土木工程施工中深基坑支護的施工技術分析

李寧

(山西潞安工程有限公司，山西 長治 046100)

深基坑支護作為土木工程施工活動的重要組成部分，支護效果直接關乎現場施工安全和基礎結構施工質量。近年來，隨著土木工程建設規模的擴大，基坑開挖面積與深度增加，對深基坑支護體系使用性能提出了更嚴格的要求。因此，在施工期間，為進一步保障基礎工程的穩定性，需加強對對深基坑支護施工技術的實踐研究，滿足施工建設要求，順利實現工程建設目標與貫徹落實安全生產目標。

1 土木工程深基坑支護技術的種類及現場操作要點

1.1 土釘墻支護

土釘墻支護是在基坑側壁和邊坡部位上打入若干土釘，土釘表面掛靠鋼筋網與噴射混凝土面層，由土釘、鋼筋網、面層三者共同形成類似重力擋墻的支護體系，負責持續抵抗墻身后部土壓力，預防基坑坍塌、邊坡滑塌等安全事故出現。在土釘墻支護施工期間，重點掌握土釘制作、土釘打設、掛設鋼筋網、噴射面層四道步驟的操作要點：1)土釘制作，提前準備適當規格的焊接鋼管，把鋼管切割或接長加工為特定長度節段，清理表面灰塵銹跡，在鋼管上鉆設若干注漿孔，注漿孔以梅花狀分布，孔距控制在0.5m左右，并把底部進行封口處理；2)土釘打設，具體可選擇鉆孔注漿、直接打入、打入注漿三種類型的土釘。以最為常見的鉆孔注漿型土釘為例，提前在深基坑現場標記各處土釘的打入位置，使用鉆機鉆設成孔，清理孔內殘渣，把焊接鋼管居中放置在孔內，測量調整鋼管放入深度、外部露出長度與水平位置[1]。確定無誤后，通過預留注漿孔持續注漿，注漿期間固定鋼管位置，待漿液凝結固化后，即可在孔內形成土釘；3)掛設鋼筋網，使用鋼筋雙向編制鋼筋網，把相鄰鋼筋接頭的錯開距離控制在0.5m以上，再使用螺紋鋼筋作為加強筋來改善鋼筋網使用性能。隨后，利用土釘外露部分，把鋼筋網掛設在土釘表面，保持鋼筋網和土釘層緊密貼合狀態，并在鋼筋網表面壓設井字形螺紋鋼來固定位置，對鋼筋網、井字架和土釘外露端頭的連接部位進行焊接固定；4)噴射混凝土面層，提前制備強度等級在C20及以上的混凝土，施工人員在鋼筋網表面分多次噴射混凝土，首次噴射厚度在3～5cm，面層總體厚度控制在8cm左右，噴射完畢后立即壓實面層表面與進入養護工序，并把土釘墻墻面坡度控制在1∶0.2以內。

1.2 鋼板樁支護

鋼板樁支護是在基坑開挖邊緣區域內順序打入多根帶有鎖口或是鉗口的熱軋型鋼樁體，把相鄰樁身進行連接后形成鋼板樁墻支護體系。在鋼板樁施工期間，提前做好放線定位工作，準確標記各處樁位，確定樁身打入順序，施工人員操縱自行振動式打樁機，把鋼板樁垂直打入樁位，檢查樁身打入情況是否達標，要求樁身垂直偏差不超過1%、樁頂標高偏差與軸線偏差不超過±0.1m[2]。隨后，重復上述操作，沿上根樁身扣槽插入下根樁身，使得全部樁身共同組成穩定的鋼板樁支護體系，并在基坑轉角部位采取大扣連接方式，樁身打設完畢后在周邊進行回填夯實處理來固定樁身位置。最后，待深基坑施工完畢后，即可拔除先期打入的鋼板樁，在樁孔內部回填砂料，把鋼板樁留待后續使用。

1.3 錨拉式排樁支護

相比于普通排樁支護技術，錨拉式排樁支護體系額外向各處錨桿施加預應力，以此來減少支擋結構實際位移量，此項技術具備錨桿布置靈活、可以改變錨桿層數、結構受力均勻、基坑內部形成無障礙空間的顯著優勢。在錨拉式排樁支護施工期間，提前把工程場地進行平整處理，首次把基坑整體開挖3.0m，檢查基坑邊線和邊緣部位平整度。確定無誤后，施工人員即可在開挖形成的工作面上施作護坡樁，以深層攪拌樁作為護坡樁，再施作土釘墻支護體系與混凝土冠梁。最后，完成首步錨索施工作業，繼續向下開挖形成第二步錨索施工工作面，向護坡樁樁身間隔部位進行噴護處理，重復上述操作完成剩余錨索施工作業，直至開挖至深基坑底面與噴護護坡樁樁間土，以及在汽車坡道部位補做錨索和噴護坡面進行收尾處理。此外，要求施工人員根據現場條件來計算支護樁的樁徑與樁距值。1)對于支護樁樁徑，根據樁身材質來確定樁徑值，以混凝土灌注樁為例，要求樁徑值不小于0.4m；2)對于支護樁間距，以基坑土質條件作為選擇依據，土質較佳時要求樁距不超過2倍樁徑，現場分布黏性土層時把樁距控制在0.9m以內，基坑土質較差且樁身直徑偏小時，則要求樁距值不超過0.6m[3]。

