住宅建筑基坑支護(hù)技術(shù)的基本原理與應(yīng)用實踐

張躍華

住宅建筑工程中，基坑支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用關(guān)系到建筑的整體美觀和工程質(zhì)量。本文深入研究和探討住宅建筑基坑支護(hù)技術(shù)的基本原理與應(yīng)用實踐。

1 工程概況

本工程擬建場區(qū)位于北京市門頭溝區(qū)永定鎮(zhèn)人民政府西南側(cè)。本工程主要由3 棟高層住宅樓、2 棟居住服務(wù)設(shè)施、地下車庫等組成。本工程主樓設(shè)計高度為105.30 m，主樓基坑支護(hù)深度為5.60 ～12.00 m。

2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)原理

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)原理是土力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)在建筑工程中的具體應(yīng)用，其核心在于通過支護(hù)結(jié)構(gòu)有效地承受和傳遞各種外力，從而確保基坑的穩(wěn)定與安全。這些外力主要包括土壓力、水壓力以及施工過程中的各種動態(tài)荷載[1]。本項目基坑北側(cè)、東側(cè)為在建市政道路，施工現(xiàn)場北側(cè)緊鄰門頭溝區(qū)永定鎮(zhèn)人民政府，西側(cè)被圍擋，南側(cè)為在施永久性支護(hù)樁，施工時與南側(cè)場地挖通。現(xiàn)場施工主出入口設(shè)在東南角。場區(qū)外市政道路寬約10 m，通行條件良好。

3 設(shè)計方案

3.1 支護(hù)工程設(shè)計

在設(shè)計過程中，安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和便捷性應(yīng)遵循四大原則。本工程以主樓1 層地基為±0.00 m 原始標(biāo)高，主樓筏板素混凝土墊層底標(biāo)高為-10.90 m，地下車庫筏板素混凝土墊層底標(biāo)高為-8.65 m。

根據(jù)基坑的開挖深度、鄰近建筑物、管線狀況及工程地質(zhì)條件，本工程基坑側(cè)壁安全等級為2 級，重要性系數(shù)為1.0，其中支護(hù)3 區(qū)為3 級，重要性系數(shù)為0.9。因現(xiàn)場自然地面起伏較大，基坑垂直深度為5.60～12.00 m，槽底局部加深位置對應(yīng)區(qū)域的護(hù)坡樁相應(yīng)加長2.00 ～3.00 m。周邊建筑、地層、荷載及深度，分為5 個支護(hù)段：

1）支護(hù)1區(qū)。1#樓北側(cè)、1#樓西側(cè)、車庫西側(cè)、車庫東側(cè)南段區(qū)域基坑垂直支護(hù)高度為11.45 ～12.00 m 的邊坡為支護(hù)1 區(qū)，采用樁錨支護(hù)體系，樁徑為800 ～1600 mm。

2）支護(hù)2 區(qū)。2#樓北側(cè)區(qū)域基坑垂直支護(hù)高度為9.80 m 的邊坡為支護(hù)2 區(qū)，采用樁錨支護(hù)體系，樁徑為800 ～1600 mm。2#樓北側(cè)為總包單位鋼筋加工場地，支護(hù)體系需加固，地面需全部硬化。建議硬化厚度不低于200 mm，硬化地面內(nèi)設(shè)雙層雙向鋼筋網(wǎng)。

3）支護(hù)3 區(qū)。3#樓北側(cè)、車庫東側(cè)北段區(qū)域基坑垂直支護(hù)高度為5.10 ～5.60 m 的邊坡為支護(hù)3 區(qū)。為防止3#樓北側(cè)雨水倒灌，該側(cè)邊坡填土增高0.5 m，采用1.0 : 0.4 放坡土釘墻支護(hù)體系。

4）支護(hù)4 區(qū)。2#樓以及3#樓之間北側(cè)區(qū)域垂直支護(hù)高度8.60 m 的邊坡為支護(hù)4 區(qū)，采用上部3.0 m 高土釘墻結(jié)合下部錨拉樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，土釘墻放坡系數(shù)為1.0 : 0.5，采用的樁徑為800 ～1600 mm。

