深基坑支護結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

唐靖武 （中國建筑第八工程局有限公司，上海 200000）

隨著城市的持續(xù)開發(fā)，地下空間的利用程度不斷增大，出現(xiàn)了較多深基坑工程，且深基坑工程的規(guī)模和復雜程度也越來越大[1-2]。深基坑支護技術(shù)不僅可以提高基坑穩(wěn)定性，還有利于地下資源的開發(fā)利用，增強地下結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性[3-4]。但深基坑工程在施工時會受到諸多因素的影響，如復雜的地質(zhì)情況、周圍建筑物荷載以及市政管線穿過等，均會影響基坑支護結(jié)構(gòu)的支護效果，一旦支護失效，基坑出現(xiàn)失穩(wěn)坍塌，將會造成嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡，因此，支護結(jié)構(gòu)的選擇十分重要[5]。羅杰等[6]以某地鐵車站深基坑為例，結(jié)合基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過正交法優(yōu)化了基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，提高了基坑的安全性并降低了支護成本；程周炳等[7]對水泥攪拌樁支護結(jié)構(gòu)在基坑中的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，并分析了其支護效果。通過對基坑支護中的常見問題和病害進行討論，以實際工程為背景，分析鋼板樁支護結(jié)構(gòu)在深基坑工程中的處理方式和關(guān)鍵技術(shù)，監(jiān)測鋼板樁的樁頂沉降、樁頂水平位移的變化趨勢，為類似工程提供指導和借鑒。

1 基坑支護存在的問題

1.1 深基坑邊坡修整困難

深基坑開挖方式通常分為機械設(shè)備開挖和人工開挖，其中，人工開挖對現(xiàn)場施工環(huán)境、施工條件有較高的要求，受到限制較多，難以保證施工進度和施工質(zhì)量，且開挖成本較高。而對于機械設(shè)備開挖，在施工時需要配備專業(yè)的技術(shù)人員來操作大型設(shè)備挖掘土體，要求人機具有高配合性和靈活性。但在使用大型設(shè)備進行基坑開挖時，容易出現(xiàn)基坑邊坡不平整、開挖深度不相同等問題，同時由于難以精準控制挖方數(shù)量，故機械開挖時常發(fā)生基坑邊坡不平坦、超挖等情況。

1.2 基坑變形過大

在基坑開挖和支護時，支護結(jié)構(gòu)剛度不足、嵌固深度不夠等會導致基坑出現(xiàn)變形。另外，施工過程可能存在管理缺陷，如開挖順序不合理、支撐拆除過早等，也會使基坑產(chǎn)生變形。基坑監(jiān)測可能存在疏忽和操作失誤，或者監(jiān)測數(shù)據(jù)存在誤差，錯過了采取相應(yīng)措施的最佳時機，同時降雨和地下水位變化會使基坑土體承載力發(fā)生變化，無法承受上部荷載，最終變形過大發(fā)生坍塌。如果基坑附近水管存在長時間漏水的情況，大量水分滲入到基坑土體中，降低了土體強度，同樣會造成基坑邊坡失穩(wěn)破壞。

1.3 基坑滲水

施工圍護樁時土層的土體種類變化較大、上下層土體性質(zhì)不一、施工操作不規(guī)范等原因使部分圍護樁樁間距離太大，超過設(shè)計值，使部分含水層出現(xiàn)滲漏；或是在施工基坑冠梁時，失誤挖除了部分止水帷幕，使得止水帷幕頂部高度小于或接近冠梁頂部高度，地下水位高于止水帷幕，從而出現(xiàn)滲水情況。

1.4 地基土層取樣不準確

在深基坑支護施工過程中，需要對地基土層進行取樣分析，然而由于地質(zhì)條件的復雜性和不確定性，地基土層的取樣分析結(jié)果往往存在誤差，導致對地基土層的性質(zhì)和特征的判斷錯誤，從而影響深基坑支護的設(shè)計和施工。

2 土建施工中深基坑支護處理措施

對于以上基坑支護工程中存在的各項問題，以鋼板樁基坑支護結(jié)構(gòu)為例，分析鋼板樁支護結(jié)構(gòu)處理方式和關(guān)鍵技術(shù)，并對基坑變形進行監(jiān)測，分析其支護效果。

某基坑屬于二級基坑，深度為7m，支護結(jié)構(gòu)中的鋼板樁外形與“U”形相似。相鄰兩鋼板樁之間依靠“U”形的邊部的卡口進行連接，兩卡口連接后處于鎖閉狀態(tài)，以此保證鋼板樁的穩(wěn)定性和密封性，具體如圖1所示。

圖1 鋼板樁連接示意圖

鋼板樁基坑支護體系是利用鋼板樁沿地面向下打入一定深度而形成的基礎(chǔ)支撐體系，從而實現(xiàn)加固基坑的目的。鋼板樁基坑支護體系包括內(nèi)支撐、檀條以及鋼板樁，具有強度高、剛性好、使用壽命長等特點，能夠有效抵御地下水、土體側(cè)向壓力和斷層等自然力的影響，其組成構(gòu)件和作用見表1。