1.4 深層攪拌樁支護

深層攪拌樁是以水泥材料作為固化劑，在現場布設若干樁位，操縱深層攪拌機對天然地基進行強制攪拌處理，攪拌期間同步投加水泥材料，水泥與土體顆粒接觸后進行化學反應，最終固結形成具備一定強度的水泥樁身，起到提高地基強度與承載性能的作用。在深層攪拌樁施工期間，提前做好放線測量、場地平整處理、攪拌機布置就位與調試檢查等準備工作。隨后，制備水泥漿液并放入集料斗內，待水泥漿放置就位后，施工人員啟動深層攪拌機，控制鉆桿與攪拌頭持續向下攪拌，待攪拌頭抵達樁位預定深度后，開啟灰漿泵，向外噴射水泥砂漿，同步把鉆桿向上提升，提升速度控制在0.5～0.8m/min。最后，待攪拌頭提升到樁頂部位后，關閉灰漿泵，把攪拌頭下沉至樁孔底部，重新啟動灰漿泵開展提升攪拌作業，待樁身成型后，把深層攪拌機移動至下處樁位，重復上述操作完成全部樁身攪拌作業。此外，重點檢查水泥漿液的性能質量，可選擇使用42.5標號普通硅酸水泥來制備漿液，把水灰比控制為0.45～0.5，水泥漿液用量不得少于50kg/m3。

1.5 重力式擋土墻支護

重力式擋土墻主要采取石塊砌筑或是混凝土澆灌方式建造而成，以梯形作為墻體形狀，憑借墻體自重、墻底摩阻力來抵抗被動區域的水土壓力，有著較為優異的抗傾覆穩定性能和抗滑移穩定性能，多用于預防基坑坑底隆起、管涌、流土等施工問題，并保障工程現場與周邊環境安全。在重力式擋土墻施工期間，重點掌握基礎開挖、基礎澆筑、墻身澆筑、墻背回填四道步驟的操作要點。1)基礎開挖，為提高作業效率，采取機械開挖方式，施工人員操作挖掘機，在邊線范圍內分層開挖基礎，直至開挖倒基礎設計標高上方0.2m處，切換為人工開挖方式繼續向下開挖，清理基底表面浮土與灰塵雜物，檢查基底承載性能是否達標，如果基底承載力低于200KPa或是其他標準，則采取砂礫換填、碎石換填等處理措施。同時，如果基礎開挖深度較大，為保障作業安全，在基礎開挖完畢后于外側設置擋墻，擋墻外圍挖設排水溝，分別起到預防基坑坍塌和維持施工現場干燥狀態的作用[4]；2)基礎澆筑，施工人員校正地基標高與軸線，清理表面淤泥雜物，支設模板，在模板上彈出基礎頂面標高控制線，或是在基槽兩側土壁上交錯打入鋼筋作為標志物，保持鋼筋頂端和基礎頂面持平狀態。隨后，向模板內部分層澆筑混凝土，每澆筑一層混凝土后均勻投入適量直徑在15～30cm不等的片石，重復上述操作，直至混凝土頂面到達設計標高，待試塊強度達標后拆除模板；3)墻身澆筑，施工人員支設模板并使用墨斗工具彈放控制線，澆筑首層混凝土后拋入直徑不小于15cm的片石，重復上述操作，逐段逐層呈階梯形推進澆筑剩余混凝土與投入片石。同時，在臺背部位設置反濾層，以碎石等具備良好透水性能的材料作為濾層材料；墻背回填，以碎石作為墻背部位回填材料，把碎石粒徑控制在3～5cm。待墻身混凝土強度完全達到設計強度后，再開展回填作業，分多層進行回填夯實處理，單層厚度控制在0.2m～0.3m。

