樁+內支撐支護體系在武漢某深基坑工程中的應用

吳鵬琴，李進勇，馮 勇，賀建飛

（1.中冶華亞建設集團有限公司，武漢 430081；2.中南勘察基礎工程有限公司，武漢 430081）

隨著城市建設的快速發展，建筑物密度日益增大，擬建工程周邊都存在著交通道路、建筑物及地下管線，對變形控制日趨嚴格[1-2]，加之國內很多城市都限制紅線外使用錨桿（索），使得基坑開挖場地愈加狹小，樁+內支撐支護結構形式逐漸成為深大基坑支護設計中首選形式之一[3]。

本文結合武漢市某深基坑支護設計及施工，對復雜環境條件下采用的排樁+內支撐支護體系結構進行總結介紹，以期給類似工程提供經驗。

1 工程概況

本工程位于武漢市街道口某大學校內，總建筑面積約120 000 m2，地上22 層，地下3 層，基坑周長約589 m，地下停車庫占地面積約15 000 m2，整個基坑開挖面積約17640 m2。建筑物±0.00 標高相當于絕對標高32.00 m，自然地面標高為30.0~34.0 m，地下室底板標高為+17.00 m，開挖深度為13.0~17.0 m，工程重要性等級為一級。

基坑周邊環境復雜，南側基礎外邊線距用地紅線約7 m，紅線外為珞瑜路；北側基礎外邊線距用地紅線約11～19 m，東側基礎外邊線距用地紅線約10～16 m；基坑東側、北側紅線緊鄰學校家屬樓，建筑物密集。

2 場地工程地質和水文地質條件

2.1 工程地質條件

場地地貌上屬長江Ⅲ級階地，場地地勢有一定起伏，北西側地勢較高，基坑施工前地面標高變化在33.94～30.02 m 之間。基坑側壁土層自上而下分別如下。

1）①層雜填土（Qml）：黃褐色、結構松散，主要由粘性土混少量碎石、植物根系組成；層厚0.5～3.4 m，重度γ＝18 kN/m3，黏聚力c＝10 kPa，內摩擦角φ=15°，極限摩阻力τ=25 kPa。

2）②層黏土（Q2al+pl）：黃褐、黃紅色，硬塑，含有少量鐵、錳氧化物及灰白色高嶺土；層厚3.3～7.9 m，重度γ＝18 kN/m3，黏聚力c＝28 kPa，內摩擦角φ=15°，極限摩阻力τ=35 kPa。

3）③層黏土（Qel+dl）：黃紅色，硬塑，含有少量鐵、錳氧化物，局部含有少量礫石及碎石；層厚0.8～2.9 m，重度γ＝19 kN/m3，黏聚力c＝40 kPa，內摩擦角φ=17°，極限摩阻力τ=60 kPa。

4）④-1 層強風化泥巖（S2f）：黃褐色，巖石風化強烈，組織結構大部分被破壞，可見原巖狀態，手可捏碎，失水開裂；層厚0.7～2.9m，重度γ＝18.5kN/m3，黏聚力c＝37kPa，內摩擦角φ=16°，極限摩阻力τ=60 kPa。

5）④-2 層中風化泥巖（S2f）：黃褐色，泥質結構，層狀構造，巖芯呈短柱狀，采取率較高，屬極軟巖，巖芯基本質量等級為Ⅴ級；揭露層厚4.9～9.0 m，重度γ＝19 kN/m3，黏聚力c＝75 kPa，內摩擦角φ=25°，極限摩阻力τ=60 kPa。

2.2 水文地質條件

場地對基坑有影響的地下水為賦存于（1）雜填土層中的上層滯水。地下水位主要受氣候因素影響，大氣降水、地表排水為其主要補給來源，上層滯水靜止水位為地面下1.7～2.4 m。

