基礎(chǔ)施工中深基坑支護施工技術(shù)應用研究

摘 要：某地鐵項目1號線和2號線的換乘站工程需要開挖深基坑，主體結(jié)構(gòu)的支護體系采用地下連續(xù)墻+水平內(nèi)支撐，在冠梁設(shè)置鋼筋砼支撐，其他水平支撐均為鋼支撐。為了提高基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工效果，研究對地下連續(xù)墻和鋼支撐的施工技術(shù)要點進行了分析，歸納了各個關(guān)鍵工序的作業(yè)方法，包括導墻施作、泥漿制備、機械成槽、清槽、鋼筋籠吊裝、鋼支撐安裝等。根據(jù)研究內(nèi)容得出以下結(jié)論：地下連續(xù)墻是重要的豎向支護結(jié)構(gòu)，對地鐵深基坑具有較高的適應性，可有效控制開挖范圍；水平鋼支撐的施工重點是管道的兩個端頭和軸力部分。

關(guān)鍵詞：深基坑支護；連續(xù)墻；鋼支撐

中圖分類號：TU 753" " " 文獻標志碼：A

地鐵基礎(chǔ)施工以深基坑作業(yè)為主，其特點為開挖范圍廣、深度大、塌方風險高。根據(jù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，在這類項目中，可綜合運用多樣化的支護體系，結(jié)合實際情況合理設(shè)計支護方案。在此次研究中，基于真實的地鐵深基坑工程，探討了地下連續(xù)墻和水平內(nèi)支撐的施工技術(shù)要點，可為后續(xù)工程提供借鑒。

1 工程概況

某地鐵工程的換乘站點為地下四層三跨島式結(jié)構(gòu)，車站主體結(jié)構(gòu)長度達到145.9m，有效站臺的長度和寬度分別為118m、14m?；娱_挖范圍包括車站主體結(jié)構(gòu)、聯(lián)絡(luò)線。該站點為城市1號線和2號線的換乘站，1號線主體結(jié)構(gòu)標準寬度為2.27m，2號線主體結(jié)構(gòu)標準寬度為2.31m。該項目屬于大型深基坑工程，1、2號線的軌道面開挖深度分別達到14.9、26.0m，站臺中心底板埋深分別為15.65、27.62m。聯(lián)絡(luò)線基坑的深度為24m～30.5m，寬度設(shè)計為7.0m。為了保障作業(yè)安全，在基礎(chǔ)施工階段，必須針對深基坑設(shè)置有效的支護結(jié)構(gòu)，并且保證支護結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

2 深基坑支護力學分析及方案設(shè)計

2.1 深基坑支護力學分析

計算土地應力分布能夠幫助工程師評估基坑支護結(jié)構(gòu)所施加的荷載對周圍土體的影響。通過計算不同深度下的土體應力分布，工程師可以了解不同深度下土體的承載能力是否足夠支持基坑支護結(jié)構(gòu)以及其施工荷載。此外，通過計算土體應力分布，還可以確定土體的安全工作范圍和荷載承載能力，避免土體超載或破壞。根據(jù)土地應力分布，制定合理的施工工藝以及施工順序，以最小化土體變形并保證支護結(jié)構(gòu)的及時建設(shè)。同時，將土體應力分布數(shù)據(jù)與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合，驗證計算模型的準確性，并進行調(diào)整和改進。在本項目中，工作人員采用公式（1）計算項目所在地的土體應力分布情況。

（1）

式中：σz為深度為z處的土體垂直應力；q為基坑支護結(jié)構(gòu)施加在土體上的垂直均布荷載；γ為土體的單位質(zhì)量；v為泊松比；r為從基坑支護結(jié)構(gòu)到點z的水平距離；r0為基坑支護結(jié)構(gòu)的半徑。在本次研究中，工作人員先確定荷載q、土體的單位質(zhì)量γ、泊松比v以及基坑支護結(jié)構(gòu)的半徑r0。根據(jù)基坑支護結(jié)構(gòu)的幾何形狀以及荷載條件，計算所需深度z處的土體垂直應力σz。通過調(diào)整參數(shù)值，分析不同條件下的應力分布變化（見表1），優(yōu)化施工方案。

2.2 深基坑支護方案設(shè)計

深基坑支護具有多樣化的技術(shù)方案，需要根據(jù)開挖深度、基坑周邊環(huán)境、安全性等因素，做出綜合決策。地鐵屬于市政交通項目，其站點通常位于城市的重要交通節(jié)點，開挖范圍不宜過大。在這種條件下，深基坑應該優(yōu)先采用垂直圍護結(jié)構(gòu)，例如地下連續(xù)墻、排樁等。根據(jù)基坑開挖深度，將該項目的主要支護結(jié)構(gòu)設(shè)計為地下連續(xù)墻，同時設(shè)置多道水平支撐。具體設(shè)計方案見表2。

