工程施工中的基坑支護(hù)技術(shù)實(shí)踐探究

摘 要：為了給工程施工中的基坑支護(hù)技術(shù)實(shí)踐提供參考，利用文獻(xiàn)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(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)方案、基坑支護(hù)要點(diǎn)方面，簡(jiǎn)單介紹了工程施工中的基坑支護(hù)技術(shù)，并對(duì)排樁與裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)組合的基坑支護(hù)效果進(jìn)行探究?？偨Y(jié)支護(hù)效果得出：三軸水泥攪拌樁內(nèi)插型鋼+裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)可以有效穩(wěn)固工程基礎(chǔ)，提高基坑安全性，應(yīng)用價(jià)值較高。

關(guān)鍵詞：三軸水泥攪拌樁內(nèi)插型鋼；基坑支護(hù)；裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TU 473" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在城市化建設(shè)迅速推進(jìn)過(guò)程中，城市地下空間開發(fā)需求日益增加。地下空間開發(fā)導(dǎo)致工程基坑深度不斷增加，對(duì)基坑支護(hù)提出了較高的要求。基坑支護(hù)是基坑順利開挖的保障，也是工程周邊環(huán)境安全的保障。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，基坑支護(hù)技術(shù)由簡(jiǎn)單的強(qiáng)度控制轉(zhuǎn)變?yōu)榭紤]復(fù)雜變形與周邊環(huán)境干擾的圍護(hù)設(shè)計(jì)。裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)支護(hù)是一種新型支護(hù)技術(shù)，兼具支護(hù)結(jié)構(gòu)變形小、工期短、施工便捷等優(yōu)良特點(diǎn)，可以滿足大型深基坑支護(hù)要求。因此，探究工程施工中的裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)技術(shù)很有意義。

1 施工實(shí)例

施工項(xiàng)目擬建總建筑面積為79253.25㎡，由31層住宅+商業(yè)組成。建筑高度為98.56m，設(shè)置2層整體地下室，全部擬建建筑物底板標(biāo)高相同，基礎(chǔ)預(yù)置埋深為11.2m，最大柱網(wǎng)尺寸為7.2m，最大單柱荷載標(biāo)準(zhǔn)值為12000kN，工程±0.00m相當(dāng)于1985國(guó)家高程5.30m。

工程地下室底板標(biāo)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(zhǎng)為412m，面積為10200㎡?；釉O(shè)計(jì)為二級(jí)基坑，依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012）進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求最大水平位移小于50mm。

基坑?xùn)|側(cè)為市政道路，主路與基坑紅線之間相距23.5m。基坑南側(cè)為規(guī)劃道路?；游鱾?cè)為現(xiàn)有河道，基坑圍護(hù)邊緣距離河道15m以上?；颖眰?cè)為現(xiàn)有住宅（樁基礎(chǔ)），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(qū)，主要覆蓋第四系松散沉積物，地貌單一?？睖y(cè)深度70.00m，為淺地基土層，局部土層性質(zhì)見表1。

擬建基坑所在場(chǎng)地穩(wěn)定地下水位為2.52m～2.66m，地下水位受季節(jié)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(hù)技術(shù)方案

2.1 結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 500068—2018）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011），使用盈建科軟件2.03版，代入工程概況數(shù)值，得出建筑結(jié)構(gòu)分析結(jié)果見表2。

