深基坑支護技術在高層建筑工程施工中的應用

張慶　賀海利

摘要：在簡述深基坑工程和深基坑支護技術的基礎上，通過案例詳細闡述了運用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土內(nèi)支撐、鋼格構柱等深基坑支護方法，完成全過程深基坑支護工程的施工技術，可供從事深基坑工程施工的技術人員參考。

關鍵詞：高層建筑；深基坑工程；支護施工；技術應用

1? ?深基坑工程概述

根據(jù)國家有關規(guī)定，開挖深度超過5m（含5m）的基坑（槽）土方開挖、支護、降水工程，以及開挖深度雖未超過5m，但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復雜，或影響毗鄰建筑（構筑）安全的基坑（槽）的土方開挖、支護工程，屬于深基坑工程。深基坑工程的具體內(nèi)容，包括其勘察、設計、測量、支護、降水、土方開挖、地下結構施工、監(jiān)測、土方回填等全部施工項目。其中深基坑支護，是指為保證深基坑地下結構的施工安全，保護深基坑周圍環(huán)境及地下管線的安全，對深基坑側壁、基坑周圍以及地下管線采取的支撐、加固、圍護等支護施工。

2? ?深基坑支護技術

深基坑工程須根據(jù)其地質(zhì)、環(huán)境、現(xiàn)有地下結構、基坑深度、地下施工需要等具體情況，在深基坑開挖前或開挖中，對其周邊實施支護。深基坑支護包括樁支護、地下連續(xù)墻支護、鋼結構內(nèi)支撐、鋼筋混凝土內(nèi)支撐等結構形式。深基坑支護技術的主要作用是防止深基坑坍塌、保障地下工程順利進行。

2.1? ?樁支護

樁支護多種多樣，根據(jù)其所用材料的不同，可分為混凝土灌注樁、水泥土攪拌樁、鋼板樁、鋼管樁等。其中鋼板樁根據(jù)型材的不同可分為U型鋼板樁、Z型鋼板樁等。

根據(jù)基坑的深度，混凝土灌注樁的排列有間隔式、連續(xù)式、雙排式等結構。當基坑較深、地下水位較高時，可采用鋼板樁支護，其既能擋土、防水，還能防止發(fā)生流砂。為了加固樁支護，可在樁頂施設錨桿、土釘、冠梁等結構。

鋼筋混凝土灌注樁可采用鉆孔灌注樁施工工藝。該工藝采用樁機在泥漿護壁條件下慢速鉆進，使用泥漿保護孔壁避免坍塌，并將土渣淤泥帶出。在成孔內(nèi)經(jīng)過1次清孔后，放下鋼筋籠再次清孔，使用水下混凝土澆筑方法，將泥漿置換出來形成鋼筋混凝土灌注樁。

鋼筋混凝土灌注樁亦可采用全護筒灌注法的施工工藝。該工藝采用全護筒內(nèi)置螺旋葉片的雙動力鉆機，切割土體形成樁孔，同時將護筒內(nèi)的土體取出。放下鋼筋籠后，澆灌混凝土，拔出護筒后形成鋼筋混凝土灌注樁。

2.2? ?地下連續(xù)墻支護

可采用在起重機動臂上懸掛液壓抓斗、泥漿護壁、跳孔挖槽的方法，進行地下連續(xù)墻施工。其施工要點如下：設置泥漿池，用于制配泥漿。將挖槽產(chǎn)生的土方外運；成槽時控制泥漿液面。使用空氣升液器將成槽內(nèi)部的土渣淤泥清除干凈，并補充合格的泥漿；將預制的鋼筋籠安放在成槽內(nèi)并調(diào)整好位置，采取水下澆筑方法澆筑混凝土。

地下連續(xù)墻可采用多軸攪拌樁機進行施工，其施工方法如下：使用鉆頭切削地層土成槽，同時使用鉆頭噴出的水泥漿液或土體固化劑與槽內(nèi)地層土反復攪拌混合，形成一段地下水泥土連續(xù)墻。

