建筑工程基坑支護施工關鍵技術探究

王井來

上海住陸建設集團有限公司 上海 201204

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，各地摩天大樓突破天際的同時，也在不斷深挖地下空間。在建設地下空間時，不可避免會涉及到基坑支護的施工?；庸こ虒ㄔO項目的造價有直接經(jīng)濟影響，基坑工程的個體性決定基坑施工沒有統(tǒng)一的模板，施工中的不確定因素極易導致生產(chǎn)安全事故的發(fā)生，造成不良社會影響。有針對性的做好基坑工程的施工管理和施工技術控制，可創(chuàng)造經(jīng)濟效益和社會效益雙贏的局面?，F(xiàn)結合具體的工程項目，分析其基坑支護的方案及施工技術的應用情況[1]。

2 項目概況

2.1 建設概況

該項目位于蘇州常熟市，項目由6幢住宅樓、一層地下室及附屬建筑組成，地下建筑面積20123.47m2，總建筑面積87368.25m2。該項目圍護面積約16759.4m2，圍護周長約704.4m，基坑典型開挖深度6.55m，局部坑中坑9.60m?；影踩燃壎?。

2.2 項目周邊環(huán)境

基坑外側(cè)距紅線較近，大開挖后無施工道路，項目東側(cè)為市政主干道，不能占用，南側(cè)為已建建筑，其余側(cè)為河道。

圖1 該項目基坑周邊現(xiàn)狀

3 基坑開挖及支護工程要求

3.1 地質(zhì)條件要求

根據(jù)本項目地質(zhì)勘察報告，場地內(nèi)的潛水主要賦存于淺部層根蟲孔隙中。承壓水賦存于粉砂層⑦-層⑩中，主要接受徑流及越流補給，對本工程施工影響不大。

根據(jù)本項目地質(zhì)勘察報告，除層①為新近堆積土外，其他各土層主要為Q4～Q3土層。

3.2 施工技術要求

本項目±0以下施工時可利用場地很少，基坑周邊無環(huán)通施工道路。如何保證施工順暢且兼顧基坑支護造價經(jīng)濟和安全，對施工組織方面和技術方面提出了較高要求。

本項目初步圍護方案為采用鋼筋砼鉆孔灌注樁+拉森鋼板樁圍護，無支撐，僅正對出入口處設置一道棧橋。根據(jù)項目周邊現(xiàn)狀及施工實際情況，該基坑方案并不理想。棧橋?qū)挾瓤梢詽M足砼施工要求，但并未有效解決施工中的鋼筋、木工制作場地、砼泵車架設場地缺乏問題。同時局部地區(qū)距離紅線外側(cè)河道距離超過17m，可以充分加以利用。結合相鄰項目的經(jīng)驗及建設單位預售節(jié)點時間，經(jīng)討論后提出幾條想法。

①將棧橋取消，棧橋位置土方暫不開挖，利用天然土體作為基坑長邊的中間支撐。該預留位置位于地下車庫處，不影響號樓的建設，對建設單位的預售節(jié)點有保證。預留土體位置寬度較寬，可以利用西側(cè)作為鋼筋、木工堆場及加工場。調(diào)整土方開挖方案，從兩側(cè)向中間推進，利用預留土體的東側(cè)作為土方運輸?shù)缆芳绊疟密嚰茉O場地。既解決了施工場地問題，又增加施工面，使土方開挖進度得以提前。

②根據(jù)重點部位重點支護，一般部位一般支護的原則，根據(jù)土質(zhì)及周邊的環(huán)境采用不同的支護形式進行優(yōu)化。

③根據(jù)地質(zhì)勘察報告及相鄰工地的經(jīng)驗，僅對于場地西南角存在的古河道處進行局部降水，局部深坑位置根據(jù)開挖后情況決定是否需要降水。

