新型深基坑工程結合排樁支護技術分析

莊小杰，劉洪剛，劉江，周剛，陳烈(中國建筑一局（集團）有限公司，北京 100161)

1 引言

為滿足日益增長的市民出行、軌道交通換乘、商業(yè)、停車等功能需要，在用地愈發(fā)緊張的密集城市中心，結合城市建設和改造開發(fā)大型地下空間已成為一種必然，如地鐵及地下車站的擴建改造、地下綜合交通樞紐等。這些深大基坑常常緊鄰交通干線、地鐵隧道及各種地下管線，施工場地緊張，周邊施工條件復雜，深基坑工程變形控制難度越來越大。在深基坑工程中，排樁支護是一種有效的支護形式，但是在緊鄰交通干線、已建工程等復雜外部條件下的深基坑工程中，單獨使用排樁等支護形式無法完全滿足基坑支護的需要，在特定區(qū)域內，錨索因其超越紅線限制使用的問題無法結合排樁進行支護加強，而傳統(tǒng)的水平內支撐因其工藝繁瑣，占用基坑內空間等弊端，并不是最優(yōu)選擇。本文介紹兩種創(chuàng)新的基坑支護技術，通過兩種新型體系結合排樁對深基坑支護進行加強。

目前國內部分地區(qū)采用了基坑鋼斜撐支護形式，鋼斜撐具有布置靈活，可拆卸循環(huán)利用，且?guī)缀醪徽加没觾瓤臻g，對基坑內施工影響小，在緊鄰城市主干道情況下，是一種可靠、綠色的支護形式，但是目前國內外技術存在鋼斜撐下方施工困難、防水處理難等弊端，需對目前鋼斜撐技術進行改進提升。為解決以上問題，創(chuàng)新研究出高支墩反拉式鋼斜撐施工技術，由鋼斜撐、抬升支座體系及反拉裝置組成新型鋼斜撐體系，通過抬升鋼斜撐支座高度，設置于結構底板之上，增大斜撐下方施工操作空間，易于大型機械的施工操作，大大降低鋼斜撐與結構交接處防水處理的難度，同時利用鋼絲繩（或型鋼）等反拉體系將斜撐支座位置受到的一大部分力傳遞到結構底板，更好地實現(xiàn)支護體系的受力平衡。

傳統(tǒng)樁錨支護中錨索鎖定在設置于圍護結構的腰梁上，自由段長度不小于5m，錨固段長度為15～30m 不等，錨索全長設置在基坑以外的土體中，往往使得錨索延伸范圍超越本工程用地紅線，對紅線外相鄰工程施工形成障礙而被限制使用。本技術通過采用基坑支護桁錨支撐技術形成整體性的桁架結構，利用立柱樁、鋼立柱、圍護結構和桁架橫梁、斜向鋼支撐形成位于基坑內的邊桁架結構，錨索錨固段設置于基坑外的土體中，自由段固定于鋼立柱與桁架橫梁的連接處，將錨索與排樁有效結合來實現(xiàn)基坑的支護，確保基坑的穩(wěn)定性，使得較大部分的錨索自由段位于土體外部，大幅減少錨索入土深度，施工方便，有效防止錨索超越本工程用地紅線。

2 深基坑工程高支墩反拉式鋼斜撐支護技術

深基坑工程高支墩反拉式鋼斜撐支護技術，包括用于支護基坑邊緣的圍護結構和設置在基坑內用于支撐圍護結構的支墩樁列，圍護結構和支墩樁列互相平行，圍護結構上設置有冠梁和圍檁，且冠梁設置在基坑頂部施工場地地表，支墩樁列的頂部通過鋼立柱連接設置有條形支座，圍檁和條形支座通過撐臂連接，撐臂傾斜設置且與條形支座連接端的高度低于與圍檁連接端的高度。圍護結構與支墩樁列之間還設置有兩排樁基列，兩排樁基列均與圍護結構平行，樁基列頂部的高度低于條形支座頂部的高度，兩排樁基列的頂部設置有邊跨底板連接，邊跨底板設置在基坑底部，邊跨底板的頂部通過多個相互平行的斜拉臂與條形支座連接。斜拉臂材質為鋼絞線制成的鋼索，設置在撐臂的兩側，一端通過固定安裝在邊跨底板頂部的鋼錨座與邊跨底板連接，另一端通過錨具與條形支座連接。