根據(jù)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(zhuǎn)為0.6526，表明建筑振型為X向平動(dòng)振型，對(duì)風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力大于重力荷載，施工期間，建筑樓層持續(xù)對(duì)基礎(chǔ)輸送剪切力，基礎(chǔ)承載應(yīng)力較大，且不均勻分布。而對(duì)建筑最大位移與平均位移之比、最大層間位移進(jìn)行分析，可以得出建筑物基礎(chǔ)在地震等荷載作用下位移分布離散度以及整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知建筑基礎(chǔ)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較大，且具有顯著X向發(fā)展趨勢(shì)，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(guī)模較大，鋼筋混凝土支撐剛度無(wú)法有效控制深基坑變形問題，而土釘墻、錨索等支護(hù)結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(shí)，相關(guān)人員可綜合考慮基坑自身特點(diǎn)、周邊建筑、毗鄰道路以及地下管線，結(jié)合建筑物X向平動(dòng)振型特點(diǎn)，擬選擇一種新技術(shù)—裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)+三軸水泥攪拌樁內(nèi)插基坑支護(hù)方法，支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)為?850mm@600mm三軸水泥攪拌樁內(nèi)插H700mm×300mm×13mm×24mm的Q355B型鋼（插一隔一）+1道裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁水平內(nèi)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(hù)樁懸臂段，在開挖面下2.5m，利用長(zhǎng)13.5m、直徑120mm土釘加固，土釘傾角為15°?？觾?nèi)1∶1放2.55m高坡，圍護(hù)樁嵌入深度11.5m。同時(shí)沿圍護(hù)樁深布置一道裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁水平內(nèi)支撐，每道內(nèi)支撐為雙層，每層架設(shè)C30鋼筋混凝土傳力帶，傳力截面長(zhǎng)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(nèi)支撐體系穩(wěn)固性 [1]，裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)平面布置圖如圖2所示

3 工程施工中的排樁與裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)組合支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)

3.1 排樁施工

案述工程沿基坑的內(nèi)壁設(shè)有三軸水泥攪拌樁組成排樁，三軸水泥攪拌樁可以與內(nèi)支撐形成閉合圍堰，有效防止水和土進(jìn)入基坑。排樁施工前，準(zhǔn)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(shí)準(zhǔn)備三軸水泥土攪拌鉆機(jī)、重型步履式打樁機(jī)與空壓機(jī)、壓漿泵，滿足鉆孔注漿、安裝移位、松散土體要求。當(dāng)型鋼（“H”形）超出定尺范圍時(shí)，應(yīng)預(yù)先連接型鋼。

三軸水泥攪拌樁為強(qiáng)制攪拌并進(jìn)行土體置換，在材料設(shè)備準(zhǔn)備完畢后，清除場(chǎng)地塊石、生活垃圾等障礙物，填平低洼位置，夯實(shí)場(chǎng)地[2]。根據(jù)測(cè)量方提供控制點(diǎn)放出具體樁位，調(diào)試樁機(jī)，保證樁機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。樁機(jī)平穩(wěn)后，沿設(shè)計(jì)樁位預(yù)先攪拌下沉。同時(shí)依據(jù)設(shè)計(jì)方案制備水泥漿，邊噴漿攪拌邊提升樁機(jī)，每次攪拌時(shí)間超過(guò)10min。借助輸漿膠管接通貯料罐、砂漿泵、深層攪拌機(jī)，啟動(dòng)電機(jī)，促使攪拌機(jī)葉片朝著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，期間采用0.75m/min的速度鉆孔至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。隨后采用0.35m/min±0.05m/min的速度提升攪拌機(jī)，完成深層水泥漿攪拌，直到攪拌至樁頂標(biāo)高50cm，重復(fù)30s±5s，保證樁頭均勻、密實(shí)。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(jù)三軸水泥攪拌樁施工要求，重復(fù)預(yù)攪拌下沉、噴漿攪拌與提升工序，先攪拌水泥漿下沉至設(shè)計(jì)深度，再?gòu)牡孛嫦聡姖{提升攪拌機(jī)，采用0.4m/min±0.1m/min的速度提升攪拌機(jī)。最終灌漿面高處樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高50cm±5cm，凝固后挖除高處部位，保證排樁工程質(zhì)量，無(wú)夾層、斷層[3]。

一組三軸水泥攪拌樁施工進(jìn)入尾聲后，關(guān)閉攪拌機(jī)，啟動(dòng)灰漿泵進(jìn)行清水洗滌，清除貯料罐、砂漿泵、深層攪拌機(jī)與管路中殘留水泥漿，移動(dòng)樁機(jī)至同排下一樁施工位置。

