高層建筑地下室基礎基坑支護工程結構設計與施工處理研究

呂紅

【摘要】本文中，筆者結合實際案例，對高層建筑物地下室基礎基坑支護工程結構的施工與設計工作進行了檢測，并對場地限制等因素做了詳細分析，本文重點介紹了基坑支護結構設計方案的選擇、施工處理措施以及技術經濟分析。

【關鍵詞】基坑支護；結構設計；施工處理

該工程的東面為小區街道，兩者相距20m；南面為一臨建酒店，兩者相距5.5m，該酒店的基礎使用的是規格為Φ600噴粉樁，長度為15m，由于不均勻沉降現象的發生，墻體已經出現了不同程度的開裂，地下室深基坑支護結構也出現了變形，酒店經營將由此受到惡劣的影響；西面是圍墻，兩者相距10m；北面是宿舍樓，兩者相距13m。此建筑物所占地面積為一個矩形，長寬分別為55.52m和18.5m，總面積為15500㎡。建筑物高15層，有一層為地下室，地下室有0.9m露在地面以上。場地的自然標高為-0.90m，地下室的基礎承臺墊層底的標高為-6.4m、-7.35m，由此可知，地下室的挖土深度分別為5.5m、6.45m。

1 基坑支護結構設計方案的選擇

通過分析建筑物的地形以及鉆探資料，該建筑物的地下基坑有以下幾點特征：

（1）基坑的開挖深度很大。

（2）基坑的地下水位很高，雜填土和淤泥是基坑開挖深度范圍內的主要填充物，因此，基坑的土性很差。

（3）南面的酒店與地下室之間的距離為5.5m，酒店的洗車場地寬3.0m，海鮮水池也在這5.5m的范圍之內，因此，噴粉樁和鉆孔樁都很難進入到施工現場。為了酒店能夠正常營業，建筑物的安全是地下室施工所要關注的首要任務。綜合分析多種施工方案后，決定使用拉森Ⅲ型鋼板作為地下室基坑南面的維護材料，另外的三面使用型號為Φ800和Φ1100的鉆孔樁作為圍護，鉆孔樁的外圍分別使用型號為Φ500和Φ400的噴粉樁連接成止水帷幕。地下室的鉆孔樁均設計為一層水平支撐，但基坑底為-7.35m的部分使用兩層水平支撐，鋼板樁同樣使用兩層水平支撐。施工中，第一層支撐體系選用鋼筋混凝土梁作為主要材料，中間采用型號為Φ800的鉆孔樁作為支撐，將型號為HK300C的工字鋼作為鋼板樁的腰梁，使用焊接的手段將節點處的鋼筋錨入作為支撐的混凝土中。第二層支撐體系同樣需要使用型號為HK300C的工字鋼。因為部分基礎承臺阻擋節安置在第二層支撐的支撐樁上，由于加設支撐的時間不能受到延遲，所以應先加設支撐，再將支撐與混凝土臺一同完成澆筑。