3 基坑設計

3.1 設計方案選擇

基坑支護體系的確定與眾多因素有關，如基坑深度、工程地質及水文地質條件、基坑周邊環境條件、主體地下結構及基礎形式、基坑平面尺寸及形狀、支護結構施工工藝、經濟指標及環保性能、施工場地條件、施工季節和施工工期[4-5]等。本工程可選的支護體系有：排樁、地下連續墻、重力式水泥土墻、土釘墻及各種支護體系的組合等。其中，重力式水泥土墻、土釘墻支護體系適用于基坑側壁安全等級為二、三級，開挖深度不大，對基坑周邊沉降及位移要求不嚴的基坑；排樁、地下連續墻支護體系適用于基坑側壁安全等級為一至三級的基坑；排樁支護體系適當采用預應力錨桿（索）或內支撐后，能有效控制基坑周邊沉降及位移[4-6]，支護體系不占用基坑范圍內空間，但錨桿（索）需伸入鄰地，有障礙時不能設置，也不宜錨入毗鄰建筑物地基內，內支撐不受此限制；地下連續墻支護體系也能有效控制基坑周邊沉降及位移，但施工成本高、造價大[6]。

本工程周邊建筑物密集，南側鄰近交通干道，東側、北側緊鄰大學家屬樓，需嚴格控制基坑周邊沉降及位移，基坑安全等級定為一級。綜合考慮上述因素，本工程采用排樁+內支撐支護體系，樁頂冠梁標高設計在29.5 m 處，FAB 段樁頂邊坡采用土釘墻支護，其余段樁頂邊坡采用放坡+土釘掛網支護；樁間土采用土釘掛網噴砼保護。

對于地表水，在坡頂進行硬化，在適當位置設置截水溝；對于上層滯水，在坡面設置一定數量的泄水孔，在坡底設置集水溝及集水井，集中向外排抽。

3.2 主要設計參數

1）支護樁設計樁徑900 mm，樁間距1 400 mm，有效樁長15.0～16.0 m。樁身砼強度等級C30。

2）立柱樁分為2 類，一類為對頂撐立柱樁，樁徑設計1 000 mm，A-A 截面（一、二道內支撐之間部分）四角設置L125 mm×12 mm 角鋼；B-B 截面（二道內支撐與基坑底之間部分）四角設置L140 mm×14 mm 角鋼；角鋼采用410 mm×150 mm×10 mm 鋼板四面焊接，間距800 mm；下部設置6 m 鉆孔灌注樁，樁徑1 000 mm。第二類為角撐立柱樁，樁徑設計900 mm，截面四角設置L125 mm×12 mm角鋼；角鋼采用410 mm×150 mm×10 mm 鋼板四面焊接，間距800 mm；下部設置5 m 鉆孔灌注樁，樁徑900 mm。鉆孔灌注樁主筋采用10Φ22 螺紋鋼，箍筋采用Φ8@200圓鋼，加強筋采用Φ16@2 000 螺紋鋼。鋼立柱進入鉆孔灌注樁3m，鋼立柱與地下室底板交接處設兩道止水環。

3）支護樁頂采用冠梁連接。冠梁截面尺寸設計1 100 mm×600 mm（b×h），砼強度C35。采用雙面對稱配筋，每側主筋7Φ20 鋼筋，上下各設4Φ16 鋼筋，箍筋四支箍Φ8＠180（轉角處1.5 m 范圍內箍筋加密Φ8＠90）。

4）支護樁中段采用腰梁連接。腰梁截面尺寸設計1 200 mm×800 mm（b×h），砼強度C35。采用雙面對稱配筋，每側主筋8Φ28 鋼筋，上下各設4Φ18 鋼筋，箍筋四支箍Φ10＠100（轉角處1.5 m 范圍內箍筋加密Φ10＠50）。

5）內支撐采用鋼筋砼角撐和對頂撐，設計兩道支撐。第一道內支撐：對頂撐截面600 mm×800 mm；角撐及桁架撐截面500 mm×600 mm；連系梁截面400 mm×500 mm；第二道內支撐：對頂撐截面900 mm×1 200 mm；角撐及桁架撐截面800mm×1000mm；連系梁截面500mm×600mm。

