土建基礎(chǔ)施工中深基坑支護施工技術(shù)研究

1 引言

土建基礎(chǔ)工程質(zhì)量對土建工程項目整體質(zhì)量存在直接影響。 相關(guān)企業(yè)及工作人員應(yīng)高度重視土建基礎(chǔ)工程，合理應(yīng)用于工程實踐中通過施工方案科學(xué)設(shè)計與施工技術(shù)， 不斷提高土建基礎(chǔ)施工質(zhì)量。 深基坑支護是當(dāng)前土建基礎(chǔ)工程較為常見的項目， 經(jīng)多年發(fā)展形成了多種深基坑支護施工技術(shù)。 例如，文獻(xiàn)[1]研究中列舉出鋼板樁、混凝土灌注樁等深基坑支護施工技術(shù)， 并結(jié)合鐵路下穿框架橋基坑支護工程案例詳細(xì)介紹混凝土灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用要點， 明確其合理使用對提高基坑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性存在積極影響。

2 工程簡介

深基坑支護工程為深圳某房屋基礎(chǔ)工程項目 （以下簡稱“A 項目”）核心內(nèi)容。 A 項目總占地面積約45 000 m2，總建筑面積約22 000 m2，集住宅樓、地下車庫、商業(yè)出租樓等為一體。 A項目±0.000 m 絕對高程超過800 m，主樓區(qū)域基坑底標(biāo)與地下車庫區(qū)域基坑底標(biāo)高范圍790~798 m，主樓區(qū)域基坑底標(biāo)與地下車庫區(qū)域基坑自然標(biāo)高范圍805~812 m，基坑深度范圍7.40~14.5 m。 A 項目基坑周圍環(huán)境較為復(fù)雜，北側(cè)鄰近大街，西側(cè)鄰近河道，南側(cè)南部存在既有居民住宅，北側(cè)存在地面車庫，東側(cè)、北側(cè)、南側(cè)等均有管道分布，包括用水管道、天然氣管道、通訊管道等。 A 項目地形高低起伏，地質(zhì)水文條件如表1所示。

3 深基坑支護施工方案設(shè)計與優(yōu)化分析

3.1 施工方案設(shè)計

綜合考慮工程項目特征、地質(zhì)水文條件、基坑周圍環(huán)境、基坑支護施工要求等因素，發(fā)現(xiàn)深基坑支護施工重難點如下：（1）基坑深度較深，且東西邊坡深度不一，常規(guī)支撐結(jié)構(gòu)無法滿足實際需求；（2）基坑施工場條件復(fù)雜，施工過程中對防水、止水措施應(yīng)用具有較高要求；（3）基坑部分地區(qū)邊坡力學(xué)性能較差，邊坡施工難度較大。

在深基坑支護施工相關(guān)要求指導(dǎo)下， 立足工程項目建設(shè)場地具體情況，結(jié)合基坑施工重難點等，聯(lián)系以往工作經(jīng)驗，設(shè)計采用鋼筋混凝土灌注樁作為本工程圍護結(jié)構(gòu)， 實行分區(qū)開挖策略，具體表現(xiàn)為：

1）基坑邊坡分為3 個區(qū)域，一區(qū)與二區(qū)支護形式均為“放坡+ 樁錨支護”，三區(qū)支護形式為“放坡+ 樁錨支護”“放坡+排樁+內(nèi)支撐支護”；

2）基坑內(nèi)部分為東部開挖區(qū)與西部開挖區(qū)，界線為主體結(jié)構(gòu)后澆帶；

3）東部區(qū)域先施工，施工期間做好西部區(qū)域放坡工作；

4）東部區(qū)域基坑開挖完成后，進(jìn)行后澆帶東部主體結(jié)構(gòu)施工、邊坡土體回填施工；

5）依靠東部主體結(jié)構(gòu)，構(gòu)建豎向與水平支撐柱，形成支撐反力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，在西部區(qū)域?qū)嵭袃?nèi)支撐結(jié)構(gòu)施工。 按照相關(guān)規(guī)定，對各項參數(shù)進(jìn)行計算，均滿足規(guī)范要求。

