土建基礎施工中深基坑支護施工技術研究

1 引言

土建基礎工程質量對土建工程項目整體質量存在直接影響。 相關企業及工作人員應高度重視土建基礎工程，合理應用于工程實踐中通過施工方案科學設計與施工技術， 不斷提高土建基礎施工質量。 深基坑支護是當前土建基礎工程較為常見的項目， 經多年發展形成了多種深基坑支護施工技術。 例如，文獻[1]研究中列舉出鋼板樁、混凝土灌注樁等深基坑支護施工技術， 并結合鐵路下穿框架橋基坑支護工程案例詳細介紹混凝土灌注樁施工技術應用要點， 明確其合理使用對提高基坑結構穩定性存在積極影響。

2 工程簡介

深基坑支護工程為深圳某房屋基礎工程項目 （以下簡稱“A 項目”）核心內容。 A 項目總占地面積約45 000 m2，總建筑面積約22 000 m2，集住宅樓、地下車庫、商業出租樓等為一體。 A項目±0.000 m 絕對高程超過800 m，主樓區域基坑底標與地下車庫區域基坑底標高范圍790~798 m，主樓區域基坑底標與地下車庫區域基坑自然標高范圍805~812 m，基坑深度范圍7.40~14.5 m。 A 項目基坑周圍環境較為復雜，北側鄰近大街，西側鄰近河道，南側南部存在既有居民住宅，北側存在地面車庫，東側、北側、南側等均有管道分布，包括用水管道、天然氣管道、通訊管道等。 A 項目地形高低起伏，地質水文條件如表1所示。

3 深基坑支護施工方案設計與優化分析

3.1 施工方案設計

綜合考慮工程項目特征、地質水文條件、基坑周圍環境、基坑支護施工要求等因素，發現深基坑支護施工重難點如下：（1）基坑深度較深，且東西邊坡深度不一，常規支撐結構無法滿足實際需求；（2）基坑施工場條件復雜，施工過程中對防水、止水措施應用具有較高要求；（3）基坑部分地區邊坡力學性能較差，邊坡施工難度較大。

在深基坑支護施工相關要求指導下， 立足工程項目建設場地具體情況，結合基坑施工重難點等，聯系以往工作經驗，設計采用鋼筋混凝土灌注樁作為本工程圍護結構， 實行分區開挖策略，具體表現為：

1）基坑邊坡分為3 個區域，一區與二區支護形式均為“放坡+ 樁錨支護”，三區支護形式為“放坡+ 樁錨支護”“放坡+排樁+內支撐支護”；

2）基坑內部分為東部開挖區與西部開挖區，界線為主體結構后澆帶；

3）東部區域先施工，施工期間做好西部區域放坡工作；

4）東部區域基坑開挖完成后，進行后澆帶東部主體結構施工、邊坡土體回填施工；

5）依靠東部主體結構，構建豎向與水平支撐柱，形成支撐反力結構系統，在西部區域實行內支撐結構施工。 按照相關規定，對各項參數進行計算，均滿足規范要求。

3.2 施工方案優化

為進一步提高深基坑支護施工質量， 保證施工技術應用的科學性、合理性、適宜性和有效性，設計利用有限元分析法進行深基坑施工技術應用全過程模擬， 探尋當前設計方案存在的局限性， 并進行設計參數優化。 有限元分析主要軟件為ABAQUS，土體結構模型采用Mohr-Coulomb 本構模型。 有限元模型構建過程中，確定基坑長度、寬度、深度分別為183 m、80 m、60 m。 與此同時，根據設計方案內容，便于模型構建需要，將支護樁等效轉化為地下連續墻厚度，轉換公式見式（1）和式（2）；將鋼格構柱等效轉化為鋼筋混凝土柱，轉換公式見式（3）和式（4）。

式（1）~ 式（4）中，D 為支護樁直徑；d 為支護樁間距；H 為地下連續墻厚度；E 為彈性模量；A 為面積；r 為支護樁半徑。

根據類似工程經驗與本工程項目地質勘查結果等合理選擇模型材料參數，按照常規施工工序確定16 個工況，對比分析“先東部地區開挖，后西部地區開挖”與“先西部地區開挖，后東部地區開挖”深基坑支護施工情況，發現“先東部地區開挖，后西部地區開挖”基坑穩定性更高，且對周圍環境的影響較小。

