復雜環境下深基坑支護設計及施工關鍵技術

胡建

核工業西南勘察設計研究院有限公司 四川 成都 610052

社會經濟水平的持續提升促使城市建設發展進程明顯加快，其中，為進一步滿足城市建設規劃發展要求，政府相關部門及主體建設單位針對地下空間開發利用問題予了高度重視與合理部署。對于地下空間開發與利用工作而言，如何保障深基坑工程建造效果始終是地下空間開發與利用工作予以重點解決的問題。結合大量施工經驗來看，基坑工程支護設計與施工所面臨的重難點問題較多，需要參建單位從多個方面衡量影響因素以及施工關鍵內容。一般來說，深基坑支護設計可選擇類型較多，如果比較常見的排樁、地連墻、水泥土攪拌樁、鋼板樁、土釘墻等。不同深基坑支護設計形式適用條件以及優缺點不同，要求現場施工人員應該結合工程地質條件以及主體結構要求，合理選擇并應用支護施工類型，保障深基坑工程施工質量和效果達到預期。

1 工程概況分析

某新建學校項目總建筑面積4.24萬m2，地下3層、地上4層。其中，該項目基坑深度18.09m，局部深度可高達21.29m。該工程項目基坑東側、南側地下鋪設多條市政管線，西側以及南側為城市道路。該工程項目所涉及到的專業施工協調內容較多，施工難度相對較大。同時，該工程項目基坑周邊環境較復雜，給深基坑支護設計和施工作業帶來了較大難度[1]。

結合現場工程地質情況來看，基坑深度范圍內所涉及到的土層類型有多種，主要為素填土、粉質粘土、粉土和粉砂等地層；地下水位年內變幅1.5m左右，水位隨季節性變化。總體來看，該項目基坑場地地下水位相對較高且粉土和粉砂易塌孔，加上周邊建筑物相對密集且管線復雜，如何保障深基坑支護設計以及施工建設安全已然成為該工程項目予以重點解決的問題。

2 復雜環境下深基坑支護設計內容分析

2.1 方案選型分析

關于復雜環境下深基坑支護設計方案選型問題的研究與分析，設計根據項目周邊環境保護要求，對錨拉結構構件布置應用問題進行妥善處理。舉例而言，錨拉結構構件禁止進入既有或者規劃有建構筑物下方位置，以防止對其他專業施工作業帶來不良影響。與此同時，現場施工不具備錨索施工條件，設計可以采取樁（墻）+內支撐的結構形式，或可利用逆作法進行施工。需要注意的是，本工程項目采用了結構抗震隔震措施，局部通常設置在基礎以上，因此并不適用逆作法。針對于此，設計人員從樁+內支撐或者墻+內支撐中進行施工設計與選擇應用[2]。

本工程項目建設所處地貌單元為河漫灘，穩定水位主要位于地面下2.30m～3.85m之間。結合現場勘察分析情況來看，基坑深度范圍內存在多層深厚透水砂層，為確保深基坑質量和安全，設計采用落底式止水帷幕方式。除此之外，考慮到現場專業施工協調問題以及施工碰撞問題，各參建單位結合場地環境條件對基坑支護設計方案選型問題進行了深入探討與分析，最終決定采用地下連續墻與內支撐組合的支護方式進行施工應用，以達到良好的深基坑支護效果。結合本項目基坑深度以及周邊環境條件，基坑安全等級設置為一級。

2.2 圍護優化設計分析

本項目考慮到支護結構安全和止水防滲要求，圍護結構采用地下連續墻，本項目地下連續墻墻體厚度為800mm，墻深度為40m，墻體混凝土設計強度為C35。在結構形式優化設計方面，地下連續墻槽段之間的接頭利用鎖口管接頭形式進行設計應用，地下連續墻作為止水帷幕進行應用。與此同時，地下連續墻頂部可采用封閉式鋼筋混凝土冠梁結構形式進行施工應用。在布置優化方面，冠梁應該與地下連續墻在迎土側位置完成平齊布置處理。需要注意的是，關于冠梁高度以及寬度的計算分析，設計人員需要按照相關計算法則進行合理確定，寬度不小于地下連續墻厚度。

經計算分析，冠梁高800mm、冠梁寬1200mm，地下連續墻單元槽段平面形狀與槽段長度應該結合場地環境條件以及槽壁穩定性情況進行合理確定。結合以往施工經驗，關于單元槽段平面形狀的選擇可以為一字型、L型以及Z型等。在選擇應用過程中，設計人員應該明確不同單元槽段平面形狀的限制要求。舉例而言，一字型槽段長度不得超過6m、L型以及Z型進行槽段長度總和不得超過6m。此外，在現場施工實踐過程中，地下連續墻鋼筋籠接頭鋼筋形狀必須與施工接頭協調匹配。而對于封頭鋼筋而言，應該與水平鋼筋焊接方式進行操作處理[3]。

