某小區基坑開挖支護方案設計及施工研究

鐘家海（中鐵十五局集團第四工程有限公司，河南 鄭州 451100）

基坑是建筑工程施工的基礎，是建筑施工前的土方工程，其是結合工程施工的地質條件、周圍環境以及工程建設需求建設，屬于一種綜合性工程[1]。基坑在開挖過程中，需充分結合工程排水、防水等需求，并且參考基礎設計位置基底標高和基礎平面尺寸，開挖深度主要結合建筑工程的實際需求確定[2]。基坑主要分為一級、二級和三級，不同級別的基坑用于滿足不同工程的需求[3]。基坑在施工過程中，為保證地下結構的施工效果以及基坑周圍環境的安全，均會采用基坑支護對側壁和周圍環境進行加固和保護[4]。常見的支護形式包括水泥擋土墻支護、地下連續墻支護、排樁支護等，由于建筑工程自身的差異、施工環境地質條件的差異，均需制定不同的基坑支護方案進行施工[5]。為研究基坑開挖支護方案的應用以及施工效果，以某建筑工程為例，研究基坑開挖支護方案設計以及施工技術。

1 基坑開挖支護方案設計及施工

1.1 工程概況

1.1.1 建筑概況

該工程整體共包含16 個單位工程，其中有7 棟二類高層住宅，均為15層，另外7棟為18層，1棟3層的幼兒園，1 棟2 層配套用房和車庫。地上建筑總面積為15.62 萬m2，地下建筑面積為5.51 萬m2。樓層標高為2.9m，剪力墻結構，安全等級為二級，抗震設防為標準設防，抗震等級為四級，防水等級為二級。

1.1.2 地質條件

對該地區的地質條件進行勘測發現，該工程地質情況分布較為復雜，并且具有多種地質形態，各個土層的相關物理參數如表1所示。

表1 各個土層的物理參數

1.2 支護方案設計與施工工藝

該小區建筑工程施工環境周邊沒有其他建筑的存在，可忽略該工程對周邊建筑的影響，施工環境較好。但是在施工過程中需考慮降雨對工程施工的影響，做好場地排水處理措施[6]。結合上述情況，本文采用復合土釘墻作為該基坑的支護方案，該方案對后續主體的施工不會造成其他不良影響。

該支護方案共設置3道注漿錨管和1排微型鋼管，在施工過程中，為保證土釘墻面層的強度和整體剛度，微型鋼管和土釘錨桿之間采用槽鋼連接，以此有效避免土釘墻面層發生開裂或者外鼓情況，保證基坑安全[7]。支護方案采用微型鋼管樁，土釘墻參數詳情如下所述：

（1）微型樁使用的鋼管直徑220mm，鋼管厚度為10mm，施工時的成孔直徑不小于300mm，孔深為9m；并且在鋼管內投放碎石，碎石粒徑大小在10mm~30mm之間，投放完成后，采用清水對成孔進行清洗后注入水泥凈漿；并在樁頂澆筑冠梁，其使用的混凝土等級為C30。

（2）以微型樁高度方向為標準，設置注漿錨，數量為3 道；該錨管使用的鋼管規格為48mm×3mm，長度為6m；錨管之間的橫向間距為15m；并且在各個錨管上設置出漿孔，該孔的直徑為6mm。