圖1 高支墩反拉式鋼斜撐結構示意圖

2.1 支護結構及斜撐體系樁基施工

首先根據(jù)基坑的具體參數(shù)設定圍護結構、支墩樁列、兩排樁基列的參數(shù)，并將圍護結構、支墩樁列和兩排樁基列預先澆筑成型，圍護結構、支墩樁列、兩排樁基列相互平行設置，其中圍護結構采用排樁的方式且各個排樁相互平行，排樁頂部的高度高于基坑頂部的高度，以便于與冠梁固定連接。支墩樁列采用多個支墩樁相互平行成列構成，兩排樁基列均采用多個基樁相互平行成列的設置方式，支墩樁的頂部和基樁的頂部均設置于基坑底部，鋼立柱插入支墩樁列的頂部，澆筑支墩樁列使得鋼立柱與支墩樁有效連接，鋼立柱采用中空鋼管或組合型鋼，且鋼立柱頂部高度低于排樁頂部高度，然后施工冠梁使得各個排樁之間能夠有效連接。

圖2 圍護結構及樁基施工示意圖

2.2 基坑土方第一次開挖及支座施工

排樁及冠梁完工后進行土方開挖，采用正盆式施工方式開挖基坑至鋼立柱頂部所處平面，且挖成后鋼立柱頂部與排樁之間土方為傾斜面，傾斜角度為撐臂的設計支撐角度，此時圍護結構和鋼立柱兩側均有土方支撐，受力平衡，有助于安全施工；第一次土方開挖完成后，施工條形支座，其中條形支座上預留有用于安置斜拉臂的安裝孔。

圖3 第一次開挖及支座施工

2.3 安裝斜撐及第二次開挖

施工圍檁和撐臂，圍檁為通長設置，采用鋼筋混凝土材料，圍檁與圍護結構采取植筋方式連接；撐臂水平間距8m，材質為鋼管，其兩端分別固定在設置于條形支座和圍檁上的預埋件鋼板上，形成穩(wěn)定的支撐結構，各結構施工完成后，對條形支座與圍護結構之間的土方實施倒盆式開挖，直至挖至基坑底部，使得基樁頂部露出，且挖成后條形支座與基樁頂部之間的土方為傾斜面，傾斜角度等同于斜拉臂的設計傾斜角度，在此過程中，基坑邊緣處給圍護結構施加的水平力由圍檁傳遞給撐臂，撐臂傳遞給條形支座，條形支座傳遞給鋼立柱，因鋼立柱兩側均有土方存在，受力平衡，保證了施工安全，同時圍護結構一側的土方被全部挖出，便于施工地下結構。

2.4 反拉裝置的安裝及結構施工

開挖完成后施工邊跨底板，底板為鋼筋混凝土結構，底板澆筑時在鋼索對應位置預埋鋼錨座，鋼錨座由底座板、前后端板、兩塊腹板組成，均采用厚鋼板，連接方式均為焊接，鋼錨座底部通過錨固鋼筋預埋在邊跨底板上。鋼錨座安裝完成后再安裝斜拉臂，斜拉臂為鋼絞線制成的鋼索，設置于每根斜撐兩側各1m位置，頂部錨固在條形支座上，底部錨固在鋼錨座上，在條形支座和鋼錨座處分別采用錨具鎖定并施加預應力，鋼索穿越條形支座處采取預埋PVC 套管，穿越鋼錨座前后端板處采取開洞方式；斜拉臂全部完成后，開挖中部剩余土方，同時進行邊跨地下室結構施工，待中部土方全部開挖至基坑底后，立即施工中部地下室結構。

圖4 斜撐安裝及土方二次開挖

圖5 反拉裝置的安裝及結構施工

2.5 技術應用及實施效果分析

本技術研發(fā)完成后在合肥市合經(jīng)區(qū)人力資源產(chǎn)業(yè)園項目進行了應用，建設地點位于安徽省合肥市經(jīng)開區(qū)錦繡大道與天門路交口，開工日期2017年11月6日，總建筑面積12.74 萬m2，地上6～16層，地下1 層，框架剪力墻結構，項目基坑深度最深處為6.5m，北側距離基坑邊緣4m 為已建廠房，東側距離基坑邊緣5m 為擬建市區(qū)主干道。部分基坑區(qū)域采用高支墩反拉式斜撐支護，并在支護施工的全過程進行了安全性監(jiān)測并進行數(shù)據(jù)記錄分析，通過試驗記錄及過程分析證明了此施工技術能夠有效確保基坑支護的安全性，同時解決傳統(tǒng)鋼斜撐支護的各項弊端，易于大型機械的開挖施工等，充分發(fā)揮鋼斜撐基坑支護技術的優(yōu)點，后續(xù)工程中可推廣應用此項技術。