6）冠梁、腰梁及支撐梁砼強度等級均為C35。冠梁應與其相應的內支撐結構一同澆筑，砼內支撐結構施工完必須養護28 d 或達到設計強度80%[5]后方可開挖支撐梁以下的土方。

7）地下室底板澆筑時應同時設置鋼筋砼暗撐，同底板一起澆筑，厚度為500 mm，暗撐標高同底板面標高。

8）地下一層、二層樓板處設置鋼筋砼換撐，同樓板砼一起澆筑。換撐板厚同樓板厚度，寬度為外墻與排樁之間距離，長度為3 m，為格構式，中間空格長3 m。混凝土等級同樓板混凝土。換撐板雙層雙向配筋，主筋插入樓板35d，配筋同底板。

9）主樓和裙樓間設置有后澆帶處，綁扎板筋時在后澆帶處預埋[14 槽鋼，間距為2 m，長度為1.2 m。若車道臨邊，換撐前必須對樓道開孔部分進行加固。在墻體間增加鋼管支撐，為Φ194 鋼管，壁厚7 mm，水平間距為1.2 m，其標高同地下室樓板標高。

10）待換撐強度達80%[7-8]后拆除支撐。支撐拆除采用人工與機械風鎬相結合的方式，或者控制爆破[9]。拆撐順序：先拆輔撐，后拆主撐。拆撐時間同步進行基坑監測，以確保基坑邊坡安全。

4 基坑施工

本工程支護樁施工完成后，先進行了養護，對達到齡期的支護樁進行了小應變檢測，結果均合格。隨后根據支護樁齡期分段進行了第一層土方開挖—第一層內支撐施工—第二層土方開挖—第二層內支撐施工—開挖到底—底板及換撐板帶施工—地下二層樓板及換撐板帶施工—第二層內支撐拆除—地下一層樓板及換撐板帶施工—第一層內支撐拆除—基坑回填[5]。整個施工情況進展順利。本工程重點控制的施工項目如下。

4.1 土石方開挖

土石方分多次開挖，均嚴格按照施工組織設計進行。開挖第一層土方至第一層冠梁及支撐梁時，進行第一層冠梁及支撐梁施工，待支撐梁砼達到設計強度后，再進行第二層土石方開挖。第二層土石方開挖因部分區域包含強、中風化泥巖，巖體強度較高，采用啄木鳥配合反鏟的方式開挖，機械作業時，安排專人專職管理一臺機械，嚴禁設備碰撞支撐體系。第二層土石方開挖完畢后，進行第二層腰梁及支撐梁施工，施工同第一層，并待其強度達到設計強度后，再開挖第三層土石方。開挖方式同第二層土石方，開挖至底板底以上300 mm 時，留300 mm 進行人工開挖，防止超挖造成地基承載力破壞。

4.2 內支撐拆除

由于內支撐對基坑開挖的影響很大，擬采用以機械拆除為主、人工拆除為輔的支撐梁拆除方案。選用啄木鳥設備主要拆除兩道對頂撐支撐梁、支護樁周邊支撐梁；其他啄木鳥等設備無法到達、操作的部位采用人工手持風鎬進行拆除。人工拆除時，采用風鎬分段截斷方式，用塔吊將混凝土塊吊運至集中堆場，而后在堆場集中破碎。

拆撐時，為了減少拆撐對支護樁的振動影響，先用風鎬鑿除支護樁與立柱樁之間的主撐梁，再鑿除與之相連的角撐或聯系梁，使支護樁與支撐梁全部分離，確保啄木鳥拆撐時支撐梁的振動無法影響支護樁，避免已穩定的基坑荷載出現變化。啄木鳥拆撐時，在須拆除的支撐梁下方鋪設腳手架，對樓板進行保護，防止混凝土塊直接掉落至樓板上。

人工拆撐：地下室二層樓板頂標高約為22.540 m，基坑支護設計的第二層支撐梁底標高為23.500 m，因此，操作人員可以站立于地下室二層樓板，手持風鎬工作；地下室一層樓板頂標高約為26.000 m，第一層支撐梁底標高為28.500 m，即地下室一層樓板施工完畢后，第一層支撐梁相對于樓板凈空2.500 m 左右，操作人員無法站立于樓板施工，此時需要搭設腳手架平臺。

