高層建筑深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型及施工

林志遠(yuǎn)

（杭州大江建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司福建分公司,福建 泉州 362000）

基坑支護(hù)技術(shù)與開(kāi)挖深度密切相關(guān)。大部分建筑工程都需要進(jìn)行基礎(chǔ)開(kāi)挖，但只有地質(zhì)條件較差、地下環(huán)境復(fù)雜或深度超過(guò)5 m 的項(xiàng)目才需要考慮基坑維穩(wěn)措施。為消除深基坑開(kāi)挖過(guò)程中滑坡隱患，確?；影踩?，需要在基坑開(kāi)挖前或開(kāi)挖過(guò)程中，采取加固及支護(hù)措施，以實(shí)現(xiàn)擋土、擋水，維護(hù)基坑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等功能[1]。根據(jù)工程周邊環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、施工條件、開(kāi)挖深度及基坑側(cè)壁安全等級(jí)不同，基坑支護(hù)的結(jié)構(gòu)多種多樣，在實(shí)際施工中往往是多種形式配合使用。

1 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型

1.1 重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)

重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于開(kāi)挖深度較小且基坑邊坡土質(zhì)較差的基坑，一般開(kāi)挖深度不大于7 m。重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于加固淤泥、砂土、粉土含水量較高的軟黏土，當(dāng)用基坑加固時(shí)采用水泥等膠凝材料在基坑開(kāi)挖前對(duì)基坑邊坡部位進(jìn)行預(yù)加固，使松散土體或含水量較高的黏土固結(jié)，形成一個(gè)具有防滲和擋土的雙重功能的整體，消除臨近基坑邊坡的潛在滑移面，抵御基坑邊坡側(cè)向變形、坍塌[2]。

1.2 土釘墻

土釘墻一般為非預(yù)應(yīng)力，屬于被動(dòng)受力，主要適用于地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、黏性土和弱膠結(jié)砂土的基坑支護(hù)或邊坡加固，一般適用于基坑深度不大于12 m。土釘支護(hù)是由密集的土釘群、被加固的土體、噴射混凝土面層組成，形成一個(gè)復(fù)合的、能自穩(wěn)的、類似于重力式擋墻的擋土結(jié)構(gòu)，以此來(lái)抵抗墻后傳來(lái)的土壓力和其它作用力，從而使開(kāi)挖基坑或邊坡穩(wěn)定。土釘長(zhǎng)度一般為開(kāi)挖深度的0.5~1.2 倍，間距宜為1~2 m，與水平面夾角宜為5~20°，土釘?shù)陌惭b可采用鉆孔注漿、直接打入或打入后注漿等方式。

1.3 錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)

錨拉式支護(hù)一般適用于基坑開(kāi)挖深度不大于12 m 的基坑。錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)將鋼筋、鋼管、錨桿或錨索錨固在穩(wěn)定土層中，利用鋼筋、錨桿、錨索的拉力對(duì)基坑側(cè)壁側(cè)向變形形成一種約束，以抵抗基坑邊坡的滑坡及坍塌。

1.4 懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)

單純的懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于較淺的基坑，懸臂式結(jié)構(gòu)依靠足夠的入土深度和結(jié)構(gòu)的抗彎能力來(lái)維持整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全。通常是開(kāi)挖前在基坑邊緣構(gòu)造剛性豎向構(gòu)件并伸入基坑底部標(biāo)高以下，基坑開(kāi)挖后支擋結(jié)構(gòu)埋入土體的錨固段長(zhǎng)度一般為基坑開(kāi)挖深度的1.5倍。

1.5 支撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)

支撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)也稱內(nèi)支撐，是在基坑內(nèi)側(cè)豎向側(cè)壁支擋結(jié)構(gòu)之間，設(shè)置桿件支撐，抵抗支擋結(jié)構(gòu)的變形和位移。支撐形式有水平對(duì)撐或斜撐；正交或斜交的平面桿系支撐；環(huán)形桿系或環(huán)形板系支撐；豎向斜撐[3]。可選用鋼支撐、混凝土支撐、鋼與混凝土支撐混合支撐。內(nèi)支撐體系包括腰（冠）梁（亦稱圍檁）、支撐和立柱，一般與豎向支擋結(jié)構(gòu)搭配使用，常在豎向支擋結(jié)構(gòu)施工后開(kāi)槽施工。