3 用于基坑支護的桁錨支撐結構施工技術

用于基坑支護的桁錨支護結構，包括邊桁架結構和錨索結構。邊桁架結構圍繞基坑內緣四周設置，包括立柱樁、鋼立柱、圍護結構和桁架橫梁，立柱樁設置在基坑內，圍護結構設置在基坑邊緣，立柱樁上設置鋼立柱，桁架橫梁架設在鋼立柱與圍護結構的頂部；用于基坑支護的桁錨支護結構還包括錨索結構，錨索的錨頭臺座設置在鋼立柱與桁架橫梁的連接處，錨索的錨固段傾斜向下設置于基坑外的土體中，錨頭臺座與錨固段之間由貫穿圍護結構的錨索自由段連接。

圖6 桁錨支護結構示意圖

3.1 圍護結構及立柱施工

在場地地面施工圍護結構、立柱樁、立柱、冠梁，冠梁上預埋鋼筋與擬施工的首層邊桁架橫梁接駁；排樁采用鉆孔灌注樁，按一定間距形成柱列式，樁與樁之間通過冠梁連接形成排樁圍護結構。立柱樁采用鉆孔灌注樁，樁頂標高為擬建地下室底板墊層底以下200mm-500mm，鋼立柱采用鋼格構材質，由角鋼和鋼綴板焊接而成，底部插入到立柱樁內。

圖7 圍護結構及立柱施工

圖8 土方開挖及錨索施工

3.2 土方開挖及錨索施工

進行第一次土方開挖后施工錨索，錨索分錨固段和自由段，在基坑外的土體中施工錨索錨固段，錨索自由段暫時放置在基坑內。

3.3 桁架支撐結構施工

依次施工邊桁架橫梁、邊桁架縱梁、二層邊桁架橫梁、圍檁、二層邊桁架縱梁、斜向鋼支撐、錨頭臺座。邊桁架橫梁與冠梁、邊桁架縱梁澆筑為整體，二層邊桁架橫梁與圍檁、二層邊桁架縱梁澆筑為整體，邊桁架縱梁與二層邊桁架縱梁及圍檁沿基坑通長設置。斜向鋼支撐使用中空的鋼管件或鋼格構，其兩端分別固定在設置于邊桁架縱梁和圍檁上的預埋件鋼板上。錨索的自由段設置在鋼管或鋼格構的管腔內，穿越圍檁和邊桁架縱梁7 處采取預埋PVC 套管，桁架結構施工完成后，錨索先后穿越圍檁、斜向鋼支撐和邊桁架縱梁，預應力張拉后鎖定在錨頭臺座上。支撐結構施工完成后，將整個基坑開挖至基坑底，進行后續(xù)土方開挖及主體結構工程施工。

3.4 本技術研究總結

通過用于基坑支護的桁錨支撐結構技術，取消了水平對撐及其下方的立柱，僅在基坑邊緣設置邊桁架水平支撐和沿基坑周邊的立柱，為基坑土方開挖和地下室結構施工提供了良好的平面作業(yè)空間，大大提高了施工效率，減少了基坑暴露時間，縮短了工期。同時由于立柱和立柱樁的取消，解決了立柱穿底板的防水處理難題，節(jié)約了造價。采用錨索與邊桁架支撐共同作用替代了水平對撐，錨索的自由段置于邊桁架中的斜向鋼支撐內，僅錨固段位于土體中，大大減少了錨索進入基坑外的尺寸，解決了錨索超越本工程用地紅線造成的侵權問題。

圖9 桁架支撐結構施工

4 結語

盡管排樁支護是一種傳統(tǒng)的可靠深基坑支護形式，但是隨著基坑深度越來越深，基坑周邊環(huán)境的復雜性等原因，單獨的排樁支護很多情況下已無法滿足某些深基坑工程的支護要求，高支墩反拉式鋼斜撐支護技術和用于基坑支護的桁錨支撐結構施工技術，是兩種新型的深基坑工程結合排樁支護技術，可以有效的實現(xiàn)特殊或復雜條件下的深基坑支護，后續(xù)可在工程中推廣使用。