新型深基坑工程結(jié)合排樁支護(hù)技術(shù)分析

莊小杰，劉洪剛，劉江，周剛，陳烈(中國(guó)建筑一局（集團(tuán)）有限公司，北京 100161)

1 引言

為滿足日益增長(zhǎng)的市民出行、軌道交通換乘、商業(yè)、停車等功能需要，在用地愈發(fā)緊張的密集城市中心，結(jié)合城市建設(shè)和改造開(kāi)發(fā)大型地下空間已成為一種必然，如地鐵及地下車站的擴(kuò)建改造、地下綜合交通樞紐等。這些深大基坑常常緊鄰交通干線、地鐵隧道及各種地下管線，施工場(chǎng)地緊張，周邊施工條件復(fù)雜，深基坑工程變形控制難度越來(lái)越大。在深基坑工程中，排樁支護(hù)是一種有效的支護(hù)形式，但是在緊鄰交通干線、已建工程等復(fù)雜外部條件下的深基坑工程中，單獨(dú)使用排樁等支護(hù)形式無(wú)法完全滿足基坑支護(hù)的需要，在特定區(qū)域內(nèi)，錨索因其超越紅線限制使用的問(wèn)題無(wú)法結(jié)合排樁進(jìn)行支護(hù)加強(qiáng)，而傳統(tǒng)的水平內(nèi)支撐因其工藝繁瑣，占用基坑內(nèi)空間等弊端，并不是最優(yōu)選擇。本文介紹兩種創(chuàng)新的基坑支護(hù)技術(shù)，通過(guò)兩種新型體系結(jié)合排樁對(duì)深基坑支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)。

目前國(guó)內(nèi)部分地區(qū)采用了基坑鋼斜撐支護(hù)形式，鋼斜撐具有布置靈活，可拆卸循環(huán)利用，且?guī)缀醪徽加没觾?nèi)空間，對(duì)基坑內(nèi)施工影響小，在緊鄰城市主干道情況下，是一種可靠、綠色的支護(hù)形式，但是目前國(guó)內(nèi)外技術(shù)存在鋼斜撐下方施工困難、防水處理難等弊端，需對(duì)目前鋼斜撐技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)提升。為解決以上問(wèn)題，創(chuàng)新研究出高支墩反拉式鋼斜撐施工技術(shù)，由鋼斜撐、抬升支座體系及反拉裝置組成新型鋼斜撐體系，通過(guò)抬升鋼斜撐支座高度，設(shè)置于結(jié)構(gòu)底板之上，增大斜撐下方施工操作空間，易于大型機(jī)械的施工操作，大大降低鋼斜撐與結(jié)構(gòu)交接處防水處理的難度，同時(shí)利用鋼絲繩（或型鋼）等反拉體系將斜撐支座位置受到的一大部分力傳遞到結(jié)構(gòu)底板，更好地實(shí)現(xiàn)支護(hù)體系的受力平衡。

傳統(tǒng)樁錨支護(hù)中錨索鎖定在設(shè)置于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的腰梁上，自由段長(zhǎng)度不小于5m，錨固段長(zhǎng)度為15～30m 不等，錨索全長(zhǎng)設(shè)置在基坑以外的土體中，往往使得錨索延伸范圍超越本工程用地紅線，對(duì)紅線外相鄰工程施工形成障礙而被限制使用。本技術(shù)通過(guò)采用基坑支護(hù)桁錨支撐技術(shù)形成整體性的桁架結(jié)構(gòu)，利用立柱樁、鋼立柱、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和桁架橫梁、斜向鋼支撐形成位于基坑內(nèi)的邊桁架結(jié)構(gòu)，錨索錨固段設(shè)置于基坑外的土體中，自由段固定于鋼立柱與桁架橫梁的連接處，將錨索與排樁有效結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)基坑的支護(hù)，確?；拥姆€(wěn)定性，使得較大部分的錨索自由段位于土體外部，大幅減少錨索入土深度，施工方便，有效防止錨索超越本工程用地紅線。