在實(shí)際工程中，往往將以上5 類受力形式進(jìn)行組合，衍生了更多的支護(hù)措施，例如，復(fù)合式土釘墻、外錨內(nèi)撐式支擋結(jié)構(gòu)、SMW 工法樁、蓋挖法等等；也可在不同部位使用不同支護(hù)形式[4]。例如，當(dāng)基坑不同部位的周邊環(huán)境條件、土層性狀、基坑深度等不同時(shí)，可在不同部位分別采用不同的支護(hù)形式；支護(hù)結(jié)構(gòu)可采用上、下部不同結(jié)構(gòu)類型組合的形式。

2 工程實(shí)例

安溪官橋某高層建筑項(xiàng)目，基坑北側(cè)，地下室邊界線距離用地紅線約6 m，基坑開(kāi)挖深度約5.8 m；基坑?xùn)|側(cè)，地下室邊界線距離用地紅線約13 m，開(kāi)挖深度7.9~8.6 m；基坑西側(cè)，地下室邊界線距離用地紅線約7~12 m，開(kāi)挖深度約8.9 m；北側(cè)、西側(cè)外均為已建道路，東南側(cè)為一石材加工場(chǎng)，基坑周長(zhǎng)545 m，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)取1.05。經(jīng)基坑支護(hù)專項(xiàng)設(shè)計(jì)，北側(cè)3-3 剖面采用土釘墻；北側(cè)1-1 剖面、西側(cè)2-2 剖面、東側(cè)4-4 剖面、東側(cè)5-5 剖面采用噴錨支護(hù)（非預(yù)應(yīng)力錨桿）；東側(cè)6-6 剖面、7-7 坡面采用排樁支護(hù)+預(yù)應(yīng)力錨索+掛網(wǎng)噴混（基坑支護(hù)形式分段布置見(jiàn)圖1）。

圖1 排樁+錨索+掛網(wǎng)噴混支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖

圖1 基坑支護(hù)形式分段布置平面圖

2.1 土釘墻

本工程基坑西側(cè)3-3 剖面土質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)粘性土，開(kāi)挖深度最大為5.8 m邊坡穩(wěn)定性較好，放坡坡率1:1，采用土釘墻支護(hù)。土釘采用C20@2000，L=2 000；施工流程：邊坡分層開(kāi)挖→坡面修整→第一層噴混→土釘定位→土釘制作安裝→掛網(wǎng)→加強(qiáng)筋焊接→噴混→養(yǎng)護(hù)。

（1）分層開(kāi)挖深度不大于3 m，坡面修整后應(yīng)先噴一層混凝土封閉坡面并作為鋼筋網(wǎng)片保護(hù)層，噴混應(yīng)自下而上，厚度不小于40 mm，泄水孔間距2 m，梅花狀布置。噴射混凝土采用42.5R 硅酸鹽水泥，配合比宜為水泥：碎石：砂=1:2:2，混凝土強(qiáng)度不小于C25。土釘采用C20 螺紋鋼筋制作，可采用振動(dòng)沖擊鉆、沖擊錘打入邊坡，土釘仰角15°~20°。

（2）土釘承載力檢測(cè)采用抗拉拔試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)量不小于1%且同一土層不少于3 根，抗拔承載力檢測(cè)值不小于土釘軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值的1.3 倍。鋼筋網(wǎng)采用A6@300×300，焊接或綁扎連接，搭接長(zhǎng)度不小于300 mm，土釘連接處設(shè)置C16 橫縱向加強(qiáng)筋（縱筋在外）及L 型鎖定筋，鎖定筋與縱向加強(qiáng)筋、土釘滿焊。

（3）噴射第二層混凝土并養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間3~7 d。邊坡開(kāi)挖后土釘安放及噴射混凝土應(yīng)在24 h 內(nèi)完成。噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%，方可進(jìn)行下層開(kāi)挖。

2.2 非預(yù)應(yīng)力錨桿

本工程基坑北側(cè)1-1 剖面、西側(cè)2-2 剖面、東側(cè)4-4 剖面、東側(cè)5-5 剖面基坑最大開(kāi)挖深度6.27~8.98 m，放坡坡率為1:0.6~1:1，邊坡土質(zhì)自上而下為素填土、填碎塊石、粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化、碎屑狀強(qiáng)風(fēng)化、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化等，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)為非預(yù)應(yīng)力錨桿（全長(zhǎng)粘結(jié)型）+掛網(wǎng)噴混。

