刍议建筑施工中的深基坑支护

　　摘要：城市基坑工程往往处于房屋和生命线工程的密集地区，很多情况下允许采用比较经济的放坡开挖，而需要在人工支护条件下进行基坑开挖。为了保证基坑周围的建筑物，地下管线，道路等的安全，应运用科学的深基坑支护技术。
　　关键词：施工技术；深基坑；支护技术；应用
　　
　　无论是高层建筑还是工业的深基坑工程，由于都是在城市中进行开挖，基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容，即要保护其周边构筑物的安全使用。而一般的基坑支护大多又是临时结构、投资太大也易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此，如何安全、合理地选择合适的支护结构，并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。
　　一、深基坑支护技术常见类型及适用范围
　　1.钢板桩支护
　　钢板桩应用于建筑深基坑的支护，是一种施工简单，投资经济的支护方法。在软土地区过去应用较多，但由于钢板桩本身柔性大如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大因此对基坑支护深度达7m以上软土地层，基坑支护不宜采用钢板桩支护，除非设置多层支撑或锚拉杆，但应考虑到地下室施工结束后钢板桩拔除时对周围地基和地表变形的影响
　　2.地下连续墙
　　地下连续墙是在泥浆护壁的条件下分槽段构筑的钢筋混凝土墙体，地下连续墙最早于1950年开始应用于巴黎的地下建筑工程，我国在20世纪60年代初开始应用于水坝的防渗墙，后来国内将地下连续墙用于城市深基坑的围护结构最早是广州白天鹅宾馆，现在全国各地已用得比较普遍，如地下连续墙的施工深度国内已有超过80m，厚度达1.4m。由于地下连续墙具有整体刚度大和防渗性好，适用于地下水位以下的软粘土和砂土多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软上需将墙体插入很深的情况，因此，在国内外的地下工程中得到广泛应用，并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡墙围护结构，又能作为拟建主体结构的侧墙。也可采用逆作法施工减少对环境和地面交通的影响。
　　3.柱列式灌注桩排桩支护
　　柱列式间隔布置包括：桩与桩之间有一定的净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。为减低工程造价和施工方便柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间，必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠连结。为防止地下水井夹带主体颗粒从桩间空隙流入坑内，应同时在桩间或桩背采用高压注浆，设置深层搅拌桩，旋喷桩等措施，或在桩后专门构筑防水帷幕。灌注桩施工时无振动，对周围邻近建筑物，道路和地下管线影响危害比较少。
　　4.内支撑和锚杆支护
　　作为基坑围护结构墙体的支承，内支撑（水平横撑、角撑、斜撑曾）和锚杆（斜锚杆、锚定板拉杆等）的作用对保证基坑稳定和控制周围地层变形极为重要。目前支护结构的内支撑，常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类，钢结构支撑多用圆钢管和大规格的型钢。为减少挡墙的变形，用钢结构支撑时可用液压千斤顶施加预应力。钢筋混凝土支撑是近几年在上海地区等深基坑施工中发展起来的一种支撑形式，它多用土模或模板随着挖土逐层现浇，截面尺寸和配筋根据支撑布置和杆件内力大小而定，它刚度大，变形小，能有力的控制挡墙变形和周围地面的变形，宜用于较深基坑或周围环境要求较高的地区。
　　5.土钉墙支护
　　土钉墙围护结构是边开挖基坑，边在土坡面上铺设钢筋网，并通过喷射混凝土形成混凝土面板，从而形成加筋土重力式挡墙起到挡土作用。适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土，粉土，杂填上，不适用淤泥质及地下水位下且未经降水处理的土层。
　　6.深层搅拌水泥土桩支护
　　深层搅拌水泥土桩是用特制的进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制拌合制成水泥浆固化剂与地基土进行原位强制拌合制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙既可挡土又可形成隔水帷幕，对于平面呈任何形状，开挖深度不很深的基坑，皆可用作支护结构，比较经济。许多工程都用了深层搅拌水泥土桩支护。
