深基坑支護(hù)施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用研究

0 引言

自改革開放以來，我國的經(jīng)濟(jì)實力得到了質(zhì)的飛躍，人們對生活條件的需求也在與日俱增，這標(biāo)志著我國迎來了快速發(fā)展階段。而在城市建設(shè)過程中，超高層大樓建筑的占比也在日益增長，相較于其他類型的建筑施工而言，由于超高層大樓具有一定的特殊性，因此在施工的過程中更要注重合理地運(yùn)用各類現(xiàn)代化施工技術(shù)開展施工作業(yè)，以確保施工的順利開展。而在此類建筑的施工過程中，深基坑支護(hù)施工技術(shù)則是用來加固基坑強(qiáng)度，保證基坑周邊安全，預(yù)防各類施工安全事故的有力舉措，因此在高層建筑施工過程中尤其重要。相較于傳統(tǒng)基坑支護(hù)技術(shù)而言，由于基坑深度更大，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求更高，因此無論在施工規(guī)劃層面還是在技術(shù)層面都有著較大的差距。通過對國內(nèi)外相關(guān)深基坑支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，其他研究中針對深基坑支護(hù)中的重力式擋土結(jié)構(gòu)研究較少，理論基礎(chǔ)相對薄弱，如果未能建立起針對重力式擋土結(jié)構(gòu)的全面認(rèn)知，那么就會極大地影響深基坑支護(hù)施工質(zhì)量，影響整體施工效率。在這樣的背景下，本文通過結(jié)合前人的研究成果，結(jié)合日常施工作業(yè)經(jīng)驗，提出了一種創(chuàng)新型深基坑支護(hù)施工技術(shù)，以期能夠達(dá)到為相關(guān)從業(yè)者提供理論參考和實踐依據(jù)的目的。

1 創(chuàng)新型深基坑支護(hù)施工技術(shù)設(shè)計概述

1.1 建筑工程土壓力計算

建筑工程土壓力的計算是整個深基坑支護(hù)施工的基礎(chǔ)，毫不夸張地說，土壓力的計算結(jié)果直接影響了深基坑支護(hù)施工的質(zhì)量，并對支護(hù)效果、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響，因此首先需要對土壓力進(jìn)行計算，來確保后續(xù)支護(hù)施工的正常進(jìn)行?；诖耍疚脑谟嬎氵^程中，主要通過利用庫侖土壓力理論作為理論參考，并通過結(jié)合重力式擋土墻的土壓力與柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)自身剛度來完成計算過程。為了更加快速精確地得出結(jié)果，首先應(yīng)考慮土體周邊環(huán)境，由于在不同環(huán)境和不同種類的土體中，側(cè)向土壓力具有較大的差異，固采用相同計算方法所涉及的支護(hù)結(jié)構(gòu)可能無法滿足其他種類的土體要求，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此首先要明確土體性質(zhì)，并對深基坑做一定的處理，確保土體表面的光滑和平整，并將土壓力分為主動和被動兩個方面。最終根據(jù)朗肯土壓力理論，計算主動土壓力的系數(shù)，計算所用公式詳見公式（1）：

在公式（1）中，Ka主要用于表示深基坑主動土壓力系數(shù)；φ則用來表示土壓力中內(nèi)摩擦角的取值。通過測量和計算，最終得出深基坑主動土壓力系數(shù)，在此基礎(chǔ)上開展后續(xù)的計算工作，從而獲取深基坑支護(hù)施工主動土壓力強(qiáng)度，計算所用公式詳見公式（2）：

在公式（2），pa表示了深基坑支護(hù)施工主動土壓力強(qiáng)度，c則用來表示支擋結(jié)構(gòu)土體的黏聚力；a1表示深基坑土體的自重應(yīng)力系數(shù)。當(dāng)c發(fā)生穩(wěn)定變化時，深基坑擋土單位寬度內(nèi)的土壓力計算見公式（3）：

