高層建筑工程深基坑開挖與支護技術應用分析

王 剛

（山西文信工程項目管理有限公司，山西 長治 046000）

0 引言

深基坑支護工程種類較多，需依據不同場地條件、地質條件、地下水位、周邊環境及技術經濟條件進行基坑開挖與支護方案設計與實施。為了規范建筑工程深基坑開挖與支護施工工藝，強化施工質量，提升施工安全，指導實際施工過程，本文以實際建筑工程深基坑為例，對深基坑的開挖與支護的施工要點進行總結和分析。

1 工程概況及開挖支護方案選擇

1.1 工程概況

某商業區高層項目地下工程基坑開挖長度213.68m，均寬24.35m,開挖深度17.86～19.57m。基坑主體圍護結構采用Φ1200@1500 鉆孔灌注樁+內支撐體系，內支撐均采用Φ800 鋼管，間距約為3.0m，壁厚16mm。灌注樁頂部設置鋼筋混凝土冠梁，樁間為網噴混凝土，鋼管內支撐除第一道在冠梁上外，其余均在支撐鋼圍檁上。

1.2 工程重難點

（1）基坑平均開挖深度為18.72m，屬于深基坑施工，并且區域內存在飽和軟黃土，降水難度大，開挖過程易出現坍塌、涌水和失穩現象?；影踩燃墳橐患墸Ｕ习踩侵攸c也是難點。

（2）緊鄰基坑南側5.6m 處存在3 棟民用住宅，四層磚混結構，擴大基礎，目前為正常居住狀態，故在施工過程對基坑變形控制要求極高，同時需監測好既有建筑物變形情況，保護其結構安全為工程重點。

1.3 開挖支護方案選擇

針對該工程施工重點和施工難點，制定如下開挖支護方案：

根據圍護結構及主體結構施工需要，總體堅持“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則進行施工。具體流程為：鉆孔灌注樁施工→第一層土方開挖→冠梁、擋墻施工→第一道內支撐施工→第二層土方開挖→樁間網噴混凝土施工→第二道內支撐施工→第三層土方開挖→樁間網噴混凝土施工→第三道內支撐施工→第四層土方開挖→基底驗收。

2 鉆孔灌注樁施工要點

該工程采用明挖施工，根據基坑尺寸和形狀，共設置Φ1200圍護樁320根，其中樁長36.0m的200根，樁長34.5m 的120 根。鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機成孔，配置SR150鉆機5臺，采取跳樁間隔施作。

2.1 護筒埋設

護筒采用厚度為5mm 的鋼板整體焊接而成，直徑1300mm，高度為2.5m，上部設置2個出漿口。護筒頂部應高出原地面30～50cm，中心偏差≤50mm，放置后外圍用無雜黏土填滿夯實，確保穩定無松動。

2.2 泥漿制備

采用泥漿護壁成孔，黏土造漿，性能指標為：比重1.02～1.10，黏度18～22s，pH 值8～11，膠體率≥95%，含砂率≤4%，失水率≤20ml/30min，泥皮厚≤3mm/30min。鉆進過程中，回漿設置濾網，可控制含砂率，并且隨時掌握實際地質情況，及時調整泥漿比重等指標[1]。

2.3 鉆孔作業

開鉆初期應輕壓慢轉，平穩鉆進深約2.0m時停止進尺，待加入制備好的泥漿后正常鉆進。為避免鉆頭碰撞孔壁，鉆機起落應緩慢勻速，不宜猛降猛提。

2.4 成孔驗收、清孔

成孔后對孔徑、孔深、垂直度等指標進行現場驗收，其中孔深采用測繩量測，孔徑與垂直度采用探孔器檢測，探孔器長度為4～6倍樁徑，直徑略小于設計樁徑，緩慢吊入孔內上下暢通無阻，則說明成孔合格。鉆孔灌注樁檢查項目及標準見表1，探孔器如圖1所示。

圖1 探孔器示意圖

表1 鉆孔灌注樁檢查項目及標準

2.5 鋼筋籠制作、吊裝

鋼筋籠采用現場加工制作，C28 縱向主筋采用焊接連接，雙面焊接長度為5d（（d為鋼筋直徑），單面焊接10d。主筋與箍筋采用電阻點焊，主筋接頭互相錯開，同截面焊接頭數量不得超過50%，同一主筋上相鄰焊接頭間距應大于35d且不小于50cm。鋼筋籠控制指標見表1。