2.3? ?鋼結構內(nèi)支撐

在大型深基坑正式開挖之前，在深基坑的外圍施設灌注樁、旋挖樁、或地下連續(xù)墻進行支護，并在灌注樁、旋挖樁、或地下連續(xù)墻頂部設置鋼筋混凝土冠梁予以加固。在土方開挖過程中，根據(jù)深基坑施工圖紙設定的位置施設圍檁予以加固。除此之外，還應設置單層或多層鋼結構內(nèi)支撐。

深基坑的鋼結構內(nèi)支撐由水平內(nèi)支撐梁、立柱樁加鋼支柱等組成，水平內(nèi)支撐梁一般使用鋼管、H型鋼等鋼材制作。水平內(nèi)支撐梁的一端可調(diào)，用于向深基坑兩側施加預應力。立柱樁加鋼支柱的作用是承擔水平內(nèi)支撐梁的垂直載荷，確保其縱向穩(wěn)定性，增強水平內(nèi)支撐梁的剛度。

冠梁的作用有二：一是連接和加固灌注樁、旋挖樁或地下連續(xù)墻頂部；二是冠梁上設置支座，用于承載深基坑上層鋼結構內(nèi)支撐，使其發(fā)揮水平支撐作用。圍檁的作用有二：一是連接和加固灌注樁、旋挖樁中部；二是設置連接件，用于安裝多層鋼結構內(nèi)支撐。

2.4? ?鋼筋混凝土內(nèi)支撐

在大型深基坑內(nèi)設置鋼筋混凝土內(nèi)支撐需要具備的條件，與鋼結構內(nèi)支撐大體相同。深基坑的鋼筋混凝土內(nèi)支撐由水平支撐、立柱樁加鋼支柱（即格構柱）等組成。通過土方開挖、平整場地、鋪設模板、綁扎鋼筋和澆筑混凝土形成內(nèi)支撐結構，對深基坑內(nèi)側進行支撐。為了保持預應力、提高強度，大跨度鋼筋混凝土內(nèi)支撐的橫梁，需要將其制成帶有一定弧度的拱形。

隨著深基坑鋼筋混凝土內(nèi)支撐技術的發(fā)展，鋼筋混凝土內(nèi)支撐可制成圓環(huán)形結構。根據(jù)深基坑工程施工的需要，圓環(huán)形鋼筋混凝土內(nèi)支撐可制成單層或多層結構。圓環(huán)形主梁體與深基坑內(nèi)壁之間設置桁架結構，為便于施工，也還可在圓環(huán)形主梁體的空間設置棧橋。

3? ?深基坑支護案例

3.1? ?工程概況

某城市的高層商住兩用樓工程項目為地上30層，地下2層，屬于深基坑工程項目。經(jīng)勘察可知，該工程項目施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件以雜填土、黏土、粉質(zhì)黏土等為主，地下水位較高、水量較多。該工程項目位于市區(qū)，其南側與多棟住宅樓鄰近，北側距離地下市政管網(wǎng)很近，東側距離市政道路較近，周邊環(huán)境比較復雜。深基坑開挖深度為-10.5m。

3.2? ?深基坑支護方案

根據(jù)該工程項目深基坑施工現(xiàn)場的實際情況，經(jīng)過反復研究，決定該深基坑的支護方案如下：采用單排鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，在鉆孔灌注樁頂部設置冠梁、單層鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護。與其配套，采用高壓旋噴樁阻擋地下水、設置格構柱支護鋼筋混凝土內(nèi)支撐。鉆孔灌注樁的樁徑為800mm，鋼筋搭接長度≥160mm。鉆孔灌注樁總長度為13.5m，樁體下端進入基坑底部5m以下。鉆孔灌注樁頂部冠梁的斷面尺寸為800mm×600mm。

將深基坑周圍放坡到標高-2.5m處，并將鉆孔灌注樁的樁頭鑿平到標高-2.5m處。鉆孔灌注樁頂部設置的冠梁，用于加固鉆孔灌注樁和連接鋼筋混凝土內(nèi)支撐。冠梁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐可一起施工。鋼筋混凝土內(nèi)支撐主梁的截面尺寸為1000mm×850mm，桁架結構梁（腹梁）的截面尺寸為850mm×850mm。格構柱上部鋼立柱的截面尺寸為500mm×500mm。