5）支護(hù)5 區(qū)。1#樓塔吊區(qū)域為支護(hù)5 區(qū)，采用樁錨支護(hù)體系，樁徑800 ～1600 mm。

3.2 護(hù)坡樁工程設(shè)計

護(hù)坡樁工程主要是為了有效地支撐基坑邊坡，防止土體的滑移和坍塌，從而確保整個基坑工程的穩(wěn)定性。而且護(hù)坡樁還能形成一道有效的止水屏障，防止地下水流入基坑，降低基坑內(nèi)的水位，如表1 所示。

表1 護(hù)坡樁鋼筋籠設(shè)計參數(shù)表

3.3 預(yù)應(yīng)力錨桿工程設(shè)計

錨桿錨孔孔徑為150 mm，錨桿傾角為15°。預(yù)應(yīng)力錨桿水泥漿水灰比約為0.50 ～0.55，漿體齡期需正常養(yǎng)護(hù)7 d 后方可進(jìn)行張拉。錨桿張拉采用分級加荷張拉方式。錨桿成孔達(dá)不到設(shè)計要求時，可采取調(diào)整孔位、角度、相鄰部位錨桿加長、孔底二次壓漿等措施。錨桿材料選取：芯桿采用7股原線為15.24 mm的1860級鋼絞線。預(yù)應(yīng)力錨桿的芯桿前端非錨固段采用塑料膠管隔漿液處理，待漿液強(qiáng)度達(dá)到75%后方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鎖定[2]。錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值和鎖定值見表2。

表2 預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計參數(shù)表

3.4 樁間支護(hù)設(shè)計

樁間土采用掛鋼板網(wǎng)噴砼護(hù)壁處理，內(nèi)置2 mm 厚的鋼板網(wǎng)，鋼板網(wǎng)外設(shè)計直徑16 mm，間距800 mm 的橫壓筋，以及通長直徑16 mm 的縱壓筋；橫壓筋應(yīng)與護(hù)坡樁固定在一起，先用電鉆在兩側(cè)護(hù)坡樁體上打出孔徑為20 mm 的小孔，深度應(yīng)該不小于50 mm，將兩段橫壓筋插入小孔再搭接焊連接[3]。

3.5 土釘墻支護(hù)設(shè)計

土釘墻基本設(shè)計參數(shù)如表3 所示，具體需求為：第1，錨孔注漿水灰比應(yīng)為0.45 ～0.55；邊坡面層掛主筋直徑8 mm，間距250 mm×2 50 mm 的鋼筋網(wǎng)，設(shè)一道直徑16 mm 的橫壓筋，鋼花管與橫壓筋搭接焊連接；土釘墻面層噴射80 mm 厚C20 細(xì)石混凝土；壓頂寬1.00 m，厚80 mm。第2，花管材料采用管徑48 mm、壁厚3.0 mm的普通焊管。第3，土釘與橫壓筋的連接采用搭接焊，搭接長度單面焊不小于10 d，雙面焊不小于5 d。同一截面的鋼筋連接點(diǎn)（綁扎或焊接）不得超過鋼筋交點(diǎn)總數(shù)的50%。

表3 土釘墻基本設(shè)計參數(shù)

4 主要支護(hù)工程施工方案

4.1 土釘墻施工方案

在開挖過程中，采用分層分段方式進(jìn)行，嚴(yán)格控制每層開挖的深度和坡度，以確保土體的穩(wěn)定。挖掘現(xiàn)場需要保持干燥，防止水分對土體造成軟化，影響土釘墻的支護(hù)效果。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，計劃使用長度900 mm和600 mm 的土釘鋼筋，土釘橫向間距150 mm，成孔傾角20°。

4.1.1 測量放線

根據(jù)建筑方格網(wǎng)定位，利用直角坐標(biāo)法測量出建筑物的坐標(biāo)。然后根據(jù)這些坐標(biāo)值，分別計算出建筑物的長度和寬度，從而確定出各個關(guān)鍵點(diǎn)的位置。