4 深基坑支護施工技術應用要點分析

4.1 施工組織設置

深基坑支護施工過程中， 為保證施工技術應用準確、到位，需要在施工前做好組織設置工作。 具體表現為：（1）成立深基坑支護施工技術小組，明確小組成員職責；（2）在設計人員、施工人員、管理人員等共同參與下進行技術交底，保證施工人員能全面、準確掌握施工設計意圖，詳細了解施工技術應用要求；（3）建立良好溝通機制，為各部門有效溝通提供支持；（4）完善監督與管理制度，保證所有人員嚴格按照規定進行施工。

4.2 施工準備安排

施工準備對施工技術應用質量、安全、效率等存在重要影響。 建設施工企業在深基坑支護施工正式開始前，應圍繞“環境”（施工道路清理、 施工用電/ 水設置配置等）、“材料”（運輸規劃、 進場前質量檢測、 出入庫表單管理、 使用前質量檢查等）、“設備”（設備合理選擇， 設備規范安放， 設備使用檢查等）、“技術”（技術交底，圖紙分析，要求說明等）、“人員”（安全教育、技術培訓、能力考核等）做好施工準備工作[2]。

4.3 深基坑開挖

深基坑開挖施工過程中需要注意的技術應用要點如下。

1）施工人員嚴格遵循分層開挖原則、分區開挖原則、分塊開挖原則進行有序施工。

2）深基坑開挖前仔細探查施工現場環境，掌握地下障礙物體分布情況，事前做好準備，以免施工期間受地下障礙物影響，進而影響施工進度。

3）東區開挖與西區放坡時，需要加強基坑監測力度，保證施工期間土坡始終處于穩定狀態， 同時嚴格控制西區放坡角度，要求不超過45°。

4）土方開挖分多個階段進行。 第一階段開挖至一區冠梁底標高下50 cm 位置， 第二階段開挖至東部地區基坑底標高位置，第三階段開挖至第一道內支撐底標高下50 cm 位置，第四階段開挖至第二道內支撐底標高下50 cm 位置， 第五階段開挖至第三道內支撐底標高下50 cm 位置； 第六階段開挖至西部地區基坑底標高位置。 土方開挖過程中需要嚴格控制施工質量，做好相關指標檢驗工作。

5）開挖至深基坑坑底后，施工人員應及時進行土墊層澆筑、基礎底板澆筑，以免發生基坑隆起問題。

4.4 支護結構施工

深基坑支護結構施工過程中需注意的技術應用要點如下。

1）嚴格按照“施工準備→測量放線→埋設護筒→鉆機就位→鉆孔→清孔及質量檢查→鋼筋籠制作與安防→導管放置→第二次清孔→水下灌注混凝土→導管拆除→樁頭處理→施工質量檢查驗收”工藝流程進行樁錨支護施工。

2）加強施工工藝流程各環節細節管理，保證各項操作規范、準確、到位。 如測量放線時嚴格按照圖紙確定放樁位置，經自我檢驗、小組檢驗、監理檢驗等無誤后，做好相關記錄；護筒埋設過程中利用專業測量工具檢查埋設位置是否準確， 將護筒中心與樁位中心之間的誤差控制在可允許范圍內， 埋設后通過回填土防止漏水；水下混凝土灌注需要在二次清孔60 min內開展，實踐操作中應嚴格控制混凝土坍落度，一般不低于18 cm，不超過22 cm[3]。

3）內支撐結構施工中應加強鋼格構立柱使用前質量檢查，保證其強度滿足支撐需求； 機械作業時需提前對鋼格構立柱做好防護，以免碰觸鋼格構立柱，降低其使用性能；豎向支撐柱構件需達到設計強度要求后才可進行內支撐施工， 且內支撐施工過程中，按照鋼筋綁扎施工技術規范、支模施工技術規范、 混凝土澆筑施工技術規范進行操作； 支撐結構強度超過80%后方可進行下層土方開發； 基坑回填土時每層壓實遍數控制在3~8 次，人工打夯分層厚度控制在200 mm 以內，機械打夯分層厚度控制在200~300 mm。

4.5 基坑降水施工與基坑監測管控

施工人員按照如圖1 所示工藝流程進行管井降水施工，施工期間按照設計參數控制施工行為，保證測量、鉆孔、鋼筋籠井管吊放等位置準確。 封井需要在底板澆筑達到設計強度后，以“礫石回灌+緩凝土澆筑+鋼頂板焊接”方式為主。基坑整個施工過程中需要按照相關要求進行監測， 包括支護樁位移監測、土體測位移監測、土體測變形監測、地下水觀測、支撐軸力變化情況監測、支撐立柱沉降監測等。

圖1 管井降水施工流程圖

5 結語