住宅建筑基坑支護技術的基本原理與應用實踐

張躍華

住宅建筑工程中，基坑支護技術的應用關系到建筑的整體美觀和工程質量。本文深入研究和探討住宅建筑基坑支護技術的基本原理與應用實踐。

1 工程概況

本工程擬建場區位于北京市門頭溝區永定鎮人民政府西南側。本工程主要由3 棟高層住宅樓、2 棟居住服務設施、地下車庫等組成。本工程主樓設計高度為105.30 m，主樓基坑支護深度為5.60 ～12.00 m。

2 基坑支護結構原理

基坑支護結構的力學原理是土力學和結構力學在建筑工程中的具體應用，其核心在于通過支護結構有效地承受和傳遞各種外力，從而確保基坑的穩定與安全。這些外力主要包括土壓力、水壓力以及施工過程中的各種動態荷載[1]。本項目基坑北側、東側為在建市政道路，施工現場北側緊鄰門頭溝區永定鎮人民政府，西側被圍擋，南側為在施永久性支護樁，施工時與南側場地挖通。現場施工主出入口設在東南角。場區外市政道路寬約10 m，通行條件良好。

3 設計方案

3.1 支護工程設計

在設計過程中，安全性、穩定性、經濟性和便捷性應遵循四大原則。本工程以主樓1 層地基為±0.00 m 原始標高，主樓筏板素混凝土墊層底標高為-10.90 m，地下車庫筏板素混凝土墊層底標高為-8.65 m。

根據基坑的開挖深度、鄰近建筑物、管線狀況及工程地質條件，本工程基坑側壁安全等級為2 級，重要性系數為1.0，其中支護3 區為3 級，重要性系數為0.9。因現場自然地面起伏較大，基坑垂直深度為5.60～12.00 m，槽底局部加深位置對應區域的護坡樁相應加長2.00 ～3.00 m。周邊建筑、地層、荷載及深度，分為5 個支護段：

1）支護1區。1#樓北側、1#樓西側、車庫西側、車庫東側南段區域基坑垂直支護高度為11.45 ～12.00 m 的邊坡為支護1 區，采用樁錨支護體系，樁徑為800 ～1600 mm。

2）支護2 區。2#樓北側區域基坑垂直支護高度為9.80 m 的邊坡為支護2 區，采用樁錨支護體系，樁徑為800 ～1600 mm。2#樓北側為總包單位鋼筋加工場地，支護體系需加固，地面需全部硬化。建議硬化厚度不低于200 mm，硬化地面內設雙層雙向鋼筋網。

3）支護3 區。3#樓北側、車庫東側北段區域基坑垂直支護高度為5.10 ～5.60 m 的邊坡為支護3 區。為防止3#樓北側雨水倒灌，該側邊坡填土增高0.5 m，采用1.0 : 0.4 放坡土釘墻支護體系。

4）支護4 區。2#樓以及3#樓之間北側區域垂直支護高度8.60 m 的邊坡為支護4 區，采用上部3.0 m 高土釘墻結合下部錨拉樁支護結構，土釘墻放坡系數為1.0 : 0.5，采用的樁徑為800 ～1600 mm。

5）支護5 區。1#樓塔吊區域為支護5 區，采用樁錨支護體系，樁徑800 ～1600 mm。

3.2 護坡樁工程設計

護坡樁工程主要是為了有效地支撐基坑邊坡，防止土體的滑移和坍塌，從而確保整個基坑工程的穩定性。而且護坡樁還能形成一道有效的止水屏障，防止地下水流入基坑，降低基坑內的水位，如表1 所示。

表1 護坡樁鋼筋籠設計參數表

3.3 預應力錨桿工程設計

錨桿錨孔孔徑為150 mm，錨桿傾角為15°。預應力錨桿水泥漿水灰比約為0.50 ～0.55，漿體齡期需正常養護7 d 后方可進行張拉。錨桿張拉采用分級加荷張拉方式。錨桿成孔達不到設計要求時，可采取調整孔位、角度、相鄰部位錨桿加長、孔底二次壓漿等措施。錨桿材料選取：芯桿采用7股原線為15.24 mm的1860級鋼絞線。預應力錨桿的芯桿前端非錨固段采用塑料膠管隔漿液處理，待漿液強度達到75%后方可進行預應力鎖定[2]。錨桿軸向拉力標準值和鎖定值見表2。