在基坑的拐角處和中間隔墻的兩端槽外設(shè)置龍門樁：第1，龍門樁需要豎直且牢固，兩樁應(yīng)與基槽平行。第2，設(shè)置完龍門樁后，用水準(zhǔn)儀在每個龍門樁上引測建筑物的±0.00 m標(biāo)高線，并在標(biāo)高線位置釘設(shè)龍門板。龍門板頂面需要保持平直，并正好處于±0.00 m 標(biāo)高位置。第3，使用水準(zhǔn)儀校驗釘好的龍門樁標(biāo)高，確保準(zhǔn)確性。第4，在中心樁上安置經(jīng)緯儀，將各控制軸線引測到龍門板上，并釘小鐵釘作為軸線標(biāo)記[4]。第5，用鋼尺沿龍門樁板頂面檢查中心釘間距，確保誤差在允許范圍內(nèi)。

4.1.2 鉆機(jī)就位、鉆進(jìn)成孔

根據(jù)測量放線確定的位置，選擇鉆機(jī)就位的地點(diǎn)，確保鉆機(jī)可以穩(wěn)定、準(zhǔn)確地放置在工作區(qū)域。檢查鉆機(jī)及其附件是否完整、無損，確保設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)，同時準(zhǔn)備好所需的鉆頭和鉆桿等。將鉆機(jī)放置在預(yù)定的位置上，并調(diào)整鉆機(jī)的角度和高度，使其與預(yù)定的鉆孔方向一致，確保鉆機(jī)的穩(wěn)定性和精度，防止在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)偏移或晃動。選擇合適的鉆頭，將其安裝在鉆桿上。鉆頭的選擇由土壤條件、孔徑和孔深等因素決定。在鉆進(jìn)過程中，要保持鉆機(jī)的穩(wěn)定，并控制鉆進(jìn)速度，避免過快或過慢導(dǎo)致孔壁坍塌或孔徑不規(guī)則。同時，應(yīng)定期使用測量工具檢查孔徑和傾角，確保孔徑符合設(shè)計要求，鉆孔傾角及水平角誤差控制在±1°以內(nèi)，鉆孔偏斜率不應(yīng)大于5%。如果發(fā)現(xiàn)孔徑或傾角不符合要求，應(yīng)及時調(diào)整鉆機(jī)和鉆頭。此外，每鉆進(jìn)一段距離，應(yīng)及時清理孔口，防止土渣或雜物堵塞孔口，影響鉆進(jìn)效果。

4.1.3 土釘安裝

按照施工設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對尺寸規(guī)格合適的焊接鋼管進(jìn)行加工，制成土釘。土釘桿體的長度允許誤差為50 mm，制作前鋼筋應(yīng)平直、除油和除銹[5]。將制作好的土釘插入鉆孔中，確保土釘完全嵌入土壤中。在插入過程中，要注意土釘?shù)拈L度和間距，以及土釘與鉆孔之間的間隙，避免土釘彎曲或變形。為了避免土釘在后續(xù)施工中松動或移位，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求通過螺紋連接或焊接等方式，將土釘牢固固定在墻體或地基上。

4.1.4 孔內(nèi)注漿

在灌漿前將管口封閉，接上壓漿管，即可進(jìn)行注漿，澆注錨固體。注漿采用一次注漿工藝，注漿材料為水泥凈漿，注漿體強(qiáng)度不小于20 MPa，一次注漿水灰比為0.5，注漿壓力為常壓。將注漿管插入鉆孔中，確保注漿管的下端能夠到達(dá)孔底。注漿管的長度和直徑應(yīng)根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，以確保注漿效果。接著，啟動注漿泵，將漿液通過注漿管注入孔內(nèi)。在注漿過程中，控制注漿速度和注漿量，確保漿液能夠均勻、充分地填充孔內(nèi)空間。隨著注漿的進(jìn)行，逐漸提升注漿管，確保鉆孔內(nèi)的注漿均勻。每次提升注漿管時，要注意控制提升的速度和高度，避免漿液在孔內(nèi)形成空洞或不均勻分布。當(dāng)漿液從孔口流出并達(dá)到一定稠度時，可以停止注漿。注漿結(jié)束后，要檢查注漿孔是否飽滿、密實，如有需要，可以進(jìn)行補(bǔ)注。

4.2 放坡掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)面施工

錨桿放坡坡面采用80 mm 厚C20噴射混凝土護(hù)面，內(nèi)配直徑8 mm，間距200 mm×200 mm 的單層雙向鋼筋網(wǎng)片，以及2 根直徑22 mm 的鋼筋，對錨點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)，75 mm PVC 管泄水孔豎向間距為2000 mm。