④根據(jù)現(xiàn)場情況及支護類型確定塔吊基礎采用鉆孔灌注樁格構式基礎形式，與基坑支護無沖突。

經(jīng)多次討論，最終審圖通過的支護設計定稿為：基坑東、北側(cè)采用拉森鋼板樁+放坡錨噴、大放坡錨噴支護；基坑西側(cè)采用拉森鋼板樁+放坡錨噴支護，局部淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土較厚處采用鉆孔灌注樁+放坡錨噴、重力式擋墻+放坡錨噴支護；已建開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、基坑南側(cè)采用鉆孔灌注樁進行保護，基坑南側(cè)局部淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土較厚處采用雙排鉆孔灌注樁，樁間采取掛網(wǎng)噴漿支護。

4 基坑支護施工技術

4.1 基坑支護

本項目的支護形式種類較多，根據(jù)不同種類支護形式的特性確定其施工順序為：鉆孔灌注樁→水泥土攪拌樁（重力壩）→冠梁及壓頂→拉森鋼板樁→土方開挖→護坡及樁間掛網(wǎng)噴漿。

4.1.1 鉆孔灌注樁施工

鉆孔灌注樁施工工藝成熟、側(cè)向剛度大，廣泛應用在支護結構中，是一種常見的支護方式，對控制基坑變形、避免坑壁坍塌有較好效果[2]。

1）測量定位。測量定位選用全站儀。在測定樁位前，先根據(jù)測量成果表復核基點，閉合測量。

2）埋設護筒。鉆孔灌注樁的護筒作用是保護孔口、隔離松散土體、防止孔口塌陷、控制定位、標高。護筒采用壁厚3-5mm鋼制護筒，直徑應大于樁徑10cm，護筒埋設應穩(wěn)定牢固。

3）泥漿制備。鉆孔形成時，泥漿使用得當可以抑制變形的產(chǎn)生。本項目泥漿制備就地采用粘土造漿，泥漿的性能指標見表1。

表1 泥漿性能指標控制表

4）樁機就位。樁機就位的同時連接好泥漿循環(huán)系統(tǒng)。

5）成孔。本項目采用正循環(huán)鉆進方法，開鉆宜輕壓慢轉(zhuǎn)，臨近終孔前放慢鉆進速度以便及時排出土屑，減少孔底沉渣。

6）清孔。清孔是鉆孔灌注樁施工非常重要的一道工序，清孔質(zhì)量的好壞直接影響水下砼灌注及樁身質(zhì)量。在鉆進到設計深度時，應減緩鉆進速度，使土層顆粒充分水化分散。第一次清孔在成孔結束時不提鉆慢轉(zhuǎn)清孔，時間一般控制在30分鐘的左右，第二次清孔是在鋼筋籠和導管安放到位后進行。

7）鋼筋制作及安放。①鋼筋的規(guī)格、型號應復核圖紙要求，并選用質(zhì)保資料齊全的產(chǎn)品，鋼筋進場后及時復檢。鋼筋籠安放前應會同監(jiān)理驗收并辦理隱蔽工程驗收記錄。②按圖紙加工制作鋼筋籠，鋼筋籠分段施工時鋼筋接頭應錯開連接。提前預制ф100的帶孔砼墊塊，在鋼筋籠制作時穿過主筋，沿鋼筋籠水平方向設置四塊，墊塊縱向間距3m。③采用汽車吊配合鋼筋籠緩慢入孔。鋼筋籠起吊安裝時，不得拖拽鋼筋籠，以免變形。鋼筋籠采用2根吊筋固定，吊筋長度根據(jù)機臺標高及籠頂標高計算確定，焊接在鋼筋籠上部，然后懸掛固定。

8）砼灌注施工。①放置導管，導管底端至孔底距離約0.3～0.5m。砼首次灌注作業(yè)，宜采用灌斗，一般采用球膽作為隔水塞。灌斗容量應確保砼灌入后導管埋入深度不小于1m。砼灌注應連續(xù)性進行，應始終確保導管埋在砼中不小于2m，嚴禁將導管提出砼面。②砼灌注至樁頂時應確保超灌長度不小于設計要求方可完成灌注。若超灌高度不足導致樁頂標高不到位，需進行處理，超過量過多不經(jīng)濟、不環(huán)保，采用灌注樁超灌控制儀可避免上述問題。③及時做好砼試塊留置工作，每根樁一組。