3.2 施工方案優(yōu)化

為進(jìn)一步提高深基坑支護施工質(zhì)量， 保證施工技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性、合理性、適宜性和有效性，設(shè)計利用有限元分析法進(jìn)行深基坑施工技術(shù)應(yīng)用全過程模擬， 探尋當(dāng)前設(shè)計方案存在的局限性， 并進(jìn)行設(shè)計參數(shù)優(yōu)化。 有限元分析主要軟件為ABAQUS，土體結(jié)構(gòu)模型采用Mohr-Coulomb 本構(gòu)模型。 有限元模型構(gòu)建過程中，確定基坑長度、寬度、深度分別為183 m、80 m、60 m。 與此同時，根據(jù)設(shè)計方案內(nèi)容，便于模型構(gòu)建需要，將支護樁等效轉(zhuǎn)化為地下連續(xù)墻厚度，轉(zhuǎn)換公式見式（1）和式（2）；將鋼格構(gòu)柱等效轉(zhuǎn)化為鋼筋混凝土柱，轉(zhuǎn)換公式見式（3）和式（4）。

式（1）~ 式（4）中，D 為支護樁直徑；d 為支護樁間距；H 為地下連續(xù)墻厚度；E 為彈性模量；A 為面積；r 為支護樁半徑。

根據(jù)類似工程經(jīng)驗與本工程項目地質(zhì)勘查結(jié)果等合理選擇模型材料參數(shù)，按照常規(guī)施工工序確定16 個工況，對比分析“先東部地區(qū)開挖，后西部地區(qū)開挖”與“先西部地區(qū)開挖，后東部地區(qū)開挖”深基坑支護施工情況，發(fā)現(xiàn)“先東部地區(qū)開挖，后西部地區(qū)開挖”基坑穩(wěn)定性更高，且對周圍環(huán)境的影響較小。

4 深基坑支護施工技術(shù)應(yīng)用要點分析

4.1 施工組織設(shè)置

深基坑支護施工過程中， 為保證施工技術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)確、到位，需要在施工前做好組織設(shè)置工作。 具體表現(xiàn)為：（1）成立深基坑支護施工技術(shù)小組，明確小組成員職責(zé)；（2）在設(shè)計人員、施工人員、管理人員等共同參與下進(jìn)行技術(shù)交底，保證施工人員能全面、準(zhǔn)確掌握施工設(shè)計意圖，詳細(xì)了解施工技術(shù)應(yīng)用要求；（3）建立良好溝通機制，為各部門有效溝通提供支持；（4）完善監(jiān)督與管理制度，保證所有人員嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行施工。

4.2 施工準(zhǔn)備安排

施工準(zhǔn)備對施工技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量、安全、效率等存在重要影響。 建設(shè)施工企業(yè)在深基坑支護施工正式開始前，應(yīng)圍繞“環(huán)境”（施工道路清理、 施工用電/ 水設(shè)置配置等）、“材料”（運輸規(guī)劃、 進(jìn)場前質(zhì)量檢測、 出入庫表單管理、 使用前質(zhì)量檢查等）、“設(shè)備”（設(shè)備合理選擇， 設(shè)備規(guī)范安放， 設(shè)備使用檢查等）、“技術(shù)”（技術(shù)交底，圖紙分析，要求說明等）、“人員”（安全教育、技術(shù)培訓(xùn)、能力考核等）做好施工準(zhǔn)備工作[2]。

4.3 深基坑開挖

深基坑開挖施工過程中需要注意的技術(shù)應(yīng)用要點如下。

1）施工人員嚴(yán)格遵循分層開挖原則、分區(qū)開挖原則、分塊開挖原則進(jìn)行有序施工。

2）深基坑開挖前仔細(xì)探查施工現(xiàn)場環(huán)境，掌握地下障礙物體分布情況，事前做好準(zhǔn)備，以免施工期間受地下障礙物影響，進(jìn)而影響施工進(jìn)度。