2.3 內支撐優化設計

內支撐系統優化設計主要可以圍繞水平支撐結構與豎向支撐結構兩大方面進行合理布置與設計。其中，內支撐數量應該嚴格按照安全經濟、科學環保的原則進行精準計算與分析。經過研究計算之后，在支護形式的設計方面，主要采用三道鋼筋混凝土支撐與地下連續墻共同支護的方式進行設計施工。在具體部署應用方面，支撐結構需要位于基坑四周以及中部位置。上下可分為三道，架設于豎向支撐格構柱位置。

通常來講，為方便后續土方開挖等一系列施工作業活動，現場施工人員需要結合場地環境情況，在基坑第一道鋼筋混凝土支撐梁上設置場地板。然而由于本工程項目場地限制影響因素較多，再加上拆換撐施工與主體結構施工進度存在不協調問題，傳統結構設置方法無法適用于當前施工環境。針對于此，設計人員在內支撐結構設置方面需要保障主體施工階段不拆撐。同時，主體墻以及柱鋼筋打眼應該穿過內支撐梁，在此基礎上，在合適位置上設置換撐體系與加強板，增強主體結構施工質量水平[4]。

另外，本工程在立柱設計以及立柱樁設計方面需要以坑內內支撐作為主體結構橫向支撐構件，切實增強工程結構承載性能以及安全性能。其中，立柱插入立柱樁的深度應該嚴格按照相關技術規程要求進行科學計算與合理確定。以本工程項目實踐經驗為例，本工程取3m。立柱在穿越底板位置可采取可靠的止水措施進行針對性處理，以防止出現滲漏隱患問題。在立柱樁基礎結構的設置方面，應該優先以鋼筋混凝土灌注樁為主。通過合理布置與排列應用，對內支撐提供良好的豎向承力結構。結合大量施工經驗來看，格構為內支撐節點的重要聯系構件，其垂直度以及方向情況會對內支撐受力平衡以及整體支護穩定性效果產生影響。為消除安全風險問題，現場施工人員必須嚴格按照設計圖紙以及專項施工方案要求進行施工。

3 復雜環境下深基坑支護施工關鍵工藝及技術內容分析

3.1 圍護結構施工

圍護結構施工方式主要采取地下連續墻施工方式達到良好的施工作業效果。在具體施工過程中，地下連續墻施工需要針對槽段劃分以及現場標記問題進行重點強調與貫徹落實。其中，標準槽段約為6m長，其他異形槽段需要根據施工設計以及現場實際情況進行合理排布。與此同時，關于成槽機械設備的選擇應該根據土質、水位以及場地情況進行合理配置與選擇。結合現場施工環境和工程地質條件情況，本工程項目更加適用于使用液壓抓斗成槽機進行施工。而鎖口接頭管需要結合地下連續墻寬度以及深度情況進行合理選擇與應用。需要注意的是，混凝土接頭刷壁效果必須滿足施工設計要求，施工作業期間不得出現渣問題[5]。

在正式施工過程中，抓斗成槽機成槽時必須保障槽壁垂直度滿足設計要求。其中，抓斗兩側斗齒必須抓進土中，或者落于空洞中，以確保抓斗兩側斗齒抓土過程中所表現出的受力均衡性效果良好。為防止槽段接頭夾渣引發滲漏水風險問題，施工人員必須針對槽段與混凝土接槎部位進行仔細處理，如可以采用刷壁器進行刷壁處理。如施工人員可提前在刷壁器內布設斜撐板，為保障刷壁效果，操作期間施工人員應該規范個人的操作行為，避免出現碰撞或者損傷問題。直到刷到接頭槽壁無明顯附著物之后，可停止操作。除此之外，關于起吊異形鋼筋籠的施工優化問題的處理，建議施工人員可以通過加強鋼筋籠強度以及剛度等途徑，保障異形鋼筋籠應用質量安全。

3.2 內支撐結構施工

實行混凝土內支撐施工作業期間，現場施工人員應該嚴格按照專項部署方案要求，針對基坑土體進行精準開挖，開挖到內支撐梁設計底標高及以上10cm位置處之后，停止開挖操作。在此基礎上，施工人員需要利用人工方法清除支撐量范圍內的土體。當達到支撐梁底標高以下2cm位置處時，施工人員可利用人工整平方法對梁底部區域進行妥善處理，并完成底模板以及側模板支撐操作處理。結合現場施工經驗來看，關于底模板以及側模板的施工處理，需要利用1.5cm厚度的竹膠板進行施工處理。在側模處理方面，需要利用鋼管斜撐以及對拉螺栓進行加固操作。需要注意的是，在標高放樣環節過程中，施工人員需要進行起拱預拋高處理。