（1）以2-2 剖面為例，開(kāi)挖深度8.98 m，放坡坡率1:0.8，錨桿采用1C25@1500，錨桿長(zhǎng)度為9~12 m，軸向拉力110 kN,鉆孔孔徑130 mm，坡面掛網(wǎng)噴混，錨固段地質(zhì)為殘積砂質(zhì)粘性土。施工流程：邊坡分層開(kāi)挖→初噴→測(cè)量放樣→排水施工→搭設(shè)工作平臺(tái)→設(shè)備安裝就位→鉆孔→清孔→制作錨桿→下錨桿→注漿→坡面綁扎鋼筋網(wǎng)片→分層噴漿→養(yǎng)護(hù)。

（2）坡面開(kāi)挖后應(yīng)進(jìn)行初噴封閉，初噴不小于40 mm，泄水孔梅花狀布置間距2 m。鉆孔定位偏差不大于100 mm，傾斜度偏差不大于3°，設(shè)計(jì)傾角20°，在鉆進(jìn)中毎鉆進(jìn)3~5 m 用測(cè)斜儀量測(cè)一次鉆孔孔斜，及時(shí)調(diào)整孔斜誤差。如遇地層松軟、破碎時(shí)則應(yīng)跟管鉆進(jìn)以使鉆孔完整不塌。若遇塌孔，應(yīng)立即停鉆進(jìn)行固壁灌漿處理，等水泥砂漿初凝后重新掃孔鉆進(jìn)。要求干鉆，禁止水鉆，以確保錨桿（索）施工不至于惡化。采用高壓空氣清孔（風(fēng)壓0.2~0.4 MP），如有積水再用吸管排除積水。成孔后在澆砼前應(yīng)用棉紗或水泥包裝編織袋堵孔臨時(shí)防護(hù)。

（3）鋼筋錨桿制作前應(yīng)對(duì)孔深實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，并按孔號(hào)截取錨桿長(zhǎng)度，錨桿連接應(yīng)采用機(jī)械連接，錨桿支架采用成品橡膠對(duì)中支架，注漿管采用高強(qiáng)度PVC 管，將注漿管固定在錨桿上，管頭采用膠帶封堵[5]。注漿采用孔底返漿法，直至孔口溢出新鮮漿液，如有發(fā)現(xiàn)孔口漿面回落，應(yīng)與30 min 內(nèi)進(jìn)行孔底補(bǔ)漿。水泥凈漿采用42.5R 早強(qiáng)型硅酸鹽水泥配置，水灰比0.45，摻速凝劑，強(qiáng)度不小于C20，注漿壓力不小于0.5 MPa。錨桿注漿后，漿體強(qiáng)度達(dá)到 15 MPa 或達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的75%時(shí)，可進(jìn)行錨桿檢測(cè)。

（4）該項(xiàng)目錨桿抗拉拔設(shè)計(jì)值110kN,檢測(cè)數(shù)量不小于5%，不少于5 根。坡面掛網(wǎng)噴混工藝與土釘墻類似，鋼筋網(wǎng)設(shè)計(jì)為A8@150×150，設(shè)置橫縱向C16 加強(qiáng)筋（縱向在外）及L 型鎖定筋，鎖定筋與縱向加強(qiáng)筋、錨桿伸出端滿焊，噴射混凝土復(fù)噴，強(qiáng)度不低于C25,終凝2 h 后養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)不少于7 d。

2.3 排樁+錨索+掛網(wǎng)噴混

本工程基坑?xùn)|南側(cè)6-6 剖面、7-7 剖面，基坑臨近一石材加工廠，主要地質(zhì)：上部為人工填土、石材碎塊、碎屑廢料等，下部為粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)粘性土等。上方有加工廠建筑及內(nèi)部道路，周邊環(huán)境較為復(fù)雜；基坑開(kāi)挖深度7.99~8.59 m，邊坡穩(wěn)定性較差。

（1）基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用排樁支護(hù)+錨索+掛網(wǎng)噴混（見(jiàn)圖1）。共設(shè)計(jì)支護(hù)樁72 根，樁徑1.0 m，樁芯間距1.5 m，樁長(zhǎng)為14.5~16 m，排樁頂部設(shè)置冠梁及錨索，樁間面板為C25掛網(wǎng)噴砼厚100 mm，掛網(wǎng)鋼筋C20@1500、L=2 000 mm，鋼筋網(wǎng)為Ф8@200×200。