在公式（3）中，Ea表示深基坑擋土單位寬度內(nèi)的土壓力；γ表示深基坑的有效豎向自重應(yīng)力系數(shù)，H則表示支擋結(jié)構(gòu)土體的高度值。在計算Ea的過程中，不但需要考慮支擋土體結(jié)構(gòu)的豎向自重應(yīng)力的具體數(shù)值，還要考慮到墻背與土間的摩擦角的數(shù)值變化，在深基坑土體接觸面具有傾斜角的情況下，應(yīng)該及時調(diào)整支擋結(jié)構(gòu)作用的土體滑裂面，以確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確。設(shè)計深基坑土壓力計算示意圖如圖1所示。

圖1 深基坑土壓力計算示意圖

在無地面超載的情況下，主動土壓力會以三角形分布的形式呈現(xiàn)，因此就可以充分利用圖解法中合力作用點原理，來計算建筑工程深基坑土壓力，計算公式見公式（4）：

在公式（4）中，Kq表示深基坑土壓力；q則表示庫侖系數(shù)；β表示深基坑與地面土體結(jié)構(gòu)之間的夾角；α表示深基坑與墻背外法線夾角。而在實際對深基坑土壓力進(jìn)行計算的過程中，為了使計算結(jié)果更加精確，更加符合工程需要，就需要實時對支擋結(jié)構(gòu)與土體之間的拉力進(jìn)行檢測，并根據(jù)其變化，適當(dāng)調(diào)整基坑與地面土體結(jié)構(gòu)之間的夾角β。

1.2 選擇合適的支護(hù)土釘

在建筑施工的過程中，利用土釘進(jìn)行支護(hù)是一種常用的支護(hù)方案，這些支護(hù)土釘主要通過加固基體結(jié)構(gòu)，并通過錨固原位土體等方式維持基體穩(wěn)定，從而滿足后續(xù)的施工需要，在施工過程中通常需要根據(jù)施工需求以一定的傾斜角度鉆孔，然后將鋼筋放入孔內(nèi)，再利用注漿的方式使其形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，利用土釘進(jìn)行連接，從而達(dá)到加固的效果。在整個深基坑支護(hù)過程中，除了鋼筋以外，支護(hù)土釘就是整個支護(hù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，因此選擇合適的支護(hù)土釘同樣對施工結(jié)果有著重要影響。為了使支護(hù)土釘能夠滿足施工需要，首先要計算深基坑土壓力，并根據(jù)壓力的具體數(shù)值來選擇支護(hù)土釘。同時在選擇的過程中，除了要考慮基坑本身的土壓力以外，地基位置、地下水水位，土體種類等都是重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，只有全面考慮這些環(huán)境因素，支護(hù)土釘?shù)膶嶋H效果才會更加理想。在開挖的過程中，施工人員還要實時對斷面進(jìn)行測量并進(jìn)行核驗，如果遇到斷面平面位置和坡面不滿足支護(hù)施工需要，還要對其進(jìn)行修正，保持邊坡坡面的平整，坡度能夠符合設(shè)計要求。而在后續(xù)施工作業(yè)的過程中，還需要在土體上方進(jìn)行鉆孔，并在開挖后八小時以內(nèi)將土釘安放完畢，如果遇到特殊天氣條件等惡劣條件時，應(yīng)在開挖后兩小時以內(nèi)完成土釘?shù)陌卜?，以此提高穩(wěn)定性，對于成孔過程中出現(xiàn)的碎屑，應(yīng)使用氣洗等手段進(jìn)行清理，在使用氣洗的過程中，還要控制壓力在適度的范圍之內(nèi)，一般以0.3MPa左右為宜，這樣能夠避免因氣洗而導(dǎo)致的孔隙增大，而影響支護(hù)效果。本文所涉及的創(chuàng)新型深基坑支護(hù)技術(shù)主要采用的為MTB362型號的熱軋鋼筋，其具有良好的承載能力和穩(wěn)定性，能夠滿足深基坑的支撐需要。而土釘?shù)慕嵌葢?yīng)控制在5~35°范圍內(nèi)，可這樣可以使土釘和周邊土體形成更為緊密的結(jié)構(gòu)整體，從而提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，另外還應(yīng)該適當(dāng)增大土釘?shù)目讖?，以此確保土釘對坑底土層具有較為優(yōu)異的承載能力。在明確了土釘與深基坑土體之間作用力的情況下，就可以通過機(jī)械施工的形式，垂直打入支護(hù)土釘，來維持深基坑內(nèi)部土體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。將土釘外部與鋼筋相連接，以此來設(shè)置土釘?shù)幕瑒用?，從而在外部荷載的條件下，為深基坑內(nèi)側(cè)提供拉力，保證穩(wěn)定性。在實際施工的過程中，施工人員還應(yīng)該根據(jù)深基坑的具體深度，來調(diào)節(jié)土釘最大拉力的分布情況，結(jié)合深基坑內(nèi)部的具體情況，控制土釘?shù)乃阶饔昧ΑＳ捎谕玲數(shù)闹ёo(hù)拉力與打入的方向及力度具有一定的關(guān)聯(lián)性，因此還需要結(jié)合建筑施工的整體需要，來計算深基坑支護(hù)土釘?shù)睦?，深基坑支護(hù)土釘?shù)睦τ嬎愎揭姽剑?）：

