國家當代用來進行城市建設的主要標識之一，同時高層建筑的建設也能夠有效地反映出一個城市的經濟發展水平以及先進的技術水平，不僅如此，它也能夠將土地資源在最大的程度上進行更加合理地利用。由于一個國家經濟社會的持續發展和提高，人民的生活條件已經獲得了明顯的提高，使得人們在對高層建筑的結構及其設計上有著極為嚴苛的要求。當前我們國家現階段存在的絕大多數高層建筑，均處在綜合性的發展階段，這階段的建筑可以為人民的居住提供更加優越的生活環境以及便利的工作環境。一旦危險的不可抗力發生，其破壞的范圍會很廣而且危害程度會很大，這就會使人民的生命財產安全受到嚴重的威脅。在此地區進行深基坑施工的過程中，在很大程度上均會遭遇到不可抗力的威脅事件發生。因此，在大中型高層建筑中的鋼板樁、排樁和深層攪拌混凝土樁等基礎支撐構件，在施工初期和保養時期的防震功能都比較弱，而如果遭受到自然災害等不可抗力情況的出現后，其本身結構就必然會遭受到損傷，最嚴重的就會沖擊地基的框架使得其結構發生倒塌，從而導致了施工事故的出現，更嚴重的話就會給施工者的人身安全帶來一定的危害。所以，就必須對大中型高層建筑的較深基坑支撐結構受力的安全性加以研究，有效保障了大中型高層建筑結構在遭受到嚴重破壞的同時，也可以切實保障居民的生命財產安全。

二、深基坑支護特點

1.概述

在工程施工中，一般深基坑是指開挖深度大于等于5 米或地下室三層以上（含三層），或雖深度不超過5 米，但地質條件和周圍環境及地下管線特別復雜的工程。確定深基坑的意義在于是否需要單獨進行支護設計，這一點對控制工程造價具有重要意義。

2.特點

深基坑支護工程要按安全等級及設計使用年限定性分析。目前深基坑支護工程多為臨時性工程，其設計使用年限不得超過2 年，與永久性工程相比（基坑上部除永久性支護外），它安全系數小，在有關規范中尚無統一結論。因深基坑支護對其安全有較多的影響人素，在這些因素中，開挖完成后地質條件復雜程度及深基坑周圍環境制約比較突出，現就深基坑支護的特點總結如下：

（1）開挖范圍越大，深度越大。

（2）周圍的環境越復雜施工的難度也就越大。

（3）工程地質、水文地質條件愈差，設計驗算指標愈大。

（4）工程事故頻繁發生。

（5）支護型式多樣化。

基坑工程和主體結構地下室施工關系密切：基坑工程實踐性強，新材料，新種類，新工藝必將引領科學技術發展。同時深基坑支護大多分布于建筑密度及人口密度較大的狹窄場地上，所以深基坑支護除了以上特征之外，還有較大的模糊性，不確定性甚至是突發性。

三、工程概況

本文以某高層建筑辦公樓為例，對上述闡述的問題進行實例分析與驗證。某大型高層建筑辦公樓一共有25 層，其中3 層樓是地下車庫，而在該建筑物的四周將會產生基坑的邊坡，其深度約在2.5m～12.5m 左右；在地基下方必須加以開挖并要挖深至基礎巖部，所開挖的巖層厚度必須在2m 以下，這樣產生了土層巖石混合的地基邊坡，同時還會產生一定的土質地基。基坑山體邊坡的回填方法均采用人工回填，總體的厚度相對較大，且里面的主體材料由砂石、泥巖殘粒脂蛋白碎石還有少部分的工程廢渣構成，并且局部范圍內還會存在少量的卵石，總體的回填期限在2～3 月之間，里面的構造主要是稍密居多，構造層次也是較為雜亂而且回填的平整度相對比較不好。按照基坑以及路堤邊坡的組成構造分析，該基坑結構比較容易就會出現坍塌，并且相對于其它結構會比較深一點（最深的距離可以達到12.5m）。為了可以保證該基坑以及整個建筑物的安全與正常使用，就需要對該高層建筑的深基坑進行有效支護。

四、深基坑支護受力施工

1.土釘墻的邊坡支護

土釘墻主要是在不擾動土層結構的前提下，所進行的加筋支護技術。將深基坑的邊坡利用鋼筋制成的土釘進行加固處理，在整體的表面上鋪設一層鋼筋網，并需要在其上面噴射一層砼面層，從而跟深基坑的邊坡相互結合。整體的構造是將邊坡中的土釘與周圍結構進行緊密結合的一種復合式結構，并在表面所形成一種類似于重力擋土墻的結構。土釘墻支護施工技術所采用的方式是自上而下的分層施工，并且需要按照相關要求進行嚴格的分層施工，以此來保證在施工的過程中整體結構的安全。使用機器進行開挖后，也需要利用人工對邊坡的細節進行修正，將其誤差控制在±15mm。利用土釘墻完成支護的施工順序則如下：

