工程施工中的基坑支護技術實踐探究

摘 要：為了給工程施工中的基坑支護技術實踐提供參考，利用文獻資料法、案例分析法等方法，以某工程為分析案例，從裝配式預應力魚腹梁結構基坑支護方案、基坑支護要點方面，簡單介紹了工程施工中的基坑支護技術，并對排樁與裝配式預應力魚腹梁結構組合的基坑支護效果進行探究?？偨Y支護效果得出：三軸水泥攪拌樁內插型鋼+裝配式預應力魚腹梁結構基坑支護可以有效穩固工程基礎，提高基坑安全性，應用價值較高。

關鍵詞：三軸水泥攪拌樁內插型鋼；基坑支護；裝配式預應力魚腹梁結構

中圖分類號：TU 473" " 文獻標志碼：A

在城市化建設迅速推進過程中，城市地下空間開發需求日益增加。地下空間開發導致工程基坑深度不斷增加，對基坑支護提出了較高的要求?；又ёo是基坑順利開挖的保障，也是工程周邊環境安全的保障。經過多年發展，基坑支護技術由簡單的強度控制轉變為考慮復雜變形與周邊環境干擾的圍護設計。裝配式預應力魚腹梁結構支護是一種新型支護技術，兼具支護結構變形小、工期短、施工便捷等優良特點，可以滿足大型深基坑支護要求。因此，探究工程施工中的裝配式預應力魚腹梁結構基坑支護技術很有意義。

1 施工實例

施工項目擬建總建筑面積為79253.25㎡，由31層住宅+商業組成。建筑高度為98.56m，設置2層整體地下室，全部擬建建筑物底板標高相同，基礎預置埋深為11.2m，最大柱網尺寸為7.2m，最大單柱荷載標準值為12000kN，工程±0.00m相當于1985國家高程5.30m。

工程地下室底板標高為-8.600m，基坑挖深9.28m～9.50m，最大寬度102m，形狀近似梯形，周長為412m，面積為10200㎡。基坑設計為二級基坑，依據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）進行設計，要求最大水平位移小于50mm。

基坑東側為市政道路，主路與基坑紅線之間相距23.5m。基坑南側為規劃道路?；游鱾葹楝F有河道，基坑圍護邊緣距離河道15m以上。基坑北側為現有住宅（樁基礎），基坑開挖下口線與紅線相距13.2m。

擬建基坑屬于沖擊平原區，主要覆蓋第四系松散沉積物，地貌單一?？睖y深度70.00m，為淺地基土層，局部土層性質見表1。

擬建基坑所在場地穩定地下水位為2.52m～2.66m，地下水位受季節性影響明顯，年均變化幅度2.02m，主要賦存于隔水層。

2 工程施工中的基坑支護技術方案

2.1 結構分析

根據《建筑結構可靠性設計統一標準》（GB 500068—2018）、《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011），使用盈建科軟件2.03版，代入工程概況數值，得出建筑結構分析結果見表2。

根據表2可知，建筑X方向基本周期為0.8435，Y方向基本周期為0.6735，扭轉為0.6526，表明建筑振型為X向平動振型，對風荷載高度敏感。而建筑地震作用剪重比為X向1.55%、Y向2.50%，表明水平地震作用標準值的樓層剪力大于重力荷載，施工期間，建筑樓層持續對基礎輸送剪切力，基礎承載應力較大，且不均勻分布。而對建筑最大位移與平均位移之比、最大層間位移進行分析，可以得出建筑物基礎在地震等荷載作用下位移分布離散度以及整體結構穩定性。根據表中數據可知建筑基礎失穩風險較大，且具有顯著X向發展趨勢，加之案述工程毗鄰既有道路、建筑物以及地下管線，且基坑規模較大，鋼筋混凝土支撐剛度無法有效控制深基坑變形問題，而土釘墻、錨索等支護結構極易超出工程紅線威脅周邊建筑與道路安全，甚至在基坑開挖期間出現周圍土體塌陷，破壞既有道路，使周邊建筑物墻體開裂、倒塌。

2.2 方案制定

制定方案時，相關人員可綜合考慮基坑自身特點、周邊建筑、毗鄰道路以及地下管線，結合建筑物X向平動振型特點，擬選擇一種新技術—裝配式預應力魚腹梁結構+三軸水泥攪拌樁內插基坑支護方法，支護結構如圖1所示。

裝配式預應力魚腹梁結構基坑支護為?850mm@600mm三軸水泥攪拌樁內插H700mm×300mm×13mm×24mm的Q355B型鋼（插一隔一）+1道裝配式預應力魚腹梁水平內支撐。?850mm@60mm三軸水泥攪拌樁成排布置，相鄰攪拌樁之間距離為1.5m，為減少圍護樁懸臂段，在開挖面下2.5m，利用長13.5m、直徑120mm土釘加固，土釘傾角為15°。坑內1∶1放2.55m高坡，圍護樁嵌入深度11.5m。同時沿圍護樁深布置一道裝配式預應力魚腹梁水平內支撐，每道內支撐為雙層，每層架設C30鋼筋混凝土傳力帶，傳力截面長寬均為400mm，高為13mm，以便順利將支撐力均勻傳遞至三軸水泥攪拌樁，保證內支撐體系穩固性 [1]，裝配式預應力魚腹梁結構基坑支護平面布置圖如圖2所示