4.1.2 拉森鋼板樁施工

本項目采用IV型拉森鋼板樁，長度12m，在支護冠梁、壓頂完成后土方開挖前施工。本項目地勘報告顯示層④粘土層強度高，較難穿透，故需引孔后施工。

1）定位。引孔前，采用全站儀進行定位，計算出拉森樁分段施工的起終點坐標，帶通線。2）引孔。引孔深度不宜與樁同深，引孔深度過深導致鋼板樁嵌入部位土體缺失，密實度降低，會增大鋼板樁的位移。引孔采用直徑400的長螺旋鉆機，引孔間距600，按鋼板樁施工順序依次引孔。3）沉樁。就位后先采用弱震方式使鋼板樁入土，再正常錘打。第一、二根鋼板樁的打設位置和方向要確保精度，使其起導向樣板的作用。先期沉入的樁相互間應焊接固定，避免引起拖帶沉降。4）轉(zhuǎn)角和封閉。拉森樁的轉(zhuǎn)角采用特殊轉(zhuǎn)角鋼板樁進行封閉。5）鋼板樁拔除。拔樁的振動影響，以及樁身帶土過多會造成地面沉降和位移，會影響鄰近原有建筑物、構筑物或地下管線的安全。對拔樁后留下的樁孔，必須及時砂石回填處理。并注意周邊土體變形情況，必要時可向樁孔內(nèi)灌注水泥砂漿。

4.2 基坑降、排水

根據(jù)地勘報告及相鄰工程的情況，本項目僅針對性對基坑西南角的古河道進行管井降水。實際開挖后，古河道處降水效果明顯，其他部位未見地下水。

基坑四周設置排水溝，疏排雨水及地表流水。排水溝采用ф300排水管沿縱向剖開使用，埋設與壓頂平。雨水收集至雨水池作為沖洗設備用水，沖洗后排放至沉淀池，重復利用，最后經(jīng)三級沉淀后排放至市政管網(wǎng)。

4.3 基坑開挖

1）挖土思路。本項目取消棧橋后，利用基坑中部的天然土體作為施工操作面，土方開挖期間該土體作為出土的主要道路。

基坑土方開挖應嚴格遵循“分層、分塊、對稱開挖”的原則，嚴禁一次開挖過深。預留B區(qū)塊作為土方開挖初始階段的出土道路，A、C區(qū)塊向B區(qū)塊方向同時開挖，最后從西向東開挖B區(qū)塊土方，所有土方全部外運。各區(qū)塊根據(jù)結構后澆帶位置共劃分為13個施工段，如圖組織流水施工。

2）土方開挖原則。①土方開挖前鉆孔灌注樁、攪拌樁、冠梁、壓頂?shù)冗_到設計強度要求，古河道降水至開挖面以下0.5m。② 土方開挖高差不得大于2.0m，淤泥質(zhì)土層不得大于1.0m，以防土體的局部坍塌造成結構樁位移破壞，嚴禁擾動基底原狀土。③土方開挖至基坑底面標高以上20cm處，應人工開挖至基底，不得超挖?；淄馊O置排水溝，加強施工期間明水引排，避免土體被水浸泡。④土方開挖期間，禁止挖土機械在已開挖區(qū)域坡頂上行走，以免造成支護結構破壞；土方開挖及地下結構施工期間，基坑四周嚴禁堆土且控制地面堆載＜15Kpa.⑤委托專業(yè)單位實施基坑監(jiān)測，實施信息化施工，隨時預報，及時處理。并把獲得的信息 通過修改調(diào)整設計反饋到施工中去，以指導施工，確?；影踩玔2]。

