復雜環境下深基坑支護工程的施工方案優化

王爭光

（中國鐵工投資建設集團有限公司城市建設分公司，北京 100070）

0 引言

深基坑支護技術作為建筑工程項目施工的重要組成部分，可全面提升建筑工程項目的施工安全與施工穩定性[1]。隨著城市建設進程的加快，城區建筑物以及地下室工程施工規模不斷擴大，越來越多緊靠商業樓的地鐵工程建設開通，為此需要采用高質量的基坑支護技術來保障建筑工程項目的施工安全[2]。通常情況下，基坑工程項目周邊的地基土主要是由人工土層、粉土層以及黏土層構成，在對松散物構成的土層進行基層開挖期間，若未能保障基坑開挖的穩定性，一旦地下水埋深度較淺時，水壓力將直接作用基坑圍護結構，繼而導致基坑的圍護結構出現側向變形問題[3]。在變形問題愈發強力時，極易出現管涌以及流砂等不良情況，大大增加基坑失穩風險發生概率。為了減少上述問題的發生，現場施工人員需要靈活采用深基坑支護技術對深基坑開挖作業進行安全處理，確保深基坑支護優化設計效果能夠達到預期施工目標[4]。

1 案例工程

1.1 工程概況

A 工程項目位于交叉路口的西北角，為醫院建筑的拓建工程。擬建地下三層，地上主樓二十層，裙樓四層。根據自然地坪進行計算，基坑設計深入在16.2m，預計土方量為74211m3。

1.2 周邊環境

基坑的周邊環境如表1 所示。

表1 基坑周邊環境

1.3 工程水文地質條件

1.3.1 地形地貌條件

根據地質勘察報告可知，案例工程建筑物的產地位于太行山的東麓，華北沖洪積平原西部，案例工程施工現場地形相對平坦。案例工程項目位于某市區的交叉路口的西北角，周圍施工環境相對復雜，施工地質條件相對良好，地理位置相對優越。

1.3.2 水文氣象條件

案例工程施工區域位于大陸性季風氣候區域，四季鮮明。春季典型的氣候特點為春季干燥多風，夏季典型的氣候特點為熱多雨，秋季典型的氣候特點為嚴重的霧霾，冬季典型的氣候特點為寒冷干燥。案例工程2000—2019 年水文氣象情況如表2 所示。

表2 水文氣象情況

1.3.3 地層巖性分析

根據鉆孔及靜力觸探報告可知，案例工程施工現場的地層主要是由第四紀新近沉積淤泥質土、粉土、黏性土、沙土等構成。具體情況見表3。

表3 地層巖性分析

1.4 應用公式

土壓力是深基坑支擋構件設計過程中需要深入考慮的荷載性因素，因此需要開展主動土壓力以及被動壓力的計算工作，如公式（1）所示。

主動土壓力強度計算如公式（1）所示。

式中：Eab代表的是主動壓力，單位用kN 表示；q代表的比例系數；y代表的土體重度，單位用kN/m3表示；h代表樁的長度，單位用m 表示；Ka代表的是主動壓力系數，c代表的土體黏聚力，單位用MPa 表示。

2 案例工程深基坑支護施工方案

2.1 護坡樁施工方案

2.1.1 工藝概述

案例工程在施工過程中，所應用的灌注樁計劃主要采用旋挖式鉆機械成功工藝。該成孔施工工藝主要是利用套筒式鉆頭下部的斗齒向下放切削土地，同時將土地壓入套筒容器之內，借助自動伸縮鉆桿將鉆頭提起，同時將其中的土地傾倒出來，循環往復后完成施工。該施工可大大提升樁身本身的承載力，所產生的噪聲相對較小，對環境污染程度相對較低，也能大大減少泥漿的消耗量。

2.1.2 具體施工方案

護坡樁深基坑支護方案的實施能夠保障建筑工程的施工質量，確保施工人員的生命安全。第一，案例工程應用的護坡樁為就地成孔成樁的混凝土灌注樁，鋼筋保護層的厚度設置在50mm，護坡樁樁頂需要深入冠梁60mm。第二，工作人員需要根據施工要求進行定位放線與樁位測定，根據地質勘察報告與實際地質情況進行成孔作業，同時進行成孔深度、孔徑、沉渣厚度等檢查工作，在成孔完成后對樁孔進行清理，鉆頭的轉速應大于8r/min。第三，鋼筋籠吊放過程中，需要設置2 個起吊點，派遣專人在孔口控制鋼筋籠下放的垂直程度，實現鋼筋籠的緩慢下放。第四，在混凝土導管安裝過程中，為了確保混凝土能夠順利注入指定位置，混凝土導管需要與鋼筋籠保持距離，壁厚設置在3mm 以上，所應用導管直徑則需要在300mm 以上。同時導管安放期間，需要在各項檢查無異常情況后，將導管向上提起400mm。第五，混凝土澆筑施工期間，施工人員需要在商品混凝土到達現場澆筑前，對混凝土的出場合格證明、入模溫度等項目進行檢查，為了確保灌裝混凝土滿足施工要求，混凝土坍落度在175mm～240mm，為了確保混凝土能夠順利凝結硬化，入模的溫度則需要超過5℃。第一次澆筑時，導管埋置深度需要控制在1.5m 以上。連續進行混凝土澆筑時，施工人員需要緩慢上提導管，導管入口則需要埋置在混凝土表面2m 以上，嚴令禁止出現將導管提出混凝土面的情況。