3 深基坑支護結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應用要點

3.1 地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應用要點

該項目地下連續(xù)墻采用機械成槽，在槽頂設(shè)置鋼筋混凝土導墻，為防止槽壁坍塌，采用泥漿護壁技術(shù)，并通過泥漿循環(huán)清除槽底沉渣，整體的施工工藝如圖1所示，各個工序的技術(shù)要點如下。

3.1.1 施作導墻

用地下連續(xù)墻的導墻提高孔口的穩(wěn)定性，防止孔口坍塌，其頂部標高應高于地面0.2m。結(jié)合該項目的實際情況，導墻的施作方法如圖2所示。

放坡和噴砼施工：在制作導墻前，先在地下連續(xù)墻位置開挖基土，形成1∶1的放坡，對坡面進行整平，然后噴射厚度50mm的細石混凝土，提高坡面和坡底的穩(wěn)定性。將坡底作為基礎(chǔ)，搭設(shè)模板，為導墻的澆筑做好準備[1]。

導墻施工：在地下連續(xù)墻槽段開挖前，在其軸線兩側(cè)分別建造導墻。根據(jù)設(shè)計方案，導墻的厚度為0.2m，高度為1.5m。兩側(cè)導墻的凈距離為1.04m，略大于地下連續(xù)墻的厚度。在模板安裝固定后，設(shè)置鋼筋層，主筋直徑為12mm，間距為200mm。導墻以C20混凝土澆筑而成，將鋼筋保護層的厚度控制在20mm。在導墻達到養(yǎng)護強度后，拆除模板，并且在兩側(cè)導墻之間設(shè)置上、下兩道截面為80mm×80mm的木支撐，將其作為臨時性的支護結(jié)構(gòu)[2]。木支撐的上下間距設(shè)置為1.0m。

導墻施工質(zhì)量檢查：在導墻施工結(jié)束后，按照表3的指標檢測施工質(zhì)量。另外，地下連續(xù)墻與導墻內(nèi)側(cè)墻面縱軸線應保持平行，將允許偏差控制在±5mm。

3.1.2 泥漿制備

泥漿配比設(shè)計：機械成槽過程需要同步實施泥漿護壁，因此在成槽前，應該制備泥漿。護壁泥漿以膨潤土、燒堿、羧甲基纖維素和清水配置而成，水、膨潤土、羧甲基纖維素、燒堿的質(zhì)量配比設(shè)計為1.0∶0.1∶（0.0003～0.0005）∶（0.004～0.005）。當制備泥漿時，預先挖設(shè)泥漿池，將膨潤土放入泥漿池，加入清水、燒堿和羧甲基纖維素，充分攪拌360s～480s。攪拌完成的泥漿應靜置24h，使其徹底水化[3]。

泥漿質(zhì)量檢測：在交付使用前，必須檢測泥漿性能，包括密度、黏度、pH、失水率等，新制備泥漿的性能指標應滿足表4中的規(guī)定。

3.1.3 成槽和清槽施工

槽段開挖：地下連續(xù)墻的槽段為一字型，將一個標準槽段的長度設(shè)計為6m。成槽時采用跳幅施工技術(shù)，即間隔一個或多個槽段進行開挖。該項目地質(zhì)條件較為復雜，部分作業(yè)區(qū)域的地質(zhì)層硬度較小，由上覆層、砂層、卵石和強風化板巖組成，此時可通過液壓抓斗抓取成槽。若巖層為硬度較大的中風化巖層，則應改為樁機沖孔，通過液壓抓斗抓取碎屑[4]。成槽后，應檢查其深度、垂直度、表面平整度、寬度等指標是否滿足設(shè)計要求。

清槽施工：泥漿循環(huán)會導致品質(zhì)下降，因此為保證成槽質(zhì)量，施工單位應該檢測不同階段的泥漿性能指標，具體要求見表5。在清槽結(jié)束后，應檢測槽底沉渣的厚度，根據(jù)規(guī)范，應將沉渣厚度控制在100mm內(nèi)。

3.1.4 鋼筋籠制作與吊裝

鋼筋籠制作：鋼筋籠主筋直徑為12mm，用焊接方式進行連接。在鋼筋籠外側(cè)設(shè)置墊塊，用來控制保護層的厚度。在制作完成后，應檢查長度、寬度、厚度、主筋間距、箍筋間距的安裝精度。以主筋間距和箍筋間距為例，其偏差分別不超過±10mm、±20mm。

鋼筋籠吊裝：地下連續(xù)墻的鋼筋籠較大，因此設(shè)置100t主鉤和80t副鉤，主鉤吊點為2個，副鉤吊點為4個。在水平吊運階段，主、副鉤同時起吊，待其達到足夠高度，并且位于槽段上方時，提升主鉤，同時緩慢放松副鉤，將其調(diào)整為垂直姿態(tài)[5]，用人工輔助的方式下降鋼筋籠下放至槽段內(nèi)，達到設(shè)計標高后，將鋼筋籠固定在導墻上。地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝方案如圖3所示。

