復(fù)合型商業(yè)建筑深基坑施工開挖與支護施工技術(shù)

王 楠

（中國移動通信有限公司信息港中心，北京 102200）

0 引言

隨著人口密度的增加，我國的高層建筑數(shù)量越來越多，承載的結(jié)構(gòu)和功能也越來越豐富，對建筑施工技術(shù)的要求也越來越高[1]，建筑深基坑施工開挖與支護直接影響建筑施工的可靠性，研究發(fā)現(xiàn)，在建筑深基坑施工過程中，很容易受到不確定巖土作用力影響，造成地面塌陷[2]，影響建筑整體穩(wěn)定性，不僅會造成嚴重的資金消耗，甚至?xí)a(chǎn)生大規(guī)模的施工事故，帶來人員傷亡，為了保證建筑正常施工[3]，需要設(shè)計可靠的復(fù)合型商業(yè)建筑深基坑施工開挖與支護施工技術(shù)。

相關(guān)研究人員針對建筑深基坑施工進行了進一步研究發(fā)現(xiàn)，土壤內(nèi)部存在特殊的作用力，這些作用力屬于可變力，會隨著外界環(huán)境發(fā)生變化，一旦這些作用力發(fā)生改變，很容易導(dǎo)致地下管線斷裂、建筑結(jié)構(gòu)面開裂出現(xiàn)施工事故[4]，傳統(tǒng)的建筑深基坑施工開挖與支護技術(shù)往往忽略了土壤內(nèi)部作用力，施工穩(wěn)定性指標(biāo)較低，無法滿足建筑的可靠性需求，因此，該文設(shè)計了一種新的復(fù)合型建筑深基坑施工開挖與支護施工技術(shù)，為保證復(fù)合型商業(yè)建筑施工的穩(wěn)定性，降低建筑基坑施工綜合成本做出貢獻。

1 復(fù)合型建筑深基坑施工開挖與支護施工技術(shù)設(shè)計

1.1 工程概況

該文選取某工程進行實例分析，該工程位于某市的中心區(qū)域，與很多線路交叉，建筑總面積為15985 m2，各個建筑分區(qū)的面積不等，該工程內(nèi)部基坑長為150 m，深約15m。

為了保證實際施工效果，該工程施工分為3步，直至開挖到基坑底部，該工程的施工規(guī)模較大，基坑深度不平均，地基土層及地下水位分布情況見表1。

由表1可知，該工程內(nèi)部涉及的地層及地下水位種類較多，分布不均，因此在開挖與支護過程中設(shè)置的錨桿位置要不斷變化，直至開挖至基坑深部，該工程內(nèi)部樁處土的物理力學(xué)指標(biāo)見表2。

表1 地基土層及地下水位分布

由表2可知，不同土層土壤的力學(xué)指標(biāo)存在明顯差異，此時可以根據(jù)上述地基及土層物理指標(biāo)設(shè)計深基坑施工開挖與支護穩(wěn)定指標(biāo)S計算式，如公式（1）所示。

表2 樁處土物理力學(xué)指標(biāo)

式中：D為土壤綜合作用力，F(xiàn)為深基坑施工參數(shù)，該數(shù)值越高說明施工可靠性越高，施工效果越好，為了保證實例分析的精度，該文還結(jié)合了彈性支點法進行分析，降低計算誤差。

1.2 深基坑施工開挖與支護技術(shù)重點

1.2.1 深基坑土層力學(xué)參數(shù)指標(biāo)

針對最不利鉆孔位置進行計算，距離周邊建筑物最近的是基坑的東北角，所以選擇這一段進行設(shè)計，這一段總共有5個鉆孔位置，分別是4、5、6、7、8號。其中4號轉(zhuǎn)孔中第四紀(jì)的止層是最厚的，由此第4號是最不利的鉆孔，針對該位置的地質(zhì)條件進行研究。鉆孔深13.62 m，地下水位深2.8 m，止層從下到上為全風(fēng)化閃長巖、粉質(zhì)黏土、碎石、素填土和雜填土，見表3。

表3 土層參數(shù)

1.2.2 深基坑土壓力計算

為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在計算時選擇最不利的鉆孔來分析；土層的參數(shù)參考巖土的勘察報告；按照《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》計算支護結(jié)構(gòu)上的土壓力強度。

主動土壓力系數(shù)如公式（2）所示。

式中：φi表示第i層的土的內(nèi)摩擦角。

被動土壓力系數(shù)如公式（3）所示。

土中豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值：該工程的支護結(jié)構(gòu)是比地面要低的，上方采取放坡的方式，如果將其作為附加荷載，并將均布荷載視作15 kPa，Δσk,j=q0=15kPa。