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

3.2 內(nèi)支撐安裝

開挖土方后，須沿三軸水泥攪拌樁設(shè)置圈梁，均衡排樁受力。操作時(shí)，為保證圈梁剛度，應(yīng)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(gòu)成大剛度支撐結(jié)構(gòu)。裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁內(nèi)支撐安裝如圖3所示。

根據(jù)圖3，具體施工前，根據(jù)施工平面布置圖設(shè)置安裝位置。確定安裝位置后，單獨(dú)布設(shè)測(cè)量控制網(wǎng)，用經(jīng)極坐標(biāo)法復(fù)核基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位置，規(guī)避施工期間支護(hù)偏差以及立柱、承臺(tái)結(jié)構(gòu)位置沖突[5]。

根據(jù)裝配材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃組織材料進(jìn)場(chǎng)，有序安裝立柱，嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙控制立柱頂標(biāo)高，避免立柱垂直度偏差超出立柱長(zhǎng)度的0.5%，為立柱托座、托梁牢固連接做好準(zhǔn)備。作為預(yù)應(yīng)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(shí)進(jìn)行，有效利用三軸水泥攪拌樁的施工機(jī)械。具體立柱安裝期間，基坑底上部借助旋挖樁機(jī)引孔，基坑底部經(jīng)潛孔錘引孔至立柱底部標(biāo)高，將立柱順利輸送至樁底后澆筑混凝土，澆筑混凝土標(biāo)高超出設(shè)計(jì)標(biāo)高。

立柱安裝完畢后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定牛腿位置、標(biāo)高，牛腿一般使用坐標(biāo)法放樣，控制標(biāo)高誤差為+2cm。確認(rèn)無(wú)誤后，利用L90mm×90mm×10mm角鋼焊接牛腿與H型鋼，保證牛腿焊接長(zhǎng)度水平偏差小于2mm，且無(wú)歪扭、虛焊現(xiàn)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(jù)基坑中部支撐需求，利用8個(gè)及以上摩擦型高強(qiáng)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(biāo)高誤差小于-5mm～+1mm。利用同樣的方法，借助4個(gè)及以上摩擦型高強(qiáng)螺栓固定托座、腰梁。應(yīng)按照先長(zhǎng)后短的原則安裝腰梁，人工配合機(jī)械跟隨支撐架設(shè)順序逐段吊裝。

在托座與腰梁緊固后，以鋼圍檁為一側(cè)模板，借助前期預(yù)埋地腳螺栓有效連接鋼支撐、圈梁，圈梁應(yīng)無(wú)彎折、“S”形變化。隨后借助傳力件連接支撐結(jié)構(gòu)、排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，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(yīng)力順利經(jīng)內(nèi)支撐傳遞到排樁。傳力件位置確定無(wú)誤后，以支撐標(biāo)高誤差、軸線偏差可控為核心，結(jié)合設(shè)計(jì)跨度在地面預(yù)拼魚腹梁，保證螺栓緊固?？梢岳玫鯔C(jī)將預(yù)拼裝完畢的魚腹梁整體擺放到支撐牛腿。隨后利用砂輪機(jī)下料，左右對(duì)稱安裝鋼絞線，確保單根與魚腹梁預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度大于等于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，為后續(xù)鋼絞線張拉做好準(zhǔn)備。一般技術(shù)人員應(yīng)預(yù)留多根鋼絞線，以便后期根據(jù)基坑側(cè)壓力的變化對(duì)其進(jìn)行再次張拉，確保基坑側(cè)壓力的變化在合理范圍內(nèi)。

魚腹梁安裝完畢后，規(guī)范安裝對(duì)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(guī)避支撐體系受力后整體偏心失穩(wěn)。需要注意的是，因?yàn)榻菗?、圍檁之間存在夾角，直接安裝角撐會(huì)增加后期預(yù)應(yīng)力施加難度，所以在角撐地面預(yù)拼裝時(shí)期須檢查預(yù)拼裝支撐順直度，確認(rèn)無(wú)誤后整體吊裝。