2 土木工程深基坑支護施工技術的應用策略

2.1 優選深基坑支護形式

在現代土木工程，深基坑支護技術呈現出多元化發展趨勢，土釘墻、鋼板樁等多項支護技術日趨成熟，紛紛具備大規模應用條件。然而，各項支護技術的適用范圍、實際支護效果、有效支護周期存在明顯差異，如果盲目選擇技術種類，并無法取得預期支護效果和保障現場作業安全。因此，施工單位必須全面了解各項支護技術的應用范圍、適用條件，結合工程現場實際情況、建設要求來選擇恰當的深基坑支護形式。1)土釘墻支護技術，適用于現場分布雜填土、粉土、粘性土、黃土等具備粘結特性地層的土木工程，以及地下水位低于開挖層標高的情況。如果現場土層塑性指數超過20，則必須提前對土層蠕變特性進行評價，判斷是否具備技術應用條件。同時，把土釘長度控制在1.0～1.2倍基坑開挖長度，土釘過長無法繼續增加抗拔力，土釘過短容易出現支護失效問題；2)鋼板樁支護，適用于現場分布軟土地基、淤泥質土層以及地下水位偏高的土木工程，不適用于現場分布密砂層和硬黏土層的工程項目。同時，按照樁身形狀，把鋼板樁分為U型、Z型、直線型等型式，根據現場施工條件來選擇樁身種類[5]。其中，U型鋼板樁可以訂制特別長度，具備重復使用條件，多用于深基坑開挖深度較大的工程。Z型鋼板樁有著耐腐蝕性能強、寬度大的特點，適用于具備止水要求的支護體系。直線型鋼板樁有著高度低、形狀接近直線的特點，既可以穩定地基結構，還可以保障兩側建筑物結構穩定；3)錨拉式排樁支護，此項技術適用于基坑開挖深度過深、周邊環境變形要求嚴格、基坑長度與寬度過大的土木工程，可以為基坑施工活動提供充足操作空間，不適用于現場土質條件檢查、錨桿缺乏足夠錨固長度、地下水位偏高、現場分布市政給排水管網等地下設施的工程項目。同時，排樁技術種類豐富，如果缺乏錨拉式排樁支護應用條件，還可以嘗試采取支撐式排樁、懸臂式排樁、雙排樁等其他支護技術；4)深層攪拌樁支護，適用于現場分布淤泥土、砂土、泥炭土、粉土以及淤泥質土等地層的土木工程，在處理軟土地基方面取得十分顯著的技術效果。同時，如果工程現場地層和地下水具備侵蝕性，或是冬季大氣溫度偏低，則需要開展試驗段施工來判斷是否具備深層攪拌樁支護技術的應用條件；5)重力式擋土墻支護，適用于現場分布淤泥質土、高含水量黏土、粉質黏土、粉土等地層的土木工程，如果現場分布硬質土層，可以通過改善施工條件來奠定重力式水泥土墻支護體系的應用基礎。同時，此項技術對基坑開挖深度有著嚴格要求，現場分布軟土地基時要求基坑開挖深度不超過6m，現場分布非軟土地基時要求基坑開挖深度不超過10m。

2.2 基坑監測

在現代土木工程，深基坑施工活動具備周期時間長、現場環境復雜、周邊密集分布建筑物與構筑物的特點，隨著時間推移，支護體系工作狀態持續受到外部因素影響，有可能出現支護體系提前失效、基坑坍塌、周邊建筑物傾斜沉降等問題，存在安全隱患。因此，在深基坑施工期間，施工單位必須同步開展施工監測作業，以基坑位移監測、變形監測、沉降監測等作為監測內容，根據監測成果來判斷是否存在安全隱患，及時對支護體系進行加固處理。以基坑位移監測項目為例，提前在基坑各處側壁部位布設若干位移監測點，開展仿真實驗，推算基坑在假定工況條件、既定支護方案下的安全位移量。隨后，通過位移監測點，定期采集與匯總分析現場監測數據，如果監測位移量超出安全位移量，則采取增加預應力錨桿張拉值等支護結構加固措施，避免出現基坑邊緣開裂現象。

2.3 聯合支護

根據現場施工情況來看，單一深基坑支護形式存在明顯局限性，如土釘墻支護技術存在基坑變形量大和需要較大地下空間大局限性，鋼板樁支護技術存在適用范圍狹窄和操作空間限制的局限性，排樁支護技術存在位移變形明顯與內力較大的局限性。因此，為充分滿足土木工程深基坑施工需求，彌補現有技術短板，施工單位可以嘗試采取聯合支護形式，根據工程現場條件，搭配采取多項深基坑支護技術，由諸多支護結構共同組成穩定、可靠的深基坑支護體系。例如，在工程現場分布軟土地基、地下水位偏高、基坑開挖深度超過6.0m的情況下，可以采取鉆孔灌注樁+止水攪拌樁的聯合支護形式，現場布置單排或多排鉆孔灌注樁，憑借頂部冠梁把各根樁身連接形成整體結構，在鉆孔灌注樁外側設置單排深層止水攪拌樁，把相鄰樁身搭接寬度控制在0.1m，以鉆孔灌注樁作為基坑擋土結構，以外側止水攪拌樁作為封水帷幕，最終形成具備防塌、防水、擋土、防隆起等多項使用功能的封閉結構。

3 結語

綜上所述，為貫徹落實安全生產目標，從根源上預防基坑坍塌、坑底突涌水等工程事故出現，有序完成深基坑施工活動。施工單位必須提高對深基坑支護技術的重視，全面掌握深基坑支護操作要點，嚴格控制現場作業質量，結合工程情況來選擇恰當的支護形式，落實聯合支護、施工監測等多項策略，保障深基坑支護施工質量。