3.3? ?施工準備

對施工現(xiàn)場進行平整，鋪設臨時道路，布設現(xiàn)場配電、用水設施，確保其滿足深基坑施工的需要。施工技術人員熟悉圖紙和施工技術要求。測量人員根據(jù)引進的標高和定位點，使用全站儀等設備對深基坑方位、鉆孔灌注樁位置等進行測量放樣，確定控制點、做好記錄并進行校驗和復核。根據(jù)施工進度需要，材料管理人員配備所需材料并做好質(zhì)量檢驗，保證材料供應。機械設備管理人員選配所需機械設備，確保其技術性能合格，并向操作人員進行安全技術交底。

3.4? ?樁基施工

3.4.1? ?支護樁施工

設置泥漿池，配置足夠數(shù)量的護壁泥漿備用。鋼筋混凝土鉆孔灌注樁的施工流程如下：

測定樁位→搭設作業(yè)平臺→樁機就位→開挖護筒孔并安裝護筒→采用護壁泥漿輔助鉆孔→成孔后進行第1次清孔→測量孔深→向成孔中吊放預制的鋼筋籠→放置澆灌混凝土導管→第2次清孔→安放隔水栓→水下澆筑混凝土→拔除護筒→鉆機移位進行下1個鉆孔灌注樁施工。

樁機鉆進速度應保持在1～1.50m/min之間。混凝土應符合相關標準規(guī)范的規(guī)定，其和易性、流動性良好，塌落度控制在180～220mm。混凝土澆灌期間的提升速度不宜過快，保持在2.5m/min。鋼筋混凝土鉆孔灌注樁完成施工并達到規(guī)定強度后，按其標高尺寸鑿平樁頭、清理和平整場地，做好冠梁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐的施工準備。

3.4.2? ?格構柱施工

格構柱按照施工圖紙分布在深基坑內(nèi)部，用于鋼筋混凝土內(nèi)支撐垂直方向的支護。格構柱包括立柱樁和鋼立柱2個部分，其下部的立柱樁為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，其上部的鋼立柱為鋼構件。

格構柱的施工流程如下：測定樁位→搭設作業(yè)平臺后樁機就位→開挖護筒孔并安裝護筒→采用護壁泥漿輔助鉆孔→成孔后第1次清孔并測量孔深→吊放預制的立柱樁鋼筋籠→起吊鋼立柱進入鋼筋籠內(nèi)部→調(diào)整鋼立柱與鋼筋籠位置施焊→安裝并下放混凝土灌注導管→第2次清孔并測量孔深→下放鋼立柱和筋籠組合體至→用型鋼臨時固定鋼立柱→在鋼立柱頂部安裝與其同規(guī)格導向柱→下放并檢測鋼立柱中心和方位→下放鋼立柱到設計位置并調(diào)整導向柱方位→安放隔水球→復核樁底沉渣厚度→混凝土澆筑到立柱樁頂部位置→鉆機移位。

之后在不澆筑混凝土樁孔上部回填粗砂。需要注意，格構柱上部的鋼立柱須與鋼筋混凝土內(nèi)支撐的鋼筋籠焊接牢固，且須保證安裝位置準確無誤，以免內(nèi)支撐在混凝土澆筑期間發(fā)生位移。

3.4.3? ?旋噴樁施工

該工程項目采取全封閉止水措施，以高壓旋噴樁作為止水帷幕。在鉆孔灌注樁完成施工后，可使用樁機進行高壓旋噴樁施工。高壓旋噴樁的成樁直徑為600mm，搭接長度為150mm，高壓旋噴樁的總長為8.5m，樁的下端進入基坑底深度為5m。高壓旋噴樁采用2次成樁施工工藝，所用漿液為純水泥漿，為此須使用攪拌機攪拌均勻。高壓旋噴注漿采取自下而上連續(xù)施工的方式，施工過程中如果因故障停機，待修好之后需向下到達不少于500mm深度繼續(xù)施工，以保證固結體的整體性。在不改變高壓旋噴技術參數(shù)的前提下，第1次高壓注漿到達樁頂以后，再下鉆到樁底，對同一樁體進行第2次高壓旋噴注漿，以保證高壓旋噴樁的強度和防滲漏性能。