式中：Δσk.j為支護粧外側(cè)第j個附加荷載作用下±中豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；σPc是支護支護植內(nèi)側(cè)止的自重產(chǎn)生的豎向總應(yīng)力（kPa）；土中的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值σac為支護粧外側(cè)土的自重產(chǎn)生的豎向總應(yīng)力（kPa）。

支護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)被動土壓力強度標(biāo)準(zhǔn)值Ppk（kPa）、支護樁外側(cè)主動土壓力強度標(biāo)準(zhǔn)值Pak（kPa）計算（基坑中的土質(zhì)大部分是黏土，所以用水土合算）如公式（6）和公式（7）所示。

1.2.3 深基坑施工開挖

具體的深基坑開挖施工方案如下：第一層土方開挖采用大挖機挖至第一道支撐底，即-2.80 m，挖土深度為2.7 m，順序為從基坑的東側(cè)向西側(cè)。第二層土方開挖利用大挖機從第一道支撐底（-2.80 m）至第二道支撐底（-8.10 m），開挖深度為5.3 m，由于第二層土方開挖施工難度較大，因此以控制建筑深基坑支護形變量為條件，結(jié)合“時空效空”原理，先挖開先間隔開挖基坑中間區(qū)域的土體，再分塊進行開挖基坑周邊區(qū)域的土體。第三層土方開挖至基坑底（-15 m），開挖順序與第二層土方開挖順序相同，主要采用小挖機和中挖機將電梯井及深坑部分一同挖去，并翻挖至棧橋邊即可，棧橋上配置長臂挖機進行接土裝車，將挖掘出來的土體運往別處。

1.2.4 深基坑支護施工

深基坑支護施工包括鋼板支護、排樁支護、錨桿支護、土釘墻支護以及噴錨支護：1）鋼板支護。通過對鋼板樁支護方案進行理論計算與可靠性分析，確定了鋼板樁的嵌固深度、樁截面尺寸以及錨桿設(shè)計方案，以完成對基坑支護，截斷地下水，并對方案的實施過程進行總結(jié)。該文施工過程中采用的是槽40b鋼板樁、熱軋型鋼、350mm×350mm的H型鋼以及?300mm鋼管，定尺度大于9 m，并通過鋼板墻的方式，能夠更好地鞏固土壤，同時其具有擋水的作用。對該項目的深基坑支護來說，通過鋼板進行支護時，建議深度不要超過8m。鋼板支護結(jié)構(gòu)如圖1所示。2）排樁支護。排樁支護施工技術(shù)有較強的靈活性，所以其應(yīng)用范圍比較廣。其中，尤其是雙排樁支護技術(shù)在軟土地基中使用較普遍，具體的布置方式如圖2所示。在具體施工時，需要注意以下問題：在施工前需要準(zhǔn)備好適量的挖孔樁，并將其按序排列，形成排列柱；要做好排水工作，這樣才能減少地下水對排樁支護的不良影響；針對密排鉆孔施工來講來說，必須特別要求施工人員考慮深基坑的實際深度，再進行施工。3）錨桿支護。為最大限度地保證高層建筑深基坑的穩(wěn)定性，本次錨桿支護施工應(yīng)用立壁鉆孔施工工藝，需要對鉆孔深度進行精準(zhǔn)計算，然后循序漸進深入鉆孔到底。該方式能夠有效避免深基坑出現(xiàn)較大變形，可保證整體工程的質(zhì)量。在完成支護后，作業(yè)人員需密切關(guān)注建筑周邊環(huán)境的穩(wěn)定性，盡量減少深基坑支護施工對周圍帶來不良影響。錨桿支護方案如下：外墻邊線緊鄰用地紅線，采取錨桿支護方案。錨桿墻總長度為40m，樁徑為700mm，樁長27m，樁間距1.4m，灌注樁混凝土強度等級C30，主筋為14?25mm，箍筋為?8@150mm；冠梁混凝土強度等級為C30，高0.5m，寬0.7m；錨桿采用一樁一錨，長為9m，水平間距為1.4m；豎向間距為3m；樁間采用掛?6200mm×200mm鋼絲網(wǎng)噴C20混凝土處理。4）土釘墻支護以及噴錨支護。土釘墻支護是一種較簡單的施工技術(shù)，而且施工成本也比較低，由作業(yè)人員將1根長桿插入深基坑中，再將鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)在上面，并通過噴錨的形式施工，這樣能夠?qū)ν馏w提供良好的保護。土釘噴錨支護方案如下：采用邊坡采用土釘噴錨支護方案，有效支護高度15m，設(shè)置土釘8排，放坡坡比1∶0.2，土釘墻支護采用洛陽鏟人工成孔，土釘孔直徑130 mm、傾角15°，土釘水平間距1.5m。完成混凝土噴射后，此時土體與鋼筋網(wǎng)之間便會產(chǎn)生相互的作用，使支護體系更穩(wěn)固。噴錨支護施工工藝靈活性較強，所以施工單位能夠通過監(jiān)測的信息數(shù)據(jù)，從而對工序進行合理地調(diào)整。結(jié)合工程施工中的材料水灰比，采用外灌漿加工施工工藝，使工程施工質(zhì)量符合實際檢測要求。同時根據(jù)土釘噴錨操作步驟，進行補漿，對土釘噴錨施工做好防護工作。