在公式（5）中，Pk表示第k層土釘在深基坑中土壓力標(biāo)注值；Sj則表示土釘在j層深基坑土體中的水平間距。通過計算，獲取支護(hù)土釘?shù)睦Γ源藖頋M足后續(xù)施工作業(yè)需要。

1.3 預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)面層的設(shè)計概述

在選擇合適的支護(hù)土釘之后，還需要結(jié)合支護(hù)土釘?shù)睦?shù)值，來設(shè)計深基坑預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)面層。支護(hù)面層是用來承擔(dān)無承載土體水平荷載的一種支撐結(jié)構(gòu)，它通過將這些荷載進(jìn)行傳遞，分?jǐn)偟筋A(yù)應(yīng)力錨桿之中，從而對深基坑的土體起到防護(hù)作用，保證基坑本身的穩(wěn)定性，其結(jié)構(gòu)主要由。而在本次設(shè)計中主要采用了噴射的方式來對深基坑混凝土面層進(jìn)行處理。在噴射面層的過程中，需要將混凝土的厚度維持在125~265mm范圍內(nèi)，并通過密集鋪設(shè)鋼筋，加厚混凝土的面層的方式，減少噴射所需混凝土的整體數(shù)量，來達(dá)到節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。同時還需要將錨桿下部的承載結(jié)構(gòu)部分與混凝土面層建立連接，進(jìn)行噴射混凝土深度的調(diào)節(jié)，以此來保證混凝土支護(hù)面層的憑證?？紤]到預(yù)應(yīng)力錨桿下部承載結(jié)構(gòu)具有較大的剛度，因此深基坑的深度還要能夠滿足整體施工需要，即具有一定的深度，這樣能夠使深基坑與無承載土體之間貼合緊密，從而提高支護(hù)效果。并在錨桿上施加一定的預(yù)應(yīng)力，這樣能夠在一定程度上減小建筑支擋結(jié)構(gòu)的位移距離，從而促使深基坑坑底支擋結(jié)構(gòu)荷載力相對平穩(wěn)均衡，進(jìn)而形成無障礙空間。由于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體之間具有一定的相互作用，還需要在支護(hù)面層中間設(shè)置排樁平鋪，提供充足的抗拔力，避免因支護(hù)施工而對深基坑內(nèi)部的土體環(huán)境產(chǎn)生較大的影響和破壞。另外還要在深基坑表面鋪設(shè)規(guī)則形狀的木板，提高支護(hù)面層在土體上的覆蓋面積，增加荷載的傳力面積，避免由于荷載力過大而導(dǎo)致的錨桿下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形。需要注意的是在前層的支護(hù)土釘注漿操作結(jié)束至少48小時之后，并在面層噴射完畢后才可進(jìn)行后續(xù)的土釘工作，完成土釘注漿操作，這樣能夠最大限度地發(fā)揮支護(hù)土釘?shù)闹涡Ч?，從而達(dá)到深基坑支護(hù)施工的需求。