（2）施工流程：場(chǎng)地平整→放線、定樁位→樁機(jī)就位→埋護(hù)筒,同時(shí)挖泥漿池,安裝泥漿泵→沖孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高→終孔驗(yàn)收→鋼筋籠制作→下鋼筋籠→二次清孔→澆灌樁身混凝土→養(yǎng)護(hù)→所有排樁施工完畢→破樁頭→預(yù)應(yīng)力錨索施工、冠梁施工→錨索張拉→分層開(kāi)挖→噴混面板施工。

（3）支護(hù)樁采用沖孔灌注樁，隔二跳孔施工。沖孔灌注樁，泥漿具有護(hù)壁出渣作用，應(yīng)控制好泥漿質(zhì)量[6]。開(kāi)孔進(jìn)尺不宜過(guò)快，采用密錘底擊，提錘高度約50 cm，沖擊次數(shù)20~25（次/min）泥漿濃度1.5~1.7，這樣產(chǎn)生的沖擊力小，使孔壁逐漸受水平擠壓力擠壓密實(shí)，有利于孔口孔壁穩(wěn)定。正常沖孔可適當(dāng)增加提錘高度至1.5~2 m，降低泥漿濃度，減小泥漿阻力和黏錘，泥漿比重1.1~1.15、黏度10~25 s、含砂率小于8%，采用換漿清孔（如出渣困難可采用抽漿法，但應(yīng)及時(shí)調(diào)整泥漿濃度），二次清孔沉渣厚度不大于100 mm。鋼筋籠長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)孔深確定，并預(yù)留冠梁錨固鋼筋。水下混凝土澆筑采用導(dǎo)管法，混凝土強(qiáng)度C25 導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置隔水浮球，初始澆筑時(shí)導(dǎo)管距離孔底30~50 cm，提管過(guò)程中，導(dǎo)管埋深應(yīng)為2~6 m，嚴(yán)禁導(dǎo)管提出混凝土面。混凝土澆筑應(yīng)高出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高0.8 m，以確保樁身強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

（4）根據(jù)邊坡支護(hù)專項(xiàng)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力錨索采用鋼絞線2AS15.2@2 000，錨索長(zhǎng)度L=22 m、錨固段長(zhǎng)度La=14 m、自由段長(zhǎng)度Lf=8 m，抗拉拔力不小于208 kN，錨索與水平夾角25°，錨固段為殘積砂質(zhì)粘性土；鉆孔直徑150 mm，鉆孔采用全套管干成孔施工工藝。

（5）錨索采用無(wú)粘結(jié)鋼絞線（PE 套管），使用前將錨固段去皮、洗油，錨索長(zhǎng)度應(yīng)考慮伸入冠梁內(nèi)長(zhǎng)度及錨具、張拉工藝所需長(zhǎng)度。錨索定位采用成品對(duì)中支架，間距1.5 m，錨索端頭設(shè)置導(dǎo)向帽。注漿采用二次注漿，注漿設(shè)備應(yīng)提前標(biāo)定合格，并在有效期內(nèi)；一、二次注漿管與錨索綁扎，做好端頭及花孔封堵，與錨索一同穿入錨孔。注漿材料強(qiáng)度不小于30 MPa，一次注漿采用低壓多次注漿，注漿壓力0.5 MPa，穩(wěn)壓注漿應(yīng)持續(xù)兩分鐘以上；二次劈裂注漿，注漿管應(yīng)設(shè)置花孔并做好封堵，避免一次注漿時(shí)水泥漿阻塞二次注漿管。二次注漿一般在一次注漿強(qiáng)度達(dá)到5 MPa 時(shí)（4~6 h），注漿壓力2~3 MPa。冠梁施工時(shí)應(yīng)注意錨墊板及相關(guān)加強(qiáng)筋設(shè)置，錨墊板承壓面應(yīng)與錨索垂直。冠梁強(qiáng)度達(dá)到15 MPa、錨索水泥漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%可以進(jìn)行錨索張拉及鎖定。錨索施工后應(yīng)對(duì)抗拉拔進(jìn)行檢測(cè)。錨索張拉后繼續(xù)分級(jí)開(kāi)挖，施工樁間支護(hù)面板，面板施工與土釘墻施工工藝類似，不再贅述。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑工程基坑支護(hù)形式靈活多樣，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理選型，做好基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工方案的選擇，確保各個(gè)施工環(huán)節(jié)所使用的工藝和技術(shù)足夠科學(xué)、足夠合理，為建筑主體施工奠定基礎(chǔ)，從而提升項(xiàng)目管理水平，為建筑工程進(jìn)度管理、成本管理、質(zhì)量管理、安全管理做出貢獻(xiàn)。