腳手架搭設須嚴格按照JGJ 128—2000《建筑施工門式鋼管腳手架安全技術規范》執行。操作人員持風鎬鑿除支撐梁混凝土，耗時費力[8]，可先使用劈裂機劈裂支撐梁混凝土，再使用風鎬鑿除混凝土。首先，操作人員先使用空壓機于支撐梁頂部鉆孔，一般孔深500 mm（且距離支撐梁底距離為100～200 mm）、孔間距500 mm、孔徑6～10 mm；其次，使用劈裂機插在孔中，依靠油壓，劈裂支撐梁身混凝土，代替傳統靜態爆破拆撐方式；操作人員再手持風鎬，將已劈裂的支撐梁身混凝土與梁鋼筋剝離；其次，操作人員使用氣割設備將鋼筋裂斷，回收；最后清掃人員配合塔吊將樓板上的碎混凝土塊轉運出場。

在支撐梁拆除過程中，需加大坑監測力度，安排專人專職對于基坑坡、坑壁、坑底進行每日兩次巡視，若發現有新發育裂縫，立即進行處理，并對此相關區域加強監測。

4.3 應急預案

在基坑周邊，嚴禁任何單位或個人進行材料、機械、機具堆載，以免加大支護體系荷載。在拆撐過程中，如發現有位移、變形較大時，立即停止相關區域內的機械作業，同時在基坑周邊卸載，支護樁附近加直撐或斜撐，以防止位移、變形進一步擴大，同時加強此區域內的監測力度。

5 施工監測

為使基坑開挖順利進行，確保基礎工程施工安全，對基坑及周邊建（構）筑物、市政設施進行跟蹤監測，及時為信息法施工提供可靠的監測資料，本工程在基坑支護體系及周邊共布置監測點111 個。其中，周邊建筑物上布設垂直位移監測點28 個，基坑支護體系的冠梁、立柱樁及邊坡上布置垂直位移監測點40 個，基坑支護體系的冠梁及邊坡上布置垂直位移監測點兼做水平位移觀測點34 個，基坑支護樁上布設深層水平位移監測孔共7 個，內支撐上布設應力監測點36 個。

監測單位于整個施工期間共進行了65 次基坑監測，通過65 次的監測結果來看基坑部位處于相對穩定狀態，其中，基坑周邊建筑物最大沉降量為11.86 mm；基坑周邊道路最大沉降量為6.47 mm；基坑支護體系最大沉降量為27.12 mm，最大水平位移量為向基坑內側偏移28 mm；深層水平位移監測最大位移為向基坑內側偏移30.85 mm；應力監測最大值為64.494 kN。

根據上述監測結果，基坑支護體系水平位移、深層水平位移及應力均未出現超過預警值[10]的情形，基坑支護體系處于安全狀態。

6 結束語

1）基坑設計施工要確保基坑邊坡穩定或支護結構的穩定，保證坑內施工作業安全、順利，保證坑內工程樁的安全或保護天然地基土。

2）在進行基坑支護設計時，不僅應考慮基坑側壁自身的安全，還必須注意基坑開挖產生的沉降變形對周邊建筑物的影響[4]。在周邊環境復雜的地段，要嚴格控制基坑周邊沉降及位移，避免不良社會影響，維護社會的穩定和諧。

3）在選擇基坑支護方案時，需詳細了解基坑周邊的環境條件，根據地質條件及水文地質條件、基坑規模、當地的施工技術經驗等合理選擇支護形式。

4）內支撐的拆除對基坑的安全影響很大，需制訂詳細的基坑拆除施工方案及應急救援措施，避免拆撐造成基坑支護結構失效而影響施工安全及周邊環境。

5）為保證工程安全和周邊建筑物及道路安全，施工需嚴格按照“信息法”施工，加強監測，根據監測結果及時修改設計并采取防范措施，同時也對設計文件進行驗證，積累經驗。