考慮到鋼筋籠的長度及吊運，實際施工中分2節加工、安裝，吊裝時現場焊接接長。鋼筋籠入孔定位標高應準確，允許誤差為±5cm，并使其下部懸空；鋼筋籠上口應和樁中心對中并固定，允許誤差為±3cm。

2.6 導管安裝

（1）導管采用Φ300mm 鋼管，安裝前在平整開闊場地進行泌水性和隔水塞試驗，合格后方可投入使用。

（2）根據護筒頂標高、孔底標高，考慮墊木高度，計算導管所需長度進行試拼（標準導管長度為3m、2.5m、2m、1m、0.5m）并編號。試拼時最上端導管用單節長度較短的導管（0.5m），最底節導管采用單節長度較長的導管（4.0m）。

（3）將試拼合格的導管用吊車按編號起吊、連接、下孔，下管時人工輔助，位置保持居中，不碰撞鋼筋籠，以免造成鋼筋籠傾斜或孔壁坍塌[2]。導管底距孔底應保持300～500mm的距離。

2.7 混凝土灌注

該工程圍護樁采用C35商品混凝土灌注，首灌量是水下混凝土灌注的關鍵指標。首灌混凝土量計算指標含義如圖2所示。

圖2 首灌混凝土量計算簡圖

初灌時要使用砂球作為隔水塞，初灌后導管埋深應≥1.0m?；炷磷钚∈坠嗔縑（單位：m3）應根據式（1）計算確定。

式中各參數含義如圖2所示，該工程取值見表2。

表2 混凝土首灌量公式參數含義及取值

根據以上取值，則有：

因此，為保證混凝土封底效果，避免泥漿進入出現夾層甚至斷樁現象，首灌混凝土用量應不得小于2.61m3。

首灌混凝土灌注并確認導管無進水后，將儲料斗吊走，改用小漏斗繼續灌注。灌注過程中導管提升采用吊車進行作業，每次提升經實測與計算后確定拆管長度，時刻保證導管埋入混凝土2.0～6.0m，以防造成斷樁事故[3]。

考慮到樁頂混凝土鑿除后需施作冠梁，成樁標高應比設計標高高出0.5～1.0m，高出部分在混凝土強度達到80%后鑿除，以保證樁頂混凝土質量。

3 冠梁及擋土墻施工要點

該工程在圍護樁樁頂設置壓頂冠梁及擋土墻，冠梁截面尺寸1400mm×1000mm（寬×高），混凝土標號C35。冠梁上部設置擋土墻，其中墻高小于2m 時，墻厚200mm；墻高在2～3m時，墻厚300mm，混凝土標號C30。本次開挖深度為3.8m，采用臺階式分層開挖，每層開挖深度不大于2m。

3.1 樁頭破除

待圍護樁混凝土強度達到80%以上時，進行樁頭土開挖，開挖至樁頂標高后用紅油漆標進行標記，由人工用風鎬破除樁頂超灌混凝土，清除樁頂雜土及浮渣后，調直樁頭鋼筋。

3.2 鋼筋施工

冠梁鋼筋提前加工、現場安裝，鋼筋型號、尺寸以設計圖紙為準，主筋接長采用機械連接。

3.3 模板施工

冠梁、支撐梁底鋪設牛皮紙作為底模。側模采用厚度不小于12mm竹膠板，側模外側采用60mm×80mm方木，間距為150mm橫向布設，方木后豎向布置兩根鋼管，兩側模板外側鋼管之間采用Φ14mm 對拉螺桿拉結，螺桿間距450mm×450mm梅花型布置。

3.4 混凝土澆筑

混凝土分層澆筑，每層高400mm，過程中合理控制澆筑速度，按要求振搗，保證混凝土密實?；炷脸跄蠹皶r覆蓋并灑水養護，強度小于2.5MPa 時嚴禁踩踏?；炷翝仓?4h或強度達到2.5MPa時方可拆模[4]。