表2 預應力錨桿設計參數表

3.4 樁間支護設計

樁間土采用掛鋼板網噴砼護壁處理，內置2 mm 厚的鋼板網，鋼板網外設計直徑16 mm，間距800 mm 的橫壓筋，以及通長直徑16 mm 的縱壓筋；橫壓筋應與護坡樁固定在一起，先用電鉆在兩側護坡樁體上打出孔徑為20 mm 的小孔，深度應該不小于50 mm，將兩段橫壓筋插入小孔再搭接焊連接[3]。

3.5 土釘墻支護設計

土釘墻基本設計參數如表3 所示，具體需求為：第1，錨孔注漿水灰比應為0.45 ～0.55；邊坡面層掛主筋直徑8 mm，間距250 mm×2 50 mm 的鋼筋網，設一道直徑16 mm 的橫壓筋，鋼花管與橫壓筋搭接焊連接；土釘墻面層噴射80 mm 厚C20 細石混凝土；壓頂寬1.00 m，厚80 mm。第2，花管材料采用管徑48 mm、壁厚3.0 mm的普通焊管。第3，土釘與橫壓筋的連接采用搭接焊，搭接長度單面焊不小于10 d，雙面焊不小于5 d。同一截面的鋼筋連接點（綁扎或焊接）不得超過鋼筋交點總數的50%。

表3 土釘墻基本設計參數

4 主要支護工程施工方案

4.1 土釘墻施工方案

在開挖過程中，采用分層分段方式進行，嚴格控制每層開挖的深度和坡度，以確保土體的穩定。挖掘現場需要保持干燥，防止水分對土體造成軟化，影響土釘墻的支護效果。根據現場地質情況，計劃使用長度900 mm和600 mm 的土釘鋼筋，土釘橫向間距150 mm，成孔傾角20°。

4.1.1 測量放線

根據建筑方格網定位，利用直角坐標法測量出建筑物的坐標。然后根據這些坐標值，分別計算出建筑物的長度和寬度，從而確定出各個關鍵點的位置。

在基坑的拐角處和中間隔墻的兩端槽外設置龍門樁：第1，龍門樁需要豎直且牢固，兩樁應與基槽平行。第2，設置完龍門樁后，用水準儀在每個龍門樁上引測建筑物的±0.00 m標高線，并在標高線位置釘設龍門板。龍門板頂面需要保持平直，并正好處于±0.00 m 標高位置。第3，使用水準儀校驗釘好的龍門樁標高，確保準確性。第4，在中心樁上安置經緯儀，將各控制軸線引測到龍門板上，并釘小鐵釘作為軸線標記[4]。第5，用鋼尺沿龍門樁板頂面檢查中心釘間距，確保誤差在允許范圍內。

4.1.2 鉆機就位、鉆進成孔

根據測量放線確定的位置，選擇鉆機就位的地點，確保鉆機可以穩定、準確地放置在工作區域。檢查鉆機及其附件是否完整、無損，確保設備處于良好的工作狀態，同時準備好所需的鉆頭和鉆桿等。將鉆機放置在預定的位置上，并調整鉆機的角度和高度，使其與預定的鉆孔方向一致，確保鉆機的穩定性和精度，防止在鉆進過程中出現偏移或晃動。選擇合適的鉆頭，將其安裝在鉆桿上。鉆頭的選擇由土壤條件、孔徑和孔深等因素決定。在鉆進過程中，要保持鉆機的穩定，并控制鉆進速度，避免過快或過慢導致孔壁坍塌或孔徑不規則。同時，應定期使用測量工具檢查孔徑和傾角，確保孔徑符合設計要求，鉆孔傾角及水平角誤差控制在±1°以內，鉆孔偏斜率不應大于5%。如果發現孔徑或傾角不符合要求，應及時調整鉆機和鉆頭。此外，每鉆進一段距離，應及時清理孔口，防止土渣或雜物堵塞孔口，影響鉆進效果。

4.1.3 土釘安裝

按照施工設計標準，對尺寸規格合適的焊接鋼管進行加工，制成土釘。土釘桿體的長度允許誤差為50 mm，制作前鋼筋應平直、除油和除銹[5]。將制作好的土釘插入鉆孔中，確保土釘完全嵌入土壤中。在插入過程中，要注意土釘的長度和間距，以及土釘與鉆孔之間的間隙，避免土釘彎曲或變形。為了避免土釘在后續施工中松動或移位，應根據設計要求通過螺紋連接或焊接等方式，將土釘牢固固定在墻體或地基上。