2.1.3 施工質量檢驗標準

2.1.3.1 混凝土灌注樁質量檢驗標準

深基坑支護工程中，混凝土灌注質量檢驗標準如下。第一，對混凝土灌注樁的樁位偏差質量檢驗是采取量樁中心點的檢查方法，允許偏差值為50mm。第二，對混凝土灌注樁孔深的質量檢驗，是通過測量鉆桿深度進行檢驗，允許偏差值為300mm。第三，對混凝土灌注樁垂直度的質量檢驗，是利用吊錘球進行檢查，允許偏差為1%以內。第四，對混凝土灌注樁樁直徑的質量檢驗，是利用鋼尺測量方法進行檢查，允許值為-20mm。第五，對混凝土灌注樁混凝土坍落度檢驗，是利用坍落度儀進行檢查，允許偏差為70mm～100mm。第六，對混凝土灌注樁樁頂標高質量檢驗，是利用水準儀進行檢查，允許偏差為+30mm/-50mm。

2.1.3.2 鋼筋籠的質量檢驗標準

深基坑支護工程中，鋼筋籠的質量檢驗標準如下：第一，對鋼筋籠主筋間距的質量檢驗是利用鋼尺進行測量，主筋間距的允許偏差值為±10mm。第二，對鋼筋籠長度的質量檢驗是利用鋼尺進行測量，長度的允許偏差值為±100mm。第三，對鋼筋籠的鋼筋材質通過抽樣送檢進行質量檢驗，確保送檢結果能夠滿足項目設計要求。第四，對鋼筋籠箍筋間距的質量檢驗是利用鋼尺進行測量，箍筋間距的允許偏差值為±20mm。第五，對鋼筋籠直徑的質量檢驗是利用鋼尺進行測量，直徑的允許偏差值為±20mm。

2.2 土釘墻施工方案

2.2.1 具體施工方案

土釘墻施工過程中高效率土釘墻施工作業的開展，可確保深基坑支護質量，為此需要按照具體施工方案開展施工作業：第一，放坡開挖過程中，需要遵循自上而下開挖放坡原則，同時需要開展分層開挖活動，每層開挖至距土釘施工位置500mm 時便可停止，以便于土釘掏孔插筋等施工。為了確保邊坡的穩定，開挖深度以及開挖程度不易過深過長[5]。第二，土釘安裝期間，為了確保土釘能夠位于中心位置，需要利用支架將土釘支撐起來，在將土釘插入孔洞時，需要緩慢進行放置。第三，水泥注漿過程中，施工人員需要選用強度不低于32.5 的礦渣水泥，水灰比例控制在0.5 ∶1，水泥攪拌時間需要控制在2min 以上。注漿期間，需要將注漿管深入孔內，在距離0.5m 孔底時進行混凝土注漿，注漿壓力值需要控制在0.5MPa 以上。在水泥注漿完成后需要將孔口堵死，有效避免水泥漿流出。第四，外掛鋼筋網過程中，鋼筋網的上下搭接長度控制在350mm 以上，從地表向下1m 處固定一排短鋼筋接頭，鋼筋與鋼筋之間利用Φ16mm 的鋼筋焊接起來，繼而確保整個鋼筋網的整體性。第五，土釘加強筋施工期間，需要將所有相鄰的土釘末端利用Φ16mm 的鋼筋進行焊接，將鋼筋網壓住，在加強筋的作用下，將鋼筋網與土釘焊接成一個整體[6]。第六，在噴射混凝土面層時，需要采取強度高于32.5 的礦渣水泥構成采噴射混凝土。在施工過程中，施工人員需要控制噴射的角度與距離，最大程度減少污染浪費問題的發生。

2.2.2 施工質量檢驗標準

深基坑支護工程中，混凝土灌注質量檢驗標準如下。第一，在進行土釘墻鉆孔傾斜度質量檢查時，需要利用側鉆機傾角測量，允許偏差為±1°。第二，在進行土釘墻墻體強度質量檢查時，需要采取試樣送檢檢測方法，只有強度需要達到設計要求，方為合格。第三，在進行土釘墻面層厚度質量檢查時，采取鋼制測量檢查方法，允許偏差為±10mm。