圖2 土方開挖流程圖

3）土方開挖。土方開挖分2層進行開挖。第1層開挖至冠梁底標高，即開挖至-2.8m標高。第2層土方至坑底，即-7.35m。

挖土時不得超挖，必須做到快挖快覆砼，無墊層暴露面積不宜大于200m2，以減少土體蠕變引起的圍護變形。

4.4 護坡施工

護坡施工跟隨土方開挖進度隨挖隨護，護坡應分層，分段，自上而下逐層施工，上層噴射砼面層達到設計強度的80%后方可開挖下層土。

護坡同一分段內(nèi)噴射順序應自下而上。其施工工序為：土方分層開挖→噴射砼面層→鋼筋網(wǎng)鋪設→噴射砼面層。

5 基坑支護施工質(zhì)量控制

5.1 鉆孔灌注樁

1）坍孔處理。在砂土層鉆孔時應嚴格控制進尺速度，并用調(diào)整泥漿的相對密度、粘度、膠體率等。

清孔過程中控制孔內(nèi)水頭高度，供漿或供水管不應直接插入孔中，應通過泥漿池減速并調(diào)成稀漿后流入孔中，避免直接沖刷孔壁。

吊放鋼筋骨架時應沿孔中心垂直放入，防止鋼筋觸碰孔壁。

2）清孔。對不同的地質(zhì)條件應取不同的清孔后的泥漿稠度。成孔后迅速清孔，不得停歇過久使泥漿、鉆渣沉渣增多造成清孔困難甚至坍孔，清孔后及時澆注水下砼。抽換泥漿速度不能太快，以防泥漿含砂率過大，沉淀層厚度大于設計要求。

3）水下砼灌注。灌注樁的灌注過程是在水下完成的，質(zhì)量控制難度較大，施工不當極易產(chǎn)生斷樁等質(zhì)量缺陷，因此需要特別注意以下幾點：①導管底端至孔底距離約0.3-0.5m，澆注過程中應避免導管口高于已灌砼。②首次灌注砼量應經(jīng)過計算確定，確保首灌量能超過導管口，澆灌砼需連續(xù)作業(yè)。一般采用隔水栓或球膽封閉灌斗，球膽應能及時上浮并取出。③灌注過程中導管應始終埋入砼內(nèi)不小于2m，一次提管拆管不得超過6m。

5.2 水泥土攪拌樁

攪拌樁施工時通過檢查水泥漿液的比重來控制水灰比，檢查數(shù)據(jù)要實施記錄并報監(jiān)理驗收。前臺通過控制攪拌桿的入土深度和鉆進下沉、提升速度來控制漿液的注入量。

5.3 基坑外土體變形裂縫處理

基坑開挖過程中，因支護結構水平位移繼而造成土體沉降裂縫發(fā)生，若雨水進入裂縫將降低土體抗剪強度，造成支護穩(wěn)定性變差，故需及時對基坑邊裂縫進行處理。一般采用灌注水泥漿的方式進行填縫，該方法適用于裂縫深度較淺的部位。對于較深的裂縫可采取壓力注漿的方式填縫，注漿壓力一般為0.3-0.5MPa，如有地面隆起或其它不利狀況出現(xiàn)，應及時減小注漿壓力，確保基坑周邊環(huán)境安全。

6 結論

本項目經(jīng)圍護設計單位計算、優(yōu)化后，采用了多種組合形式的支護結構。實際開挖后，基坑最大變形值均發(fā)生在鋼板樁處，水平位移最大值37mm，地表沉降最大值23mm，變形值符合設計要求，周邊道路、管線、建筑物未受影響。本基坑施工安全無事故、質(zhì)量優(yōu)良，達到了設計預期要求[3]。

取消棧橋采取以上措施后相對原方案節(jié)約經(jīng)濟成本約400萬元，提前工期20天，項目按時預售、資金回籠及時，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

綜合以上分析，本項目的基坑支護方案較為成功，技術上達到了設計目標，施工工期、經(jīng)濟效果顯著[3]。本基坑因地制宜選擇支護類型，合理優(yōu)化施工順序、施工方法，可以為類似工程起到參考和借鑒作用。