3 工程施工中的排樁與裝配式預應力魚腹梁結構組合支護技術要點

3.1 排樁施工

案述工程沿基坑的內壁設有三軸水泥攪拌樁組成排樁，三軸水泥攪拌樁可以與內支撐形成閉合圍堰，有效防止水和土進入基坑。排樁施工前，準備施工材料，三軸水泥攪拌樁身采用P0 42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為20%，水灰比為1.5。同時準備三軸水泥土攪拌鉆機、重型步履式打樁機與空壓機、壓漿泵，滿足鉆孔注漿、安裝移位、松散土體要求。當型鋼（“H”形）超出定尺范圍時，應預先連接型鋼。

三軸水泥攪拌樁為強制攪拌并進行土體置換，在材料設備準備完畢后，清除場地塊石、生活垃圾等障礙物，填平低洼位置，夯實場地[2]。根據測量方提供控制點放出具體樁位，調試樁機，保證樁機運轉平穩。樁機平穩后，沿設計樁位預先攪拌下沉。同時依據設計方案制備水泥漿，邊噴漿攪拌邊提升樁機，每次攪拌時間超過10min。借助輸漿膠管接通貯料罐、砂漿泵、深層攪拌機，啟動電機，促使攪拌機葉片朝著一個方向轉動，期間采用0.75m/min的速度鉆孔至設計樁底標高。隨后采用0.35m/min±0.05m/min的速度提升攪拌機，完成深層水泥漿攪拌，直到攪拌至樁頂標高50cm，重復30s±5s，保證樁頭均勻、密實。期間借助流量泵控制漿液輸送量，維持注漿泵出口壓力為0.5MPa±0.1MPa。

根據三軸水泥攪拌樁施工要求，重復預攪拌下沉、噴漿攪拌與提升工序，先攪拌水泥漿下沉至設計深度，再從地面下噴漿提升攪拌機，采用0.4m/min±0.1m/min的速度提升攪拌機。最終灌漿面高處樁頂設計標高50cm±5cm，凝固后挖除高處部位，保證排樁工程質量，無夾層、斷層[3]。

一組三軸水泥攪拌樁施工進入尾聲后，關閉攪拌機，啟動灰漿泵進行清水洗滌，清除貯料罐、砂漿泵、深層攪拌機與管路中殘留水泥漿，移動樁機至同排下一樁施工位置。

在三軸水泥攪拌樁施工后0.5h內，下插型鋼（“H”形），型鋼憑借自身重力下插到設計位置。

3.2 內支撐安裝

開挖土方后，須沿三軸水泥攪拌樁設置圈梁，均衡排樁受力。操作時，為保證圈梁剛度，應先綁扎圈梁鋼筋籠，再安裝圍檁[4]。圈梁安裝后，將一道魚腹梁工具式組合安裝在圈梁上，構成大剛度支撐結構。裝配式預應力魚腹梁內支撐安裝如圖3所示。

根據圖3，具體施工前，根據施工平面布置圖設置安裝位置。確定安裝位置后，單獨布設測量控制網，用經極坐標法復核基坑圍護結構位置，規避施工期間支護偏差以及立柱、承臺結構位置沖突[5]。

根據裝配材料進場計劃組織材料進場，有序安裝立柱，嚴格根據設計圖紙控制立柱頂標高，避免立柱垂直度偏差超出立柱長度的0.5%，為立柱托座、托梁牢固連接做好準備。作為預應力魚腹梁工具式組合的豎向支撐，立柱施工與三軸水泥攪拌樁施工同時進行，有效利用三軸水泥攪拌樁的施工機械。具體立柱安裝期間，基坑底上部借助旋挖樁機引孔，基坑底部經潛孔錘引孔至立柱底部標高，將立柱順利輸送至樁底后澆筑混凝土，澆筑混凝土標高超出設計標高。

立柱安裝完畢后，根據設計圖紙確定牛腿位置、標高，牛腿一般使用坐標法放樣，控制標高誤差為+2cm。確認無誤后，利用L90mm×90mm×10mm角鋼焊接牛腿與H型鋼，保證牛腿焊接長度水平偏差小于2mm，且無歪扭、虛焊現象。每一道焊縫焊接完畢后，均清除焊渣、飛濺物，保證焊縫豐滿牢固。隨后根據基坑中部支撐需求，利用8個及以上摩擦型高強螺栓緊固型鋼立柱與托座件，托座件與方鋼管三面圍焊，焊縫高度小于等于8mm，定位標高誤差小于-5mm～+1mm。利用同樣的方法，借助4個及以上摩擦型高強螺栓固定托座、腰梁。應按照先長后短的原則安裝腰梁，人工配合機械跟隨支撐架設順序逐段吊裝。