2.3 錨桿施工方案

案例工程項目在深基坑支護工程中，錨桿施工方案施工質量安全關乎整個項目的施工安全性，為此需要嚴格遵循錨桿施工方案要求開展施工作業：第一，案例工程樁在進行土方開挖過程中，需要經過建設單位的現場有效協調，而在錨桿施工前，需要挖土到錨桿500mm 以下的位置，進而方便施工人員進行施工。同時施工人員在鉆孔作業中，需要選取高壓旋噴錨工藝進行成孔作業，在成孔后對孔壁上的浮土、泥垢借助高壓氣流進行清流，確保錨桿成孔中的水泥漿體以及桿件能夠有效結合。第二，在錨桿作業施工，設置的錨桿水平間距為1.5m，豎向間距為3.5m，入射角設置為15°，錨桿桿件的原材料主要是由高強鋼筋加工而成，在進行加工制作過程中，需要對已經進程的材料進行抽樣檢驗，確保所有施工材料質量合格證書文件齊全，方可進行投入施工現場應用。同時在進行錨桿桿體安裝過程中，需要將注漿管深入距離孔底500mm 至1000mm的區域，同時注漿管需要與錨桿沿著孔洞的中心線緩緩插入孔洞中，而在孔洞插入過程中，在遭遇到阻力無法順利進入時，施工人員則需要提起錨桿來調整方向進行試探性的插入。在調整處理過程中仍舊無法插入孔洞時，則需要將錨桿拉出土地，對孔洞重新進行處理。第三，錨桿本身的有效錨固程度對錨桿的整體錨固力有的極大的影響，而注漿質量則對錨桿質量以及錨固力有影響。案例工程錨桿注漿施工主要分為兩個階段，第一階段是利用常壓進行注漿，直至水泥漿留出孔洞方可結束，第二階段是帶壓注漿結束后一小時方可進行后壓注漿，確保錨固段區域的水泥砂以及孔壁在壓力作用下能夠緊密黏結在一起，全面提升錨桿本身的錨固力，帶壓注漿的壓力需要控制在1.8MPa 以上且第二次注漿需要確保水泥漿是自然溢出錨桿孔洞的。第四，在進行預應力錨桿張拉前需要對所應用的張拉設備進行檢查，同時需要檢查錨固段錨固體強度達到15MPa 以上，方可開展張拉工作。在進行預應力錨桿張拉過程中采取錯開張拉形式，即隔一個錨桿張拉另一個錨桿，避免錨桿出現相互影響的情況。同時錨桿張拉加載速度每分鐘不能小于0.1 錨桿軸向拉力標準值，而所設計的張拉應力需要超過設計要求施加預應力值的5%，并進行錨固鎖定。

2.4 雙排樁支護方案

雙排樁支護方法的應用，能夠有效規避低下連續墻所帶來的制約，受周圍地質環境影響水平相對較低，施工相對便捷，因此對案例工程主體結構施工進度影響并不高，因此可借助雙排樁支護方法來優化深基坑支護過程，第一，雙排樁支護技術適用于降水以及截水帷幕的基坑區域，案例工程項目的基坑南側有地下建筑物，周邊施工環境相對復雜，因此并不具備利用錨桿施工的條件。第二，施工人員可采取圍護樁于一體的雙排樁形式，充分利用周圍建筑物圍護樁的二次利用水平，繼而降低工程建造成本，滿足社會發展進程[7]。第三，根據雙排樁結構結算方法可知，案例工程前排樁受力的主動土壓力2124.3kN，被動土壓力為1482.4kN，后排樁受力的主動土壓力為749.6kN，被動土壓力為17943.4kN，結合實際情況避免出現傾覆的情況。

2.5 案例工程研究結論

案例工程表明，在復雜環境下開展深基坑支護工程，需要對工程項目的地質構造、地形地貌、水文氣象等資料進行分析確定深基坑的開挖深度，以此為基礎制定案例工程項目的基坑支護施工方案，在確保施工安全性的前提下靈活選用護坡樁施工方案、土釘墻施工方案、錨桿施工方案以及雙排樁支護方案，可大大降低建筑工程項目的施工風險，提升項目的施工質量。

3 結語

簡而言之，在進行建筑工程項目施工過程中，需要采用行之有效的深基坑支護技術來提升建筑工程項目的施工質量。為此需要根據工程施工氣候條件與地質情況，充分利用人力資源與物力資源對深基坑支護工程施工方案進行優化，繼而延長建筑工程項目的應用壽命，保障人民生命安全。同時需要找到基礎工程項目中存在的不足之處，對其采取針對性的管理措施，在建筑工程項目施工過程中，需要關注深基坑支護技術，不斷優化支護技術，降低基坑變形概率，繼而有效延長建筑工程項目的使用壽命。