2 深基坑工程高支墩反拉式鋼斜撐支護(hù)技術(shù)

深基坑工程高支墩反拉式鋼斜撐支護(hù)技術(shù)，包括用于支護(hù)基坑邊緣的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和設(shè)置在基坑內(nèi)用于支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支墩樁列，圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支墩樁列互相平行，圍護(hù)結(jié)構(gòu)上設(shè)置有冠梁和圍檁，且冠梁設(shè)置在基坑頂部施工場(chǎng)地地表，支墩樁列的頂部通過(guò)鋼立柱連接設(shè)置有條形支座，圍檁和條形支座通過(guò)撐臂連接，撐臂傾斜設(shè)置且與條形支座連接端的高度低于與圍檁連接端的高度。圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支墩樁列之間還設(shè)置有兩排樁基列，兩排樁基列均與圍護(hù)結(jié)構(gòu)平行，樁基列頂部的高度低于條形支座頂部的高度，兩排樁基列的頂部設(shè)置有邊跨底板連接，邊跨底板設(shè)置在基坑底部，邊跨底板的頂部通過(guò)多個(gè)相互平行的斜拉臂與條形支座連接。斜拉臂材質(zhì)為鋼絞線制成的鋼索，設(shè)置在撐臂的兩側(cè)，一端通過(guò)固定安裝在邊跨底板頂部的鋼錨座與邊跨底板連接，另一端通過(guò)錨具與條形支座連接。

圖1 高支墩反拉式鋼斜撐結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)及斜撐體系樁基施工

首先根據(jù)基坑的具體參數(shù)設(shè)定圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支墩樁列、兩排樁基列的參數(shù)，并將圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支墩樁列和兩排樁基列預(yù)先澆筑成型，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支墩樁列、兩排樁基列相互平行設(shè)置，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用排樁的方式且各個(gè)排樁相互平行，排樁頂部的高度高于基坑頂部的高度，以便于與冠梁固定連接。支墩樁列采用多個(gè)支墩樁相互平行成列構(gòu)成，兩排樁基列均采用多個(gè)基樁相互平行成列的設(shè)置方式，支墩樁的頂部和基樁的頂部均設(shè)置于基坑底部，鋼立柱插入支墩樁列的頂部，澆筑支墩樁列使得鋼立柱與支墩樁有效連接，鋼立柱采用中空鋼管或組合型鋼，且鋼立柱頂部高度低于排樁頂部高度，然后施工冠梁使得各個(gè)排樁之間能夠有效連接。

圖2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)及樁基施工示意圖

2.2 基坑土方第一次開(kāi)挖及支座施工

排樁及冠梁完工后進(jìn)行土方開(kāi)挖，采用正盆式施工方式開(kāi)挖基坑至鋼立柱頂部所處平面，且挖成后鋼立柱頂部與排樁之間土方為傾斜面，傾斜角度為撐臂的設(shè)計(jì)支撐角度，此時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和鋼立柱兩側(cè)均有土方支撐，受力平衡，有助于安全施工；第一次土方開(kāi)挖完成后，施工條形支座，其中條形支座上預(yù)留有用于安置斜拉臂的安裝孔。

圖3 第一次開(kāi)挖及支座施工

2.3 安裝斜撐及第二次開(kāi)挖

施工圍檁和撐臂，圍檁為通長(zhǎng)設(shè)置，采用鋼筋混凝土材料，圍檁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取植筋方式連接；撐臂水平間距8m，材質(zhì)為鋼管，其兩端分別固定在設(shè)置于條形支座和圍檁上的預(yù)埋件鋼板上，形成穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，各結(jié)構(gòu)施工完成后，對(duì)條形支座與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的土方實(shí)施倒盆式開(kāi)挖，直至挖至基坑底部，使得基樁頂部露出，且挖成后條形支座與基樁頂部之間的土方為傾斜面，傾斜角度等同于斜拉臂的設(shè)計(jì)傾斜角度，在此過(guò)程中，基坑邊緣處給圍護(hù)結(jié)構(gòu)施加的水平力由圍檁傳遞給撐臂，撐臂傳遞給條形支座，條形支座傳遞給鋼立柱，因鋼立柱兩側(cè)均有土方存在，受力平衡，保證了施工安全，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)一側(cè)的土方被全部挖出，便于施工地下結(jié)構(gòu)。