2 基坑支護結構的施工處理措施要點

2.1 鋼板樁的施工

由于擊打工程樁時引起的震動和土壤擠壓會影響酒店的正常經營，應在工程樁施工之前，對靠近酒店一側的鋼板先進行擊打，并于打完鋼板樁之后，在其背后做排水溝。

2.2 鉆孔樁和噴粉樁的施工

鉆孔樁的鉆孔工作應全部留于工程樁完成之后進行，以跳打的施工方式作為鉆孔樁的主要施工手段。并按照施工進度將噴粉樁分階段插入施工中。

2.3 挖土施工及支撐的處理措施

該工程在挖土施工以及支撐處理的過程中應該進行以下處理。首先，第一支撐的制作，要保證鉆孔樁已經完成，且降土深度達到1.3m。并于完成支撐后大面積回填土300mm，將準石粉石渣作為支撐面的填充物，厚度為300mm。這種方式的選取一方面考慮到了運泥車輛的運行方便，另一方面也能夠保證支撐不會被機械設備所損壞。其次，要在第一層支撐完成后，第二次支撐未開始前，驗算最安全的挖土深度進行土方開挖，從而完成大面積降土。綜合分析工程實際，設定靠近酒店一側至鋼板樁范圍和坑底設計標高為-7.35m的部分的挖土深度為-5.9m，其余部分的挖土深度標高應降至-6.4m，并在靠近鋼板樁處留社土臺。預留土臺能夠增強被動土壓力的土抗能力，使鋼板樁的安全性能得到保障，機械挖土能夠有效地加快工程進度，提高設備利用率。通過實踐可知，這種方式是行之有效的，但實際工作中需要注意，留社土臺的寬度應該根據不同的土質而有所區分。此外，應于挖土后兩天之內完成第二層支撐，如果時間受到拖延，將影響支護結構的安全性能。第四，在樁承臺施工全部完成之后，要用石粉和石渣回填基坑到-5.9m處，保證基坑恢復至第一層支撐的深度，再拆除第二層支撐，并回填土至地下室底板。最后，待±0.00樓面施工完畢，且圍堰樁和地下室外圍的回填土達到-3.00標高時，第一層支撐才能夠拆除。

2.4 降排水的處理措施

使用集水井和排水溝聯合的方式設置基坑上部外圍的排水結構。盡管鋼板樁和噴粉樁有很好的抗滲能力，但是為了避免雨水、土層含水量以及少量滲水對于基坑開挖的影響，應將基坑底四周的8個集水井的井壁用磚砌筑，要保證磚縫疏水，井底的標高要低于施工面0.8m，井內徑為1.0m，用排水溝縱橫連接集水井，并在井內設置潛水泵。工程中，由排水溝、集水井以及抽水設備構成的簡易排水系統能夠將地下水位降低至6.0m或者更低。

2.5 鋼板樁的回收

±0.00樓面完成之后，要拆除全部支撐，回收鋼板樁的過程由吊車完成。

3 施工監測

專門的監測能夠保證對基坑支護工程動態變化的及時掌握，將監測到的內容實施定時觀測，印制表格，并對數據進行整理，再繪制出位移-時間坐標圖，從而方便對各個時間參數隨時間的變化趨勢的記錄，將信息及時進行反饋，從而指揮土方開挖工作以及以后的施工流程。

實際工作中需要觀察的內容有：（1）工程南面的酒店以及北面的宿舍樓軸線標高的變化情況，將基坑支護工程的墻轉角處設置四個三角標記。（2）對小區道路和圍墻標高的位移進行觀察，并為其各設兩個標記。（3）每隔15m處在鋼板樁墻和鉆孔樁墻處設置一個點，對其水平位移和垂直位移進行觀察。

監測發現，到地下室完工為止，共完成了18次監測，監測中出現的圍堰位移、支撐變化和傾斜等現象都是正常的，且周邊的建筑物、管線以及道路都處于安全水平。現將監測的具體數據描述如下：（1）酒店最大沉降為3mm，軸線沒有發生顯著變化。（2）鋼板樁最大位移為18mm，傾斜13mm；鉆孔樁沒有出現顯著的傾斜情況，最大位移為4mm。（3）小區街道和圍墻沒有顯著變化出現。

實踐證明，此次基坑支護結構的設計方案是可行的，鋼板樁和鉆孔樁、鋼支撐和鋼筋混凝土支撐機構的選擇能夠保證建筑具有良好的整體性和剛度。

4 基坑支護結構技術經濟分析

此次基坑支護結構工耗資252萬元，基坑圍護總長為156.95m，單位延長米的價格為1.6萬元。工程總工期為52天。相對于同類建筑而言價格經濟、耗時較短。

5 結束語

綜合分析此次地下室基礎維護工程，得出以下幾點體會。（1）強度和形變是地下室基礎支護結構設計的基本要求，其中形變尤其重要。（2）維護措施的選擇應遵從因地制宜原則。此次施工流程對不同的現場狀況和所需的開挖深度進行了分析，使維護費用更加經濟合理。（3）在滿足整個支護結構有合理的內力支撐的同時，還要創造一個方便的施工條件。（4）為了提高工程的安全性，加快工程進度，使鋼支撐和工程基礎承臺一起進行澆筑是十分有效的措施。（5）施工監測工作應該逐漸實現信息化，一方面能夠保障施工安全，另一方面也能夠節約工程開支，從而利用對施工組織設計展開合理的優化。

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