4.2.1 準(zhǔn)備階段

清除坡面上的浮土和浮石，然后對坡面的地形進(jìn)行適當(dāng)修整，坡面平整度的允許偏差值為±20 mm。

根據(jù)設(shè)計要求和地形條件確定鋪桿孔位。對于低凹處或不能滿足系統(tǒng)安裝的位置應(yīng)進(jìn)行特別處理，如鑿設(shè)凹坑等，以確保鋪桿能夠牢固地固定在坡面上。

安裝縱橫向支撐繩。安裝過程中，確保支撐繩的張拉緊度適中，既不能過緊也不能過松。兩端需要用繩卡與桿外露環(huán)套固定連接，繩卡的數(shù)量根據(jù)支撐繩的長度和受力情況確定。

將鋼筋網(wǎng)布置在坡面上，確保鋼筋網(wǎng)的間距、鋼筋直徑和保護(hù)層厚度等符合設(shè)計要求。鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)前要預(yù)噴50 mm 的混凝土，鋼筋網(wǎng)片與坡面采用直徑14 mm、長度800 mm的鋼筋，以間距為1500 mm 垂直于坡壁打入邊坡，用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀測放出坡頂與坡腳線的平面位置及混凝土噴射高程，上下拉直線，中間用直徑12 mm 的鋼筋打入坡壁做厚度控制點(diǎn)[6]。鋼筋網(wǎng)的作用是增強(qiáng)護(hù)面系統(tǒng)的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在掛網(wǎng)過程中，鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿整體連接，形成一個穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)。

4.2.2 噴射第一層混凝土

具體為：第1，按照預(yù)定的配比，將水泥、骨料、添加劑等混合并攪拌均勻，制作成噴射所需的混凝土。第2，在正式噴射前，進(jìn)行試噴操作，以檢查噴嘴的噴射效果、混凝土的均勻性等。根據(jù)試噴結(jié)果，調(diào)整噴涂機(jī)的參數(shù)，如噴射壓力、噴嘴與坡面的距離和角度等，以確保噴射效果達(dá)到最佳。第3，在噴射過程中，要保持噴嘴與坡面的適當(dāng)距離和角度，確保混凝土能夠均勻、連續(xù)地噴涂在鋼筋網(wǎng)上。噴射時，噴頭處的工作風(fēng)壓須保持在0.15 ～0.20 MPa，且與受噴面盡量垂直，距離為0.6 ～1.0 m。同時，控制噴射壓力，避免壓力過大導(dǎo)致混凝土反彈或噴射不均勻。第4，噴射混凝土作業(yè)應(yīng)分段進(jìn)行，自下而上進(jìn)行噴射。噴頭運(yùn)動一般按螺旋式軌跡一圈壓半圈均勻緩慢移動，噴射混凝土搭接長度300 mm，回彈物不可重新噴射。鋼絲網(wǎng)與坡面的間隙應(yīng)大于30 mm。第5，在噴射過程中，要密切觀察混凝土的噴射情況，及時發(fā)現(xiàn)并解決噴射不均勻、空鼓等問題。對于出現(xiàn)問題的區(qū)域，要及時進(jìn)行補(bǔ)噴或者調(diào)整噴射參數(shù)。第6，根據(jù)環(huán)境條件和工程要求，進(jìn)行澆水、覆蓋等養(yǎng)護(hù)措施，確保混凝土充分凝固并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度。終凝2 h 后應(yīng)及時灑水養(yǎng)護(hù)，開始養(yǎng)護(hù)時間根據(jù)氣溫確定，為3 ～7 h，養(yǎng)護(hù)期為3 ～7 d，在養(yǎng)護(hù)期間要防止坡面受到外力破壞或污染。

5 結(jié)語

通過本文的探討，深入理解了基坑支護(hù)技術(shù)的基本原理，以及地下水控制原理與方法。通過選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)、運(yùn)用先進(jìn)的施工技術(shù)以及制訂科學(xué)的應(yīng)急處理方案，才能確保基坑的穩(wěn)定性和安全性，為建筑物的順利施工提供有力保障。