3.5? ?冠梁和內(nèi)支撐施工

3.5.1? ?施工流程

在完成樁基工程施工后，即可進行冠梁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐施工，其施工流程如下：測量放線→土方開挖→冠梁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐梁體墊層施工→冠梁和內(nèi)支撐梁體結構施工。

3.5.2? ?施工方法

在土方開挖深度達到冠梁和內(nèi)支撐底部標高之上約20cm位置后，由人工完成清底、平整，使用夯實機械進行夯實，冠梁和內(nèi)支撐梁體底部土體標高須符合設計要求。在冠梁和內(nèi)支撐底部土體施工合格后，進行冠梁和內(nèi)支撐梁體底模施工，其底模采用C10混凝土墊層。

冠梁和內(nèi)支撐梁體的底模完成施工后，綁扎冠梁和內(nèi)支撐主梁的鋼筋，將冠梁與內(nèi)支撐主梁鋼筋的連接長度控制在500mm。然后綁扎內(nèi)支撐桁架結構梁（腹梁）的鋼筋。主梁和桁架結構梁的主筋，須使用整根鋼筋或采用焊機搭焊牢固。完成鋼筋綁扎后，安裝冠梁、內(nèi)支撐主梁和桁架結構梁的側模。側模采用膠合板制作，使用螺栓固定。冠梁和內(nèi)支撐梁的混凝土采取整體澆筑成型的方式。若需分段施工，則需設置垂直縫，所留間隙須使用超過C30標號的混凝土填充密實。

4? ?與支護結構相關的其他關鍵施工

4.1? ?深基坑土方開挖

根據(jù)施工需要對深基坑內(nèi)的土方分層開挖，其施工流程如下：使用挖掘機修筑坡道→挖掘未設鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼立柱地段→挖掘鋼筋混凝土內(nèi)支撐下土方→使用自卸車通過坡道將土運至坑外→平整挖掘后的場地→繼續(xù)分層進行土方挖掘和外運施工→將土方挖到深基坑底層位置→平整場地→澆筑底板混凝土。

土方挖掘和拉運時，注意避讓鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼立柱，避免發(fā)生碰撞，防止出現(xiàn)安全事故。在挖掘鋼筋混凝土內(nèi)支撐下面的土方時，應使用小型挖掘機進行施工。完成土方挖掘后，使用起重機及時將土方機械吊出深基坑，避免長時間停留在深基坑內(nèi)。

4.2? ?深基坑側壁施工

完成深基坑土方挖掘施工后，為防止深基坑側壁裸露的土體塌落，須對其進行加固處理，其方法是在土體表面鋪設鋼筋網(wǎng)，然后噴射混凝土。鋼筋網(wǎng)采用HPB235鋼筋制作，鋼筋直徑≥4mm，鋼筋間距約300mm，網(wǎng)格連接牢固?；炷僚浜媳韧ㄟ^試驗確定，噴射厚度為100mm，水灰比為0.45，骨料粒徑≤12mm。噴射施工按照自下而上的順序，分段分片逐步完成，在終凝之后2h之內(nèi)采取噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間需超過7d。

4.3? ?內(nèi)支撐拆除

拆除內(nèi)支撐之前，在地下結構的鋼筋混凝土外墻面與支護樁之間設置橫向混凝土支撐，以防止支護樁移位。在完成深基坑底板結構施工、地下結構完成主體施工、地下結構外圍土方回填以及橫向混凝土支撐施工之后，可將鋼筋混凝土內(nèi)支撐拆除。拆除結束之后，對雜物進行全面清理和外運。

5? ?結束語

綜上所述，用于建筑物基礎建造的大跨度深基坑，采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁和鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護方法，可以保證深基坑穩(wěn)定和施工安全。與其他支護方法相比，其具有節(jié)約施工材料、降低施工成本、保障施工質(zhì)量等方面優(yōu)勢。

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