表1 鋼板樁支護體系組成和規(guī)格

鋼板樁開始施工前放樣得到捶打位置，再通過吊擊振錘對其進行施打，在捶打時要保證鋼板樁處于垂直狀態(tài)，且勻速捶打，表2 所示為鋼板樁施工時的垂直度標準。鋼板樁之間連接的是否牢固對鋼板樁的捶打十分關(guān)鍵，在對某一片鋼板樁進行捶打時，必須保證該鋼板樁的“U”形卡口能夠恰好伸入另一片鋼板樁的卡口中，使兩鋼板樁連接牢固，完美貼合。

表2 鋼板樁垂直度偏差范圍

將鋼板樁捶打進土體中后開始圍檀和圍檀支架施工。施工鋼板樁時按照先支撐再開挖的順序，嚴禁土體先開挖再進行支護，避免出現(xiàn)基坑坍塌的情況。選擇L80mm×5mm的角鋼制作圍檀支架，并將其焊接在鋼板樁上，參考設(shè)計方案安裝圍檀支架來支撐圍檀，以此確保支撐上荷載的順利傳遞。在鋼板樁的側(cè)面焊接圍檀支架，依次焊接完成后在支架上吊裝多片工字鋼，并將工字鋼進行焊接形成圍檀，并將鋼板樁和圍檀焊接。最后，通過吊車將內(nèi)支撐吊裝在圍檀上，并對圍檀和內(nèi)支撐進行焊接，形成完整的支護結(jié)構(gòu)。內(nèi)支撐一端為活動端，一端為固定端，通過焊接方式將內(nèi)支撐固定端與圍檀相連接，借助千斤頂對活動端施加荷載將其頂出一定的距離，同時用鋼楔再次頂緊加固，將內(nèi)支撐固定于圍檀兩側(cè)。

3 鋼板樁支護效果分析

為確保基坑施工過程的安全性和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對基坑變形進行監(jiān)測，分析鋼板樁的支護效果。監(jiān)測項目包括鋼板樁樁頂沉降和水平位移。根據(jù)本項目情況在基坑周圍設(shè)置沉降監(jiān)測點，每間隔15m～20m 布置一測點，實時監(jiān)測基坑支撐結(jié)構(gòu)的變形情況以及基坑附近存在的不利變形，具體監(jiān)測項目信息見表3。

表3 監(jiān)測項目具體信息

監(jiān)測時設(shè)置支護結(jié)構(gòu)水平位移和豎向位移累計值和變化速率的監(jiān)測報警值，從表3 中能夠得出，其中圍護結(jié)構(gòu)水平位移和豎向位移的變化速率監(jiān)測報警值分別為6mm/d 和4mm/d，水平位移累計值監(jiān)測報警值為50mm，豎向位移累計值監(jiān)測報警值為30mm。在監(jiān)測樁頂豎向沉降和水平位移時，將開挖基坑時作為監(jiān)測起始點，持續(xù)監(jiān)測到基坑挖至基底5d 后。由于所監(jiān)測基坑深6m，從地面挖至基坑底部共耗時15d，故總監(jiān)測時長為20d。監(jiān)測時考慮到基坑形狀近似于長方形，故選取基坑每邊的中點一測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)對樁頂水平位移和沉降值進行分析，共4 個測點，編號為A～D，結(jié)果見表4。

表4 鋼板樁樁頂沉降和水平位移監(jiān)測結(jié)果/mm

由表4可以看出，對于基坑支護結(jié)構(gòu)鋼板樁的樁頂水平位移，在開始的5d 內(nèi)緩慢增加，在開挖中期（5d～15d）時水平位移快速增大，而在開挖后期（15d～20d）時逐漸趨于穩(wěn)定，且各測點水平位移增加幅度在6mm/d以下，45mm為水平位移最終累計峰值，未超過預(yù)警值50mm。對于鋼板樁樁頂沉降的變化趨勢，隨著土體開挖，樁頂沉降整體上表現(xiàn)出緩慢增大的規(guī)律，各測點樁頂沉降增加幅度在4mm/d以下，22mm 為樁頂沉降最終累計峰值，未超過預(yù)警值30mm，表明基坑工程變形值在允許范圍內(nèi)，較為安全。

4 結(jié)語

為了進一步分析深基坑施工中支護技術(shù)的應(yīng)用效果，對基坑支護中的常見問題進行了分析，以鋼板樁支護結(jié)構(gòu)為例研究了此支護結(jié)構(gòu)的處理方式，并監(jiān)測鋼板樁的樁頂沉降、樁頂水平位移的變化趨勢，對其應(yīng)用效果進行了分析，主要得出以下結(jié)論：

（1）對基坑支護中的常見問題進行了總結(jié)，并對鋼板樁基坑支護體系中圍檀、內(nèi)支撐、圍檀支架以及鋼板樁捶打安裝的關(guān)鍵點進行了分析。

（2）在基坑施工監(jiān)測期間，鋼板樁樁頂水平位移增加幅度在6mm/d 以下，45mm 為水平位移最終累計峰值，未超過預(yù)警值50mm；樁頂沉降增加幅度在4mm/d以下，22mm 為樁頂沉降最終累計峰值，未超過預(yù)警值30mm，基坑工程變形值在允許范圍內(nèi)，表明鋼板樁支護體系能夠控制基坑變形，保證基坑的穩(wěn)定和安全。