對(duì)撐及角撐安裝完畢后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙安裝蓋板，牢固連接支撐型鋼接頭。期間應(yīng)避免利用高強(qiáng)螺栓代替臨時(shí)螺栓，或者不同規(guī)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(hù)體系連接狀態(tài)正常。同時(shí)標(biāo)定張拉器、千斤頂、油壓表，換算預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值與油壓表讀數(shù)，為油壓控制提供依據(jù)。

當(dāng)鋼絞線張拉時(shí)，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(qū)、分級(jí)、循環(huán)加壓的方針，有序張拉，首先加壓對(duì)撐，其次張拉魚腹梁，最后加壓角撐，整個(gè)過(guò)程中，將實(shí)際鋼絞線張拉應(yīng)變量、設(shè)計(jì)張拉應(yīng)變量誤差控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，有效預(yù)防基坑轉(zhuǎn)角位置形狀異變。一般分3次張拉，第一次張拉力為張拉設(shè)計(jì)值的30%，第二次張拉力為張拉設(shè)計(jì)值的70%，第三次張拉力為張拉設(shè)計(jì)值的100%。期間鋼絞線伸長(zhǎng)率應(yīng)小于設(shè)計(jì)值的6%。每一次張拉結(jié)束后，均要檢查支撐及周邊排樁情況，無(wú)異常情況下，進(jìn)行下一次張拉。需要注意的是，在新安裝支撐預(yù)應(yīng)力施加過(guò)程中，已安裝支撐應(yīng)力極易出現(xiàn)低水平發(fā)展趨勢(shì)，此時(shí)，技術(shù)人員需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)應(yīng)力調(diào)整。部分情況下，加深基坑開挖深度會(huì)導(dǎo)致墻體水平位移增加，需要技術(shù)人員根據(jù)監(jiān)測(cè)的水平位移量適當(dāng)對(duì)基坑支護(hù)體系進(jìn)行預(yù)應(yīng)力補(bǔ)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(xù)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(dá)到止水目標(biāo)?；炷翉?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求、維護(hù)樁與結(jié)構(gòu)間回填土結(jié)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(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)組合的基坑支護(hù)效果

當(dāng)38m魚腹梁鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力一定時(shí)，根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB 50497—2009）和《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8—2016）的相關(guān)規(guī)定，借助應(yīng)變片（或弦式反力計(jì)）監(jiān)測(cè)基坑最大位移和對(duì)撐支撐軸力。結(jié)果見表3。

由表3可知，對(duì)撐支撐軸力最大達(dá)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(yù)應(yīng)力魚腹梁支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)撐軸力明顯偏小，可以保障魚腹梁結(jié)構(gòu)傳力過(guò)程的安全。同時(shí)支護(hù)后最大基坑位移低于設(shè)計(jì)值，周邊建筑物沉降趨于穩(wěn)定，表明裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁支護(hù)可以主動(dòng)控制基坑變形，預(yù)防基坑變形引發(fā)的周邊管線、道路、建筑沉降，減少深基坑作業(yè)對(duì)周邊環(huán)境的不利影響。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)是一種新型基坑內(nèi)支撐支護(hù)形式，主要通過(guò)組合角撐、對(duì)撐、橫梁、立柱、預(yù)壓預(yù)緊裝置并對(duì)鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力，形成平面預(yù)應(yīng)力支撐，減少基坑內(nèi)部位移。因此，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)工程情況，明確裝配式預(yù)應(yīng)力魚腹梁結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)的優(yōu)勢(shì)，合理設(shè)計(jì)三軸水泥攪拌樁排樁與內(nèi)支撐復(fù)合支護(hù)方案，有序進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，保證基坑支護(hù)整體剛度與穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)，為后續(xù)工程建設(shè)提供安全的施工環(huán)境。

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