3.5 擋土墻施工

擋土墻設置在冠梁上，在冠梁混凝土達到一定強度后開始施工，冠梁施工完后及時進行擋土墻施工。擋土墻模板與冠梁一樣采用竹膠板+方木+鋼管+對拉螺桿的形式。竹膠板厚度不小于12mm，方木尺寸采用60mm×80mm，豎向布置間距為150mm，對拉螺桿間距不大于600mm×600mm。擋土墻混凝土澆筑完成后，待其強度達到85%時，對冠梁、擋土墻后背用黃土封層回填夯實。

4 基坑開挖流程

該工程土方采用反鏟挖掘機分層開挖，具體流程如下：

第一步：第一層土方開挖及冠梁、擋土墻、第一道支撐施工。在開挖到第一道支撐中心下1000mm時，架設第一道鋼支撐。本次土方開挖深度為3.8m，每開挖2m必須施工網噴混凝土，邊開挖邊支護。

第二步：第二層土方開挖及第二道鋼支撐架設。在開挖到第二道支撐中心下1000mm時，架設第二道鋼支撐。本次土方開挖深度為6.15m，邊開挖邊支護，每開挖2m必須施工網噴混凝土。

第三步：第三層土方開挖及第三道鋼支撐架設。在開挖到第三道支撐中心下1000mm時，架設第三道鋼支撐。本次土方開挖深度為6.09m，邊開挖邊支護，每開挖2m必須施工網噴混凝土。

第四步：第四層土方開挖。開挖到基底以上300mm，本次土方開挖深度為2.66m，邊開挖邊支護，每開挖2m必須施工網噴混凝土。

第五步：人工清理基底。開挖至基底以上300mm，人工撿底，施作接地網、澆筑墊層、施作底板防水層、綁扎底板鋼筋并澆筑底板混凝土。樁間混凝土擋土板噴射施工。

5 鋼圍檁、鋼支撐安裝

鋼圍檁、鋼支撐安裝同步于基坑開挖，遵循“隨挖隨撐、分段分層、流水作業”原則[5]。鋼圍檁安裝過程如下：

（1）基坑開挖到位同時噴錨完成后組織進行鋼圍檁安裝；

（2）測量班根據設計圖紙測放鋼圍檁標高及鋼支撐軸線，并標示；

（3）根據鋼圍檁標高安裝下方三角托架，每1 根樁安裝1 處；托架由L80×8 角鋼加工而成，使用2 根YG2型脹管螺栓（M25，L=285mm）固定在鉆孔樁上；

（4）托架安裝完成后進行鋼圍檁安裝，由50t 吊車及挖機輔助安裝，鋼圍檁安裝就位時與鉆孔灌注樁之間預留不少于60mm的水平通長空隙，其間用強度等級為C30的細石混凝土填嵌；

（5）對應鋼支撐軸線位置安裝1 處防脫落裝置，不得與鋼支撐共用，并在鋼圍檁就位后張拉到位；

（6）鋼圍檁接長需焊接成連續梁，避免出現懸臂現象；

（7）轉角處鋼圍檁之間的連接應加強，外側整體焊接t=20mm 厚鋼板，內側安裝型鋼角撐，使用2根[20a槽鋼焊接而成；

（8）鋼圍檁不連續時在鋼圍檁兩端設置堵頭。根據設計圖紙要求，混凝土堵頭設置在鉆孔樁上，堵頭鋼筋錨入樁內500mm。

鋼支撐在鋼圍檁和連系梁安裝完成并驗收通過后進行安裝，安裝前根據基坑型式進行鋼支撐配型，現場拼裝后采用50t吊車整體吊裝，其過程可參考鋼圍檁安裝，本文不再進行詳述。需要注意的是，鋼支撐活頭端應安裝在明挖基坑一側，以便于施加預加軸力、檢修等作業。

6 結束語

本文結合實際深基坑開挖支護工程，遵循“先撐后挖、分層開挖”基本原則，制定出了“鉆孔灌注樁+內支撐體系”及分層開挖的技術方案。按照工藝流程分析了鉆孔灌注樁、冠梁及擋土墻、基坑開挖和鋼圍檁鋼支撐的施工要點，以量化形式明確了施工流程、施工參數和檢查指標。

該工程基坑開挖與支護全過程實施測量監測，監測結果顯示基坑位移、支護體系變形均在規范允許范圍內，鄰近既有建筑無明顯沉降，結構完整無開裂現象。由此說明該工程基坑開挖與支護方案安全可行，可作為同類工程設計與施工的重要依據。