4.1.4 孔內注漿

在灌漿前將管口封閉，接上壓漿管，即可進行注漿，澆注錨固體。注漿采用一次注漿工藝，注漿材料為水泥凈漿，注漿體強度不小于20 MPa，一次注漿水灰比為0.5，注漿壓力為常壓。將注漿管插入鉆孔中，確保注漿管的下端能夠到達孔底。注漿管的長度和直徑應根據實際需要進行選擇，以確保注漿效果。接著，啟動注漿泵，將漿液通過注漿管注入孔內。在注漿過程中，控制注漿速度和注漿量，確保漿液能夠均勻、充分地填充孔內空間。隨著注漿的進行，逐漸提升注漿管，確保鉆孔內的注漿均勻。每次提升注漿管時，要注意控制提升的速度和高度，避免漿液在孔內形成空洞或不均勻分布。當漿液從孔口流出并達到一定稠度時，可以停止注漿。注漿結束后，要檢查注漿孔是否飽滿、密實，如有需要，可以進行補注。

4.2 放坡掛網噴射混凝土護面施工

錨桿放坡坡面采用80 mm 厚C20噴射混凝土護面，內配直徑8 mm，間距200 mm×200 mm 的單層雙向鋼筋網片，以及2 根直徑22 mm 的鋼筋，對錨點進行加強，75 mm PVC 管泄水孔豎向間距為2000 mm。

4.2.1 準備階段

清除坡面上的浮土和浮石，然后對坡面的地形進行適當修整，坡面平整度的允許偏差值為±20 mm。

根據設計要求和地形條件確定鋪桿孔位。對于低凹處或不能滿足系統安裝的位置應進行特別處理，如鑿設凹坑等，以確保鋪桿能夠牢固地固定在坡面上。

安裝縱橫向支撐繩。安裝過程中，確保支撐繩的張拉緊度適中，既不能過緊也不能過松。兩端需要用繩卡與桿外露環套固定連接，繩卡的數量根據支撐繩的長度和受力情況確定。

將鋼筋網布置在坡面上，確保鋼筋網的間距、鋼筋直徑和保護層厚度等符合設計要求。鋪設鋼筋網前要預噴50 mm 的混凝土，鋼筋網片與坡面采用直徑14 mm、長度800 mm的鋼筋，以間距為1500 mm 垂直于坡壁打入邊坡，用經緯儀和水準儀測放出坡頂與坡腳線的平面位置及混凝土噴射高程，上下拉直線，中間用直徑12 mm 的鋼筋打入坡壁做厚度控制點[6]。鋼筋網的作用是增強護面系統的整體強度和穩定性。在掛網過程中，鋼筋網應與錨桿整體連接，形成一個穩定的整體結構。

4.2.2 噴射第一層混凝土

具體為：第1，按照預定的配比，將水泥、骨料、添加劑等混合并攪拌均勻，制作成噴射所需的混凝土。第2，在正式噴射前，進行試噴操作，以檢查噴嘴的噴射效果、混凝土的均勻性等。根據試噴結果，調整噴涂機的參數，如噴射壓力、噴嘴與坡面的距離和角度等，以確保噴射效果達到最佳。第3，在噴射過程中，要保持噴嘴與坡面的適當距離和角度，確保混凝土能夠均勻、連續地噴涂在鋼筋網上。噴射時，噴頭處的工作風壓須保持在0.15 ～0.20 MPa，且與受噴面盡量垂直，距離為0.6 ～1.0 m。同時，控制噴射壓力，避免壓力過大導致混凝土反彈或噴射不均勻。第4，噴射混凝土作業應分段進行，自下而上進行噴射。噴頭運動一般按螺旋式軌跡一圈壓半圈均勻緩慢移動，噴射混凝土搭接長度300 mm，回彈物不可重新噴射。鋼絲網與坡面的間隙應大于30 mm。第5，在噴射過程中，要密切觀察混凝土的噴射情況，及時發現并解決噴射不均勻、空鼓等問題。對于出現問題的區域，要及時進行補噴或者調整噴射參數。第6，根據環境條件和工程要求，進行澆水、覆蓋等養護措施，確保混凝土充分凝固并達到設計強度。終凝2 h 后應及時灑水養護，開始養護時間根據氣溫確定，為3 ～7 h，養護期為3 ～7 d，在養護期間要防止坡面受到外力破壞或污染。

5 結語

通過本文的探討，深入理解了基坑支護技術的基本原理，以及地下水控制原理與方法。通過選擇合適的支護結構、運用先進的施工技術以及制訂科學的應急處理方案，才能確保基坑的穩定性和安全性，為建筑物的順利施工提供有力保障。