錨管在施工過程中，主要采用底壓注漿工藝完成水泥凈漿的灌注，該水泥的水灰比為0.5，水泥強度為M20；同時，鋼管柱的鎖定采用槽鋼腰梁完成。

（3）土釘墻復合微型鋼管樁墻面掛單層雙向鋼筋網片，其尺寸為Φ6.5mm@25mm×25mm，并且對其進行噴射處理，噴射厚度為80mm的C20混凝土。

土釘墻支護的主要參數詳見表2。

表2 土釘墻支護的主要參數

1.3 支護性能

1.3.1 土釘墻拉力和安全系數計算

該方案確定后，需對土釘參數進行計算，文中采用楔形滑移面法進行初步計算，再利用圓弧滑移面按條分法計算穩定性[8]。每一個土釘在滑移面上的最大拉力N為：

式中γ表示土體平均容重；gc表示土釘的計算深度；Q表示地表載荷；Ka表示主動土壓力系數；Sx和Sy均表示土釘間距，前者對應水平方向，后者對應垂直方向。

每一個錨桿能夠提供的實際最大拉力Nb計算公式為：

式中N1表示土體能夠提供的每米拉力；Lb表示滑移面之外的錨桿長度；Nb的結果不低于200kN。

安全系數ξ的計算公式為：

ξ值不小于1.5。

1.3.2 抗滑力矩計算

支護體系施工完成后，對于支護邊坡而言，需計算滑弧切樁和滑弧在樁尖下土體中的基坑穩定性，本文結合《建筑基坑工程技術規范》標準，采用樁切時形成的抗滑力矩為衡量標準，其計算公式為：

式中R表示剛度系數；θ1表示夾角；Mc表示抗彎彎矩；h表示等效土柱高度；φp、φa均表示壓力系數，前者對應土主體，后者對應被動土；d表示樁徑順坡方向的邊長；Δd表示兩樁之間的凈距離。

1.3.3 基坑抗隆起穩定性計算

支護方案的主要目的是保證基坑的穩定性，即為內部穩定和外部穩定，采用地基極限承載力模式完成基坑隆起穩定性驗算，其計算公式為：

式中KD表示抗隆起穩定安全系數，不小于1.6；Nc表示承載力系數；T0表示總強度；D表示復合土釘墻支護結構的入土深度；H表示開挖深度；q表示地面荷載。

2 試驗結果分析

2.1 錨桿最大拉力分析結果

支護體系施工完成后，測試3道注漿錨管注漿施工后7d時，在不同拉力下的安全系數ξ結果，如表3所示。

表3 支護體系在不同拉力下的安全系數

分析表3 的測試結果可知：施工完成7d 后，對3 道注漿錨管施加不同大小的拉力后，安全系數的結果均在1.5以上，安全系數的最小值為1.557，最大安全系數值為1.792。因此，支護體系施工效果較好，其在不同拉力作用下的安全系數結果滿足相關的施工標準，表示該支護體系能夠較好地完成基坑支護。

2.2 抗滑力矩分析

滑動力矩能夠描述支護體系施工后基坑的穩定性，在局部滑動和整體滑動兩種情況下，隨著滑動力矩的逐漸增加，抗滑力矩的計算結果如表4所示。

表4 抗滑力矩的計算結果/kN·m

分析表4測試結果可知：復合土釘墻支護體系施工后，在局部滑動和整體滑動兩種情況下，隨著滑動力矩的逐漸增加，該支護體系的抗滑動力矩結果均大于標準的1.2kN·m；局部滑動和整體滑動兩種情況下，抗滑動力矩的最大值分別可達到1.55kN·m 和1.49kN·m。因此，該支護體系施工后具有較好的抗滑效果，可以保證基坑的穩定性，有效避免基坑施工后在荷載作用下土體發生滑動后產生裂縫或者土體坍塌情況。

2.3 基坑抗隆起穩定性分析

基坑抗隆起穩定性能夠衡量支護體系施工后基坑底部在受到不同大小地面荷載的作用后，抗隆起穩定安全系數的計算結果如表5所示，該結果為隨機選擇3處基坑底部的結果。

表5 抗隆起穩定安全系數測試結果

分析表5 測試結果可知：支護體系施工完成后，當地面發生不同大小荷載后，基坑底部在荷載的作用下，抗隆起穩定安全系數的計算結果均大于1.6，其中最高值達到1.92，最小值為1.66。因此，本文研究的小區基坑支護方案施工效果較好，能夠有效避免基坑底部發生隆起情況，保證基坑整體施工的穩定性。

3 結語

建筑工程在施工過程中，施工環境、施工位置的不同，其地質情況也存在一定差異，對于建筑的施工需求和施工質量也會造成不同程度的影響。因此，為了保證建筑工程施工的穩定性，需采用支護體系增加其穩定性，以此提升建筑整體的穩定性。本文以某安置小區的建筑工程為例，研究基坑開挖支護體系的設計方案和施工工藝，并對施工結果進行相關測試，分析文中設計的支護方案的應用效果，為基坑開挖的穩定性研究提供相關參考。