（1）傾斜度不大的坡地。可以使用人工來進行坡面的修正，讓其維持在平整的狀態，并且處理之后的要求滿足相關規定后也需要與設計的尺寸保持一致。

（2）基礎施工放線。根據設計圖紙上的尺寸規定，使用鋼尺進行孔位測量并進行相關標記，孔位的誤差需要在3cm以內。

（3）施工成孔。利用機械進行施工成孔，孔位的直徑為100mm，需要對開孔區域以及角度之間存在的誤差進行嚴格的控制，鉆孔時傾斜的角度要在2°以內。在進行土釘的制作以及安裝的過程中，每1m 的土釘主要鋼筋處需要同時配備一套Φ8.0 的錨栓定位器對其進行加固，將其放在所形成的孔洞內部。而在土釘墻施工的過程中比較適合的方法就是鉆孔法，一旦施工過程中遇到無法處理時，就可以利用52 號鋼管來對其進行鉆孔處理，并在鋼管頂端的1/3 處設置一個噴漿孔，每個部分有兩個且間隔要在120mm 左右，灌漿孔的直徑需要設置在7mm。鋼管整體的長度無法達到施工所規定的標準時，需要對其進行拼接處理，在拼接過程中需要選擇大一個型號的鋼管作為拼接處的接頭進行加固處理，而此鋼管的長度需要在鋼管直徑的五倍以上，拼接處需要進行焊接的處理；同時，加強處的接頭也可以變成直徑的接頭。對兩個鋼管同時起到承插的作用來進行相互的拼接，拼接處仍然需要進行焊接處理。

（4）建筑工程注漿。使用相對純的水泥砂漿或者是M30水泥砂漿，將其注入至管內并使用攪拌器進行攪拌，隨后將導管插入至孔內至少在50mm 以上，使用注漿泵對其進行加壓處理，砂漿可以通過導管進入到孔洞的底部，完成后在導管抽出后再進行補漿處理。將土釘全部完成之后，使其跟已經編制好的鋼絲網進行相互連接，防止其出現變形的現象。對“井”字型的錨桿進行焊接，再對其噴射厚度在100mm 的混凝土。一旦砂石巖層中無法進行鉆孔的情況下，則需要選擇52 號鋼管并且保證其厚度在5mm，對其灌注1/2 水灰比的水泥砂漿。需要特別注意的是，注漿的壓力要在0.75MPa以上，且注漿之后需要維持3min 不對其進行移動。

（5）邊坡錨噴。對其進行錨噴支護的過程中，使用的混凝土需要先經過試驗來確定其配比，其中粒徑最大不許超過15mm，并且水灰的比例要在0.5～0.75 之間，將用來進行噴射的混凝土攪拌均勻后在2.5 小時內使用完畢，也可以在其中可以額外增加添加劑，來使其可以達到預期所期望的效果。鋼筋網之間的拼接長度要維持在350mm 以上，與斜坡之間保持一定的距離，并且其厚度要在25mm 以上，將其與土釘進行緊密的結合。噴射過程中射程距離需要控制在1m 左右，進行噴射時需要分階段進行，自下而上進行且每次噴射的厚度要在50mm 以上。噴漿的路徑需要在基坑鋼筋網有效長度內進行，不將其噴入到混凝土中，在跟下一層鋼筋網相互連接處進行扎綁，隨后才可以在下層的墻體處進行混凝土噴射，并且對于接縫處的處理需要采用45°斜交的方式進行，隨后便完成利用土釘墻對邊坡進行支護的施工。

2.深層攪拌樁的地基支護

使用三軸深層攪拌樁對地基進行支護施工時，需要經過定位、布線、挖掘、鉆孔、施工以及成樁保護等。其中，挖掘導溝主要就是使用挖掘機沿著圍護結構內部的控制線進行挖掘，整體的寬度在1.5m 左右，深度在1.5m～2m 之間。進行注漿之前，需要對所需要的注漿材料進行實現準備，保證配比以及材料質量，使其能夠滿足相關規定的同時，也可以滿足施工設計的要求。使用鉆機進行攪拌過程中，需要使螺桿保持在均勻轉動的情況下，并且需要將誤差控制在：攪拌樁底部標高±25mm；攪拌樁樁頂部標高-75mm～+120mm 之間；攪拌樁直徑小于0.05D；樁基的位置小于75mm；垂直程度在0.25%左右。