2.4 反拉裝置的安裝及結(jié)構(gòu)施工

開(kāi)挖完成后施工邊跨底板，底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板澆筑時(shí)在鋼索對(duì)應(yīng)位置預(yù)埋鋼錨座，鋼錨座由底座板、前后端板、兩塊腹板組成，均采用厚鋼板，連接方式均為焊接，鋼錨座底部通過(guò)錨固鋼筋預(yù)埋在邊跨底板上。鋼錨座安裝完成后再安裝斜拉臂，斜拉臂為鋼絞線制成的鋼索，設(shè)置于每根斜撐兩側(cè)各1m位置，頂部錨固在條形支座上，底部錨固在鋼錨座上，在條形支座和鋼錨座處分別采用錨具鎖定并施加預(yù)應(yīng)力，鋼索穿越條形支座處采取預(yù)埋PVC 套管，穿越鋼錨座前后端板處采取開(kāi)洞方式；斜拉臂全部完成后，開(kāi)挖中部剩余土方，同時(shí)進(jìn)行邊跨地下室結(jié)構(gòu)施工，待中部土方全部開(kāi)挖至基坑底后，立即施工中部地下室結(jié)構(gòu)。

圖4 斜撐安裝及土方二次開(kāi)挖

圖5 反拉裝置的安裝及結(jié)構(gòu)施工

2.5 技術(shù)應(yīng)用及實(shí)施效果分析

本技術(shù)研發(fā)完成后在合肥市合經(jīng)區(qū)人力資源產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目進(jìn)行了應(yīng)用，建設(shè)地點(diǎn)位于安徽省合肥市經(jīng)開(kāi)區(qū)錦繡大道與天門(mén)路交口，開(kāi)工日期2017年11月6日，總建筑面積12.74 萬(wàn)m2，地上6～16層，地下1 層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目基坑深度最深處為6.5m，北側(cè)距離基坑邊緣4m 為已建廠房，東側(cè)距離基坑邊緣5m 為擬建市區(qū)主干道。部分基坑區(qū)域采用高支墩反拉式斜撐支護(hù)，并在支護(hù)施工的全過(guò)程進(jìn)行了安全性監(jiān)測(cè)并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄分析，通過(guò)試驗(yàn)記錄及過(guò)程分析證明了此施工技術(shù)能夠有效確?；又ёo(hù)的安全性，同時(shí)解決傳統(tǒng)鋼斜撐支護(hù)的各項(xiàng)弊端，易于大型機(jī)械的開(kāi)挖施工等，充分發(fā)揮鋼斜撐基坑支護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，后續(xù)工程中可推廣應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)。

3 用于基坑支護(hù)的桁錨支撐結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

用于基坑支護(hù)的桁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括邊桁架結(jié)構(gòu)和錨索結(jié)構(gòu)。邊桁架結(jié)構(gòu)圍繞基坑內(nèi)緣四周設(shè)置，包括立柱樁、鋼立柱、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和桁架橫梁，立柱樁設(shè)置在基坑內(nèi)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置在基坑邊緣，立柱樁上設(shè)置鋼立柱，桁架橫梁架設(shè)在鋼立柱與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部；用于基坑支護(hù)的桁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)還包括錨索結(jié)構(gòu)，錨索的錨頭臺(tái)座設(shè)置在鋼立柱與桁架橫梁的連接處，錨索的錨固段傾斜向下設(shè)置于基坑外的土體中，錨頭臺(tái)座與錨固段之間由貫穿圍護(hù)結(jié)構(gòu)的錨索自由段連接。