究其原因，主要是因為混凝土梁在自重作用下會發生明顯下沉現象。而通過采取提供預拋高形式可形成良好的預應力支撐作用，抵消拆模之后所出現的下沉現象，進一步增強主體結構性。為保障施工精度得以全面增強，現場施工人員需要對立柱樁樁位以及格構柱中心安裝情況進行合理確定。如可以在常規施工的前提條件下，制作應用格構柱安裝定位輔助底架，強化結構安全施工效果。除此之外，施工人員需要在格構柱上部位置合理布設吊點。其中，格構柱中心線必須與樁基中心線重合，誤差不可以超過5mm。需要注意的是，在焊接施工操作過程中，吊車應該始終吊住格構柱，避免出現施工風險問題。在下放操作時，立柱各邊與支撐軸線必須保持垂直或者平行狀態，到位且無誤之后，應該調整格構柱方向以及標高[6]。

4 復雜環境下深基坑支護施工管理措施及相關建議分析

4.1 注重工程地質勘察工作，實現專業性勘察技術管理目標

在正式開展深基坑支護施工作業之前，業主或總包單位應該指派專業勘察人員對地質條件進行精細化勘察與分析。在勘察分析過程中，應重點圍繞地層巖性、水文地質條件、場地周邊環境條件等重點勘察內容進行研究分析，并做好相關數據記錄分析工作。

設計和施工人員可以根據巖土工程勘察數據反饋情況，對地質環境對深基坑支護工程建設可能造成的負面影響進行提前評估分析。根據分析反饋結果，對可能發生危險的區域進行提前識別。除此之外，在施工技術方案的部署方面，應該結合工程地質勘察數據進行適當調整與優化，并做好技術指導工作，保障深基坑支護工程建設活動順利開展。

4.2 健全完善施工技術管理制度，增強現場施工質量安全效果

深基坑支護施工建設容易受到不穩定因素影響而出現質量風險問題，因此為確保工程始終處于高效穩定的運行狀態，施工單位就必須加強健全施工技術管理制度，以切實增強現場施工質量安全效果。在具體實施過程中，施工管理人員應該主動結合深基坑支護施工特點，對施工現場所涉及到的關鍵施工工藝內容進行合理部署，并加強對各施工工序的妥善安排。與此同時，各參建單位之間應該做好技術交底工作，保證深基坑支護施工工藝效果落實。除此之外，施工技術管理人員應該深化個人的施工技術管控意識，尤其要重點加強對施工重難點問題的妥善處理，如圍護結構施工、內支撐結構施工等。

4.3 貫徹落實關鍵施工工藝及管理要點，提升現場技術管理效能

如何貫徹落實關鍵施工工藝及管理要點，始終是深基坑支護工程施工現場予以重點貫徹落實的內容。結合以往的施工經驗來看，開挖施工始終是深基坑支護施工現場予以重點關注的內容。如果開挖施工方式選擇不當，就很容易引發深基坑支護施工風險問題。在具體施工過程中，需要重點考慮深基坑支護要求以及周邊巖土特性，合理選擇機械設備以及施工開挖技術方法。需要注意的是，在開挖施工期間，施工人員應該時刻對基坑、地下水位變化情況進行重點關注，以防止出現施工風險問題[7]。

4.4 深化施工風險防范意識，科學制定應對措施

深基坑支護施工參建人員必須深化個人的施工風險防范意識，可結合過往施工經驗，對深基坑支護施工建設容易出現的風險問題進行提前識別，并科學制定應對措施，減少塌陷以及其他質量風險問題出現。與此同時，在關鍵施工作業方面，應該加強對重難點問題的妥善處理，如開挖期間應該對開挖進度以及技術落實情況進行合理管控等。

5 結論

總而言之，深基坑支護設計施工會對深基坑工程安全、質量、工期和經濟等產生重要影響。因此對于復雜地質以及環境條件而言，如何保證深基坑支護設計施工質量安全已然成為參建單位予以重點考慮的問題。本文所研究的工程項目通過合理部署優化深基坑支護設計方案以及施工技術內容，所取得的施工成效相對顯著。結合現場監測情況顯示，開挖施工之后，地下連續墻成墻質量相對較好，內支撐受力穩定性較高，基本上可以為其他相似工程提供借鑒和參考。