第一次需要進行注漿的提升攪拌，當進行預攪拌的過程中，下降至所設計的攪拌樁底部標高之后，就需要將其上提一定距離，并同時使用壓漿泵對其進行送漿的處理。此時所需要攪拌時間要在30s 左右，并且需要保證提升的速度在0.55m/min 來進行，直至其達到所設計的高度為止。在進行送漿時，壓力要控制在0.5MPa 左右，此時攪拌頭的旋轉速度要保持在50 r/min。

第二次需要在進行下沉的攪拌，將砂漿達到所設計的高度之后，就可以停止對其送漿的施工。以0.75/min 的速度進行下沉的攪拌，到達底部后進行提升攪拌處理，以0.55/min的速度攪拌30s，直到可以達到攪拌樁樁頂部為止。

第三次需要進行最終的下沉攪拌，其下沉的攪拌速度要保持在0.75/min，在以0.55/min 的速度進行提升正轉的攪拌。同時，需要對注漿的管道進行清潔處理，并且在重復套鉆的過程中，也需要對墻體的連續程度以及接頭的質量進行嚴格控制。而三軸深層攪拌樁的拼接技術以及設備運行過程中的垂直程度，也需要利用重復的套鉆保持在一定品質范圍內。使用三軸深層攪拌樁對地基進行支護施工的過程中，也需要同時對其想好相關的養護工作，根據相關要求需要將30 天的強度保持在1.5MPa。當三軸深層攪拌樁的強度保持在要求范圍之后，就可以對圍護的圈梁進行施工，可以使用350 型的挖土機將兩側的土層挖掘到圈梁底部的標高，并在圈梁的兩側支護區域進行灌漿處理。至此，完成高層建筑深基坑支護技術的全部施工。

五、應用測試與分析

為了測試此次提出的高層建筑深基坑支護施工技術，不僅可以有效預防施工過程中出現的質量問題，還可以使支護后的深基坑可以穩定受力，選擇該高層建筑為實驗對象，通過實驗平臺對其進行模擬實驗，這樣可以有效降低成本和不穩定因素。實驗測試為受到相同環境因素影響的高層建筑，使用三種不同的施工技術，分析高層建筑發生水平位移的距離，下圖1 則為此次實驗測試的具體結果。

圖1 不同施工技術發生水平位移對比圖

由上圖1 可以明顯看出：使用逆作法支護技術進行挖掘后，整體發生水平位移的距離在40mm～60mm 之間；使用樁+錨索支護技術進行挖掘后，整體發生水平位移的距離在30mm～40mm 之間；而使用本文提到的支護技術進行挖掘后，整體發生水平位移的距離只在10mm～25mm 之間。通過上述數據計算可以得出，使用逆作法支護技術后，發生水平位移的平均距離為52.56mm；使用樁+錨索支護技術后，發生水平位移的平均距離為35.69mm；而使用本文提到的支護技術后，發生水平位移的平均距離只有17.25mm。可見本文所使用的支護技術在對高層建筑深基坑進行施工時，發生水平位移的距離要比傳統方法少。為了使測試結果更加準確，還需要在高層建筑深基坑的支護結構施工完成后，對整體結構發生沉降的位移距離進行更近一步的測試，具體結果如下圖2 所示。

圖2 不同施工技術沉降曲線示意圖

由上圖2 可以看出：同樣經過6 個月的時間，使用逆作法技術進行深基坑支護后，整體結構發生沉降的距離達到200mm；使用樁+錨索技術進行深基坑支護后，整體結構發生沉降的距離為100mm；而使用本文提到的技術進行深基坑支護后，整體結構發生沉降的距離只有45mm。可見本文所使用的支護技術，可以讓高層建筑深基坑發生沉降的距離變短，證明本文的支護技術可以使高層建筑的深基坑支護更加的穩定。綜上所述，使用本文技術方法對高層建筑的深基坑進行支護施工時，水平位移以及沉降位移的距離比兩種傳統技術方法都要短，這就表示文中的方法在實際應用方面是可以達到預期的效果。

六、結束語

此次分析在明確了解傳統施工技術存在一定問題后，有針對性地解決了施工以及控制的問題，為后續其它建筑工程或者其他區域建設提供了解決問題的依據，并且還可以減少質量問題的產生。但此次提供的辦法在某些程度上還不夠全面，今天可以通過對混凝土進行溫度控制，來配比出更加合適的施工材料，從而在各個角度都讓高層建筑的深基坑支護施工都變得更加穩定與安全。