在托座與腰梁緊固后，以鋼圍檁為一側模板，借助前期預埋地腳螺栓有效連接鋼支撐、圈梁，圈梁應無彎折、“S”形變化。隨后借助傳力件連接支撐結構、排樁圍護結構，傳力件翼緣板與圍檁腹板中心水平誤差為±1mm，保證基坑變形應力順利經內支撐傳遞到排樁。傳力件位置確定無誤后，以支撐標高誤差、軸線偏差可控為核心，結合設計跨度在地面預拼魚腹梁，保證螺栓緊固?？梢岳玫鯔C將預拼裝完畢的魚腹梁整體擺放到支撐牛腿。隨后利用砂輪機下料，左右對稱安裝鋼絞線，確保單根與魚腹梁預應力筋長度大于等于設計長度，為后續鋼絞線張拉做好準備。一般技術人員應預留多根鋼絞線，以便后期根據基坑側壓力的變化對其進行再次張拉，確?；觽葔毫Φ淖兓诤侠矸秶鷥?。

魚腹梁安裝完畢后，規范安裝對撐、角撐，拼接支撐兩頭中心線偏心度小于2cm，各連接位置均借助鋼板墊緊密貼合，規避支撐體系受力后整體偏心失穩。需要注意的是，因為角撐、圍檁之間存在夾角，直接安裝角撐會增加后期預應力施加難度，所以在角撐地面預拼裝時期須檢查預拼裝支撐順直度，確認無誤后整體吊裝。

對撐及角撐安裝完畢后，根據設計圖紙安裝蓋板，牢固連接支撐型鋼接頭。期間應避免利用高強螺栓代替臨時螺栓，或者不同規格螺栓、螺母、墊圈混用。

3.3 鋼絞線張拉

在鋼絞線張拉前，重新加固支撐，借助“U”形抱箍牢固連接托梁、支撐，保證各部件螺栓連接緊固，腰梁與圍護體系連接狀態正常。同時標定張拉器、千斤頂、油壓表，換算預應力設計值與油壓表讀數，為油壓控制提供依據。

當鋼絞線張拉時，以千斤頂張拉作用線、鋼絞線作用軸線重合為前提，遵循分區、分級、循環加壓的方針，有序張拉，首先加壓對撐，其次張拉魚腹梁，最后加壓角撐，整個過程中，將實際鋼絞線張拉應變量、設計張拉應變量誤差控制在設計范圍內，有效預防基坑轉角位置形狀異變。一般分3次張拉，第一次張拉力為張拉設計值的30%，第二次張拉力為張拉設計值的70%，第三次張拉力為張拉設計值的100%。期間鋼絞線伸長率應小于設計值的6%。每一次張拉結束后，均要檢查支撐及周邊排樁情況，無異常情況下，進行下一次張拉。需要注意的是，在新安裝支撐預應力施加過程中，已安裝支撐應力極易出現低水平發展趨勢，此時，技術人員需要根據設計要求進行預應力調整。部分情況下，加深基坑開挖深度會導致墻體水平位移增加，需要技術人員根據監測的水平位移量適當對基坑支護體系進行預應力補充張拉，有效控制深基坑變形。

在鋼絞線張拉后，借助緊固螺栓連接托梁、支撐。繼續開挖土方至基坑的底部，在基坑底部澆筑墊層混凝土，平整基坑底部，達到止水目標?；炷翉姸冗_到設計要求、維護樁與結構間回填土結束后，清除圈梁頂部障礙物，利用起拔裝置（起拔油缸+夾具）起拔型鋼。

4 排樁與裝配式預應力魚腹梁結構組合的基坑支護效果

當38m魚腹梁鋼絞線施加預應力一定時，根據《建筑基坑工程監測技術規范》（GB 50497—2009）和《建筑變形測量規范》（JGJ 8—2016）的相關規定，借助應變片（或弦式反力計）監測基坑最大位移和對撐支撐軸力。結果見表3。

由表3可知，對撐支撐軸力最大達到1250kN，為基坑位移最大位置，基坑最大位移為18.00mm。分析可知：裝配式預應力魚腹梁支護結構對撐軸力明顯偏小，可以保障魚腹梁結構傳力過程的安全。同時支護后最大基坑位移低于設計值，周邊建筑物沉降趨于穩定，表明裝配式預應力魚腹梁支護可以主動控制基坑變形，預防基坑變形引發的周邊管線、道路、建筑沉降，減少深基坑作業對周邊環境的不利影響。

5 結語

綜上所述，裝配式預應力魚腹梁結構基坑支護是一種新型基坑內支撐支護形式，主要通過組合角撐、對撐、橫梁、立柱、預壓預緊裝置并對鋼絞線施加預應力，形成平面預應力支撐，減少基坑內部位移。因此，技術人員應根據工程情況，明確裝配式預應力魚腹梁結構基坑支護的優勢，合理設計三軸水泥攪拌樁排樁與內支撐復合支護方案，有序進行支護作業，保證基坑支護整體剛度與穩定性達標，為后續工程建設提供安全的施工環境。

參考文獻

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