圖1 鋼板支護結(jié)構(gòu)

圖2 雙排樁支護布置方式

1.3 深基坑施工開挖與支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，含水量較高的土壤穩(wěn)定性較低，其抗剪強度無法保證，開挖過程中很容易產(chǎn)生樁基偏移問題造成嚴重的施工事故[5]，設(shè)計了一種新的深基坑施工開挖與支護結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能滿足深基坑施工的合理受力需求，一旦深基坑內(nèi)部出現(xiàn)較高的土體壓力，會立即產(chǎn)生彎矩，該結(jié)構(gòu)因其特殊的受力特性可以實現(xiàn)壓力轉(zhuǎn)化，降低深基坑內(nèi)部的土壤壓力[6]，保障施工安全，除此之外，該支撐結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在施工區(qū)域的邊界處，自動形成一個閉合的支撐結(jié)構(gòu)，一旦開始施工，可以立即擴大施工視野，提供施工空間基礎(chǔ)，不僅如此，該支撐結(jié)構(gòu)的組成成本較低[7]，施工較為簡單，該結(jié)構(gòu)的組成示意圖如圖3所示。

圖3 支撐結(jié)構(gòu)示意圖

在使用該結(jié)構(gòu)施工時，需要調(diào)試支撐柱，根據(jù)工程的實際需要計算支撐柱的荷載，確保支撐柱能有效進行支撐，因此該文使用了樁梁軸線合一法計算了深基坑附近的負載，并根據(jù)該負載進行調(diào)整，確認支撐柱的位置。連系梁是連接各個支撐柱的重要裝置，對保證深基坑內(nèi)部穩(wěn)定性有重要作用[8]，其可以分解環(huán)梁軸向壓力，降低基坑內(nèi)部受力限制，該文設(shè)計的施工技術(shù)使用了空間立柱連系梁，這種連系梁可以有效減少支撐柱的數(shù)量，降低施工成本，為后續(xù)深基坑開挖支護作基礎(chǔ)。

在基礎(chǔ)上，該文設(shè)計的施工技術(shù)考慮了場地內(nèi)部綜合荷載，盡可能降低支護附加壓力。懸臂樁在整個深基坑施工開挖中的作用也非常大，因此該文采用極限平衡法，將土壤壓力轉(zhuǎn)化為不同種類的土體關(guān)系，再依次計算土壤內(nèi)部不同點位的零點深度系數(shù)，最后需要計算土壤支反力，將其控制在指定的范圍內(nèi)，最大程度地保證支護可靠性，保證施工開挖與支護穩(wěn)定性。

2 應(yīng)用效果與討論

在上述實例分析準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上分別使用該文設(shè)計的復(fù)合型商業(yè)建筑深基坑施工開挖與支護技術(shù)和傳統(tǒng)的深基坑施工開挖與支護技術(shù)進行施工，使用公式（1）分別計算不同施工區(qū)域的穩(wěn)定性指標(biāo)，應(yīng)用效果見表4。

表4 應(yīng)用效果

由表3可知，該文設(shè)計的復(fù)合型商業(yè)建筑深基坑施工開挖與支護技術(shù)施工后各個施工區(qū)域的穩(wěn)定性指標(biāo)均較高，證明該文設(shè)計的復(fù)合型商業(yè)建筑深基坑施工開挖與支護技術(shù)的施工效果較好，具有可靠性，有一定的應(yīng)用價值。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的建筑工程也越來越完善，建筑技術(shù)也得到了進一步提升，復(fù)合型商業(yè)建筑往往屬于高層建筑，對基坑開挖要求較高，傳統(tǒng)的深基坑施工開挖與支護技術(shù)的穩(wěn)定性指標(biāo)較低，無法滿足目前的施工需求，因此該文設(shè)計了新的復(fù)合型商業(yè)建筑深基坑施工開挖與支護技術(shù)，進行實例分析，結(jié)果表明，設(shè)計的復(fù)合型商業(yè)建筑深基坑施工開挖與支護技術(shù)的施工穩(wěn)定性指標(biāo)較高，證明其施工效果較好，具有可靠性，有一定的應(yīng)用價值，可以為后續(xù)復(fù)合型商業(yè)建筑施工提供參考。