2 通過實驗驗證創(chuàng)新型深基坑支護(hù)技術(shù)的可行性

為了進(jìn)一步驗證本文提出的創(chuàng)新型深基坑支護(hù)技術(shù)的可行性和實際作用，因此設(shè)計并完成了如下試驗進(jìn)行測試。本次試驗主要以某市市區(qū)范圍內(nèi)XXXX高校宿舍樓作為擬建建筑，通過分析其周邊環(huán)境，并分析創(chuàng)新型深基坑支護(hù)技術(shù)與傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)在相同條件下的抗拔力來分析創(chuàng)新型深基坑支護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢。該高校宿舍樓地面高差相對較大，地表標(biāo)高維持在352.34~455.68mm區(qū)間內(nèi)，深基坑的地表規(guī)格如表1所示。

表1 高校宿舍樓深基坑地表規(guī)格表

根據(jù)表1中有關(guān)高校宿舍樓審計坑地表規(guī)格表中的數(shù)據(jù)，獲取到深基坑附近區(qū)域的環(huán)境分布情況。考慮到深基坑附近環(huán)境較為復(fù)雜，施工難度相對較大，因此在制定深基坑支護(hù)施工方案時，不但要最大限度地確保施工效率，還要盡可能地降低施工噪聲，固采用垂直支護(hù)方法，制定支護(hù)施工方案。將本文中所提出的創(chuàng)新型深基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用到這所高校的宿舍樓當(dāng)中時，就要設(shè)置深基坑錨桿的摩阻力指標(biāo)，并隨機(jī)選擇規(guī)格、長度不一的六根錨桿作為研究對象，對錨桿進(jìn)行抗拔測試，以此來檢驗創(chuàng)新型深基坑支護(hù)施工技術(shù)的抗拔力。為了能夠更好地記錄試驗結(jié)果，固將錨桿按照次序依次分為①-⑥，并將本次的抗拔測試試驗結(jié)果與傳統(tǒng)深基坑支護(hù)技術(shù)的測驗結(jié)果進(jìn)行對照，以此來判斷創(chuàng)新型深基坑支護(hù)技術(shù)的時效性，具體對比結(jié)果見表2。

表2 創(chuàng)新型深基坑支護(hù)施工技術(shù)與傳統(tǒng)深基坑支護(hù)技術(shù)抗拔力測驗對比

根據(jù)表2中具體數(shù)值的對比可知，在具有相同長度和摩阻力、外部環(huán)境的條件下，采用創(chuàng)新型深基坑支護(hù)設(shè)計技術(shù)后，深基坑支護(hù)的抗拔力較大，與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比，支護(hù)效果更好，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，這對于高層建筑而言有著重要意義，這也直接說明了創(chuàng)新型深基坑支護(hù)施工技術(shù)在實際施工過程中的有效性。

3 結(jié)語

隨著高層建筑施工需求的不斷提高，深基坑支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用前景也在逐漸增大，對支護(hù)效果、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求也與日俱增。因此，在這樣的背景下，針對現(xiàn)有的深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新研究具有重要意義。本文中所提到的創(chuàng)新型深基坑支護(hù)技術(shù)相較于傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)而言，不但在抗拔力測驗中表現(xiàn)出了更為優(yōu)異抵抗拔力，同時在一定程度上提高了深基坑本身的支護(hù)效果，有助于提高建筑施工效率，杜絕施工安全事故。而在未來的建筑發(fā)展過程中，隨著BIM技術(shù)、和各類先進(jìn)施工技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用，深基坑支護(hù)施工技術(shù)還將得到進(jìn)一步的發(fā)展與提升，屆時高層建筑施工將會更加高效，安全性、可靠性也會有巨大的提升。