圖6 桁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)及立柱施工

在場(chǎng)地地面施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)、立柱樁、立柱、冠梁，冠梁上預(yù)埋鋼筋與擬施工的首層邊桁架橫梁接駁；排樁采用鉆孔灌注樁，按一定間距形成柱列式，樁與樁之間通過(guò)冠梁連接形成排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)。立柱樁采用鉆孔灌注樁，樁頂標(biāo)高為擬建地下室底板墊層底以下200mm-500mm，鋼立柱采用鋼格構(gòu)材質(zhì)，由角鋼和鋼綴板焊接而成，底部插入到立柱樁內(nèi)。

圖7 圍護(hù)結(jié)構(gòu)及立柱施工

圖8 土方開(kāi)挖及錨索施工

3.2 土方開(kāi)挖及錨索施工

進(jìn)行第一次土方開(kāi)挖后施工錨索，錨索分錨固段和自由段，在基坑外的土體中施工錨索錨固段，錨索自由段暫時(shí)放置在基坑內(nèi)。

3.3 桁架支撐結(jié)構(gòu)施工

依次施工邊桁架橫梁、邊桁架縱梁、二層邊桁架橫梁、圍檁、二層邊桁架縱梁、斜向鋼支撐、錨頭臺(tái)座。邊桁架橫梁與冠梁、邊桁架縱梁澆筑為整體，二層邊桁架橫梁與圍檁、二層邊桁架縱梁澆筑為整體，邊桁架縱梁與二層邊桁架縱梁及圍檁沿基坑通長(zhǎng)設(shè)置。斜向鋼支撐使用中空的鋼管件或鋼格構(gòu)，其兩端分別固定在設(shè)置于邊桁架縱梁和圍檁上的預(yù)埋件鋼板上。錨索的自由段設(shè)置在鋼管或鋼格構(gòu)的管腔內(nèi)，穿越圍檁和邊桁架縱梁7 處采取預(yù)埋PVC 套管，桁架結(jié)構(gòu)施工完成后，錨索先后穿越圍檁、斜向鋼支撐和邊桁架縱梁，預(yù)應(yīng)力張拉后鎖定在錨頭臺(tái)座上。支撐結(jié)構(gòu)施工完成后，將整個(gè)基坑開(kāi)挖至基坑底，進(jìn)行后續(xù)土方開(kāi)挖及主體結(jié)構(gòu)工程施工。

3.4 本技術(shù)研究總結(jié)

通過(guò)用于基坑支護(hù)的桁錨支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)，取消了水平對(duì)撐及其下方的立柱，僅在基坑邊緣設(shè)置邊桁架水平支撐和沿基坑周邊的立柱，為基坑土方開(kāi)挖和地下室結(jié)構(gòu)施工提供了良好的平面作業(yè)空間，大大提高了施工效率，減少了基坑暴露時(shí)間，縮短了工期。同時(shí)由于立柱和立柱樁的取消，解決了立柱穿底板的防水處理難題，節(jié)約了造價(jià)。采用錨索與邊桁架支撐共同作用替代了水平對(duì)撐，錨索的自由段置于邊桁架中的斜向鋼支撐內(nèi)，僅錨固段位于土體中，大大減少了錨索進(jìn)入基坑外的尺寸，解決了錨索超越本工程用地紅線造成的侵權(quán)問(wèn)題。

圖9 桁架支撐結(jié)構(gòu)施工

4 結(jié)語(yǔ)

盡管排樁支護(hù)是一種傳統(tǒng)的可靠深基坑支護(hù)形式，但是隨著基坑深度越來(lái)越深，基坑周邊環(huán)境的復(fù)雜性等原因，單獨(dú)的排樁支護(hù)很多情況下已無(wú)法滿足某些深基坑工程的支護(hù)要求，高支墩反拉式鋼斜撐支護(hù)技術(shù)和用于基坑支護(hù)的桁錨支撐結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，是兩種新型的深基坑工程結(jié)合排樁支護(hù)技術(shù)，可以有效的實(shí)現(xiàn)特殊或復(fù)雜條件下的深基坑支護(hù)，后續(xù)可在工程中推廣使用。