3.2 水平支撐結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應用要點

3.2.1 水平鋼支撐設(shè)計和安裝要點

鋼支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計：將鋼支撐水平安裝在兩側(cè)地下連續(xù)墻的墻體上，其中一端屬于固定端，另一端為活動端，通過調(diào)節(jié)活動端施加足夠的支撐軸力。地下連續(xù)墻之間的距離存在一定的偏差，因此為了保證鋼支撐安裝的靈活性，將其結(jié)構(gòu)設(shè)計為3個部分，分別為三角撐托架、鋼管以及各種附屬組件[6]。地下連續(xù)墻的墻體上預埋有鋼板，在水平鋼支撐的固定端，將鋼管放置在預埋件上。在鋼支撐的活動端，通過鋼楔嵌固預埋件和活絡(luò)頭，以此實現(xiàn)連接。

鋼支撐安裝要點：以設(shè)計圖紙為依據(jù)，按照鋼支撐的水平間距設(shè)置預埋鋼板，并且在鋼板上安裝牛腿，通過三角形支撐托架對牛腿進行加固。完成這個工序后，即可吊裝鋼管支撐。將鋼管的固定端放置在牛腿上，活動端頂在預埋件上，利用千斤頂向鋼管施加預壓力。當預壓力達到設(shè)計要求后，將鎖緊片設(shè)置在伸縮頭間，取下千斤頂。在水平鋼支撐安裝結(jié)束后，應檢查其水平度是否滿足要求。

3.2.2 混合支撐體系軸力監(jiān)測

該項目支撐體系由鋼筋砼支撐和鋼支撐組成，屬于混合支撐體系。在基坑開挖過程中，應該監(jiān)測支撐體系的軸力，保證其始終處于合理范圍。以2號線混合支撐體系為例，可通過應變計監(jiān)測鋼筋砼支撐的軸力，再利用監(jiān)測值換算混凝土支撐軸力，計算過程如公式（2）所示。

（2）

式中：P1為鋼筋砼支撐的軸力；Ec為混凝土的彈性模量；Es為鋼筋的彈性模量；Ac為混凝土的有效截面積；As為鋼筋的有效截面積；k為頻率調(diào)節(jié)系數(shù)；F0為應變計的初始頻率；Fi為應變計第i次測量的實際頻率?？衫霉剑?）計算鋼支撐的軸力。

P2=K×（fi2-f02） （3）

式中：P2為水平鋼支撐的軸力；K為軸力計的靈敏度系數(shù)；f0為軸力計的初始頻率；fi為軸力計第i次測量的實際頻率。

采用公式（1）、公式（2），對2號線三道水平支撐在不同開挖階段的軸力進行計算，結(jié)果見表6。從結(jié)果可知，在深基坑開挖的4個階段，鋼筋砼支撐和鋼支撐的最大軸力均未超過允許軸力，滿足安全性要求。

4 結(jié)論

本項目是地鐵深基坑工程，支護體系采用地下連續(xù)墻+水平內(nèi)支撐，研究過程重點分析了支撐結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)要點，得出以下基本結(jié)論。

由于地鐵站點位于城市核心區(qū)，為了盡可能減少對周邊交通和環(huán)境的影響，因此支護結(jié)構(gòu)采用豎向的地下連續(xù)墻。設(shè)置水平支撐可進一步提高地下連續(xù)墻的抗彎矩性能，提高支護體系的穩(wěn)定性。

地下連續(xù)墻的關(guān)鍵施工工序包括導墻、成槽、清槽、鋼筋籠安裝、混凝土澆筑。在作業(yè)過程中可利用泥漿循環(huán)技術(shù)保護槽壁，同時完成清渣。水平內(nèi)支撐分為兩種結(jié)構(gòu)體系，分別為鋼筋砼支撐和鋼支撐。此次研究重點分析了鋼支撐的施工技術(shù)要點，包括結(jié)構(gòu)組成和安裝方法，施工時應嚴格控制器軸力。

參考文獻

[1]寧桃.深基坑支護施工技術(shù)在土建工程施工中的應用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2024（17）：121-123.

[2]張國威.復雜周邊環(huán)境下的深基坑支護及開挖施工技術(shù)優(yōu)化[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2024（10）：179-181.

[3]劉杰，李紹菁.深基坑支護施工技術(shù)在港口建筑基礎(chǔ)工程中的應用[J].中國儲運，2024（5）：121-122.

[4]陳華.建筑工程中的深基坑支護施工技術(shù)—以北京市門頭溝區(qū)采空棚戶區(qū)改造項目為例[J].房地產(chǎn)世界，2024（8）：125-127.

[5]周群.建筑工程深基坑支護施工關(guān)鍵技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2024，51（4）：162-164.

[6]程先起.復雜環(huán)境地鐵車站工程深基坑支護施工技術(shù)研究[J].工程機械與維修，2024（4）：59-61.