3）東區(qū)開挖與西區(qū)放坡時，需要加強基坑監(jiān)測力度，保證施工期間土坡始終處于穩(wěn)定狀態(tài)， 同時嚴(yán)格控制西區(qū)放坡角度，要求不超過45°。

4）土方開挖分多個階段進(jìn)行。 第一階段開挖至一區(qū)冠梁底標(biāo)高下50 cm 位置， 第二階段開挖至東部地區(qū)基坑底標(biāo)高位置，第三階段開挖至第一道內(nèi)支撐底標(biāo)高下50 cm 位置，第四階段開挖至第二道內(nèi)支撐底標(biāo)高下50 cm 位置， 第五階段開挖至第三道內(nèi)支撐底標(biāo)高下50 cm 位置； 第六階段開挖至西部地區(qū)基坑底標(biāo)高位置。 土方開挖過程中需要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，做好相關(guān)指標(biāo)檢驗工作。

5）開挖至深基坑坑底后，施工人員應(yīng)及時進(jìn)行土墊層澆筑、基礎(chǔ)底板澆筑，以免發(fā)生基坑隆起問題。

4.4 支護結(jié)構(gòu)施工

深基坑支護結(jié)構(gòu)施工過程中需注意的技術(shù)應(yīng)用要點如下。

1）嚴(yán)格按照“施工準(zhǔn)備→測量放線→埋設(shè)護筒→鉆機就位→鉆孔→清孔及質(zhì)量檢查→鋼筋籠制作與安防→導(dǎo)管放置→第二次清孔→水下灌注混凝土→導(dǎo)管拆除→樁頭處理→施工質(zhì)量檢查驗收”工藝流程進(jìn)行樁錨支護施工。

2）加強施工工藝流程各環(huán)節(jié)細(xì)節(jié)管理，保證各項操作規(guī)范、準(zhǔn)確、到位。 如測量放線時嚴(yán)格按照圖紙確定放樁位置，經(jīng)自我檢驗、小組檢驗、監(jiān)理檢驗等無誤后，做好相關(guān)記錄；護筒埋設(shè)過程中利用專業(yè)測量工具檢查埋設(shè)位置是否準(zhǔn)確， 將護筒中心與樁位中心之間的誤差控制在可允許范圍內(nèi)， 埋設(shè)后通過回填土防止漏水；水下混凝土灌注需要在二次清孔60 min內(nèi)開展，實踐操作中應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土坍落度，一般不低于18 cm，不超過22 cm[3]。

3）內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)加強鋼格構(gòu)立柱使用前質(zhì)量檢查，保證其強度滿足支撐需求； 機械作業(yè)時需提前對鋼格構(gòu)立柱做好防護，以免碰觸鋼格構(gòu)立柱，降低其使用性能；豎向支撐柱構(gòu)件需達(dá)到設(shè)計強度要求后才可進(jìn)行內(nèi)支撐施工， 且內(nèi)支撐施工過程中，按照鋼筋綁扎施工技術(shù)規(guī)范、支模施工技術(shù)規(guī)范、 混凝土澆筑施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行操作； 支撐結(jié)構(gòu)強度超過80%后方可進(jìn)行下層土方開發(fā)； 基坑回填土?xí)r每層壓實遍數(shù)控制在3~8 次，人工打夯分層厚度控制在200 mm 以內(nèi)，機械打夯分層厚度控制在200~300 mm。

4.5 基坑降水施工與基坑監(jiān)測管控

施工人員按照如圖1 所示工藝流程進(jìn)行管井降水施工，施工期間按照設(shè)計參數(shù)控制施工行為，保證測量、鉆孔、鋼筋籠井管吊放等位置準(zhǔn)確。 封井需要在底板澆筑達(dá)到設(shè)計強度后，以“礫石回灌+緩凝土澆筑+鋼頂板焊接”方式為主。基坑整個施工過程中需要按照相關(guān)要求進(jìn)行監(jiān)測， 包括支護樁位移監(jiān)測、土體測位移監(jiān)測、土體測變形監(jiān)測、地下水觀測、支撐軸力變化情況監(jiān)測、支撐立柱沉降監(jiān)測等。

圖1 管井降水施工流程圖

5 結(jié)語