　　7．施喷桩帷幕墙支护
　　它是钻孔后将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙。
　　二、基坑支护施工技术
　　1．护坡桩施工
　　根据本工程场地特点和施工要求无污染、无噪音、施工速度快等诸多特点，施工护坡桩时采用“钻孔压浆桩”技术，其为水泥浆护壁，直接投放碎石并多次布浆成桩的无砂混凝土桩，施工时应严格按照行业标准《钻孔压浆桩工程的施工及验收规程》、施工方案、国家有关规范及设计要求、施工现场所提供的结构轴线、位置控制点施放桩位点，并必须经监理工程师复核鉴认后方可进行施工。其施工工艺简介如下：
　　用螺旋钻杆钻到预定深度后，通过钻杆的芯管自孔底由下向上向孔内压入已制备好的以水泥浆为主的浆液，使浆液升至地下水或无塌孔危险的位置以上,提出全部钻杆后,向孔内投放钢筋笼和骨料，最后在自孔底向上多次高压补浆而成。由于该工艺是连续一次成孔，多次自下而上高压注浆成桩，能在流砂、卵石、地下水易塌孔等复杂的地质条件下顺利成孔成桩，它具有以下优点:
　　（1）在多种复杂地质条件下能顺利成孔成桩，长臂螺旋钻钻至设计深度后,及时高压注浆（注浆压力5～8MPa）,高压浆的作用可把孔壁周围的地下水排至孔外,加上水泥浆的重力作用,从而保证孔壁不坍塌而顺利成孔。
　　（2）施工速度快，在一般粘性土和砂质土层中,直径Φ800，长10～20m的桩，一台钻机一天成桩15～20根。
　　（3）无噪音、无振动、无排污、文明施工，钻孔压浆桩是直接在提钻过程中用高压水泥浆护壁，不需要大量泥浆池，也不会产生泥浆，施工近乎干作业，施工现场文明。
　　2.土层锚杆施工
　　土层锚杆施工方法为用锚杆钻机钻至预定深度，开始注水泥浆护壁（若不塌孔则可干成孔），然后穿钢绞线，多次补浆即完成。待达到要求强度后张拉锁定。
　　具体施工流程如下：
　　（1）锚杆施工由现场施工测量人员按设计要求放出锚杆位置；锚杆机就位后，检查锚水平位置、标高、钻杆倾角，经检查无误后方可钻进；
　　（2）钻孔过程中若遇障碍物或异常情况应及时停钻，待情况查明并采取措施后再继续钻进。钻至设计深度后空钻出土，拔出钻杆；下锚索前检查锚索并做隐蔽工程检查记录；
　　（3）锚杆倾角15°，钻至设计深度后，及时下拉杆及密封孔口，并进行2～3次压力灌浆，压力为1～3Mpa，以保证浆液饱满；
　　（4）注浆材料及配比根据设计要求确定，注浆浆液搅拌要均匀，随搅随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块、杂物等混入浆液，水泥浆搅拌必须严格按配比进，注浆由孔底开始，直至水泥浆溢出孔口后停止注浆；
　　（5）锚杆水平方向孔距误差不应大于50mm，垂直方向孔距误差不应大于100mm。钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚杆长度的3%。
　　（6）土层锚杆均为预应力锚杆，锚杆施加预应力前，应先做锚杆抗拔试验2～3根，以验证锚杆设计的可靠性，并绘制Q-S曲线，试验系数为1.2；
　　（7）锚杆张拉前，应对张拉设备进行标定。锚固体与台座混凝土强度均应大于15.0MPa时，方可进行张拉。锚杆张拉应按一定程序进行，锚杆张拉顺序，应考虑临近锚杆的相互影响。锚杆正式张拉之前，应取0.1～0.2设计轴向拉力值Nl，对锚杆预张拉1～2次，使其各部位的接触紧密，杆体完全平直；
　　（8）预应力为锚杆抗拔力值的70%，张拉后锁定。
　　（9）锚杆质量控制标准同土钉墙中相关内容。
　　3.土钉墙施工
　　土钉喷锚支护具有无噪音，不单独占用工期等诸多优点，具体按如下方法施工：
　　(l)分层分段施工
　　为配合土方开挖与喷锚施工同步进行，在基坑西侧大面积开挖的同时，可根据东侧土钉墙施工的需要，先开挖东侧6m的工作面，便于土钉墙西侧土方同步施工。开挖深度满足土钉施工要求，不得超过相应土钉层距0.3米，沿基坑水平向不超过15米为一施工段，不宜太长，开挖时，若边壁局部有坍塌，必须进行补救，靠近坑壁侧要注意不得超挖，以保证边坡安全和稳定。
　　(2)土钉制作
　　为使土钉顺利送入土中，在土钉上每隔2米处焊接对中支架，形成锥形滑撬。同时保证土钉在孔居中位置，防止出现偏心，以提高抗拔力。
　　(3)土钉成孔
　　土钉施工成孔采用洛阳铲成孔，孔径保证大于100mm，成孔过程中注意控制倾角及孔径。成孔后对孔深、孔径、倾角进行检查验收，做好施工记录及隐蔽工程检查记录。成孔孔位可根据实际情况进行局部调整，成孔角度，在遇到障碍物时，可适当调整。
　　(4)土钉送入
　　土钉施工应按设计要求安装对中支架，土钉插入孔深不得低于设计长度的95%，以保证钢筋保护层厚度。对复检合格的钢筋按设计要求制作杆体，钢筋焊接满足双面焊5d，单面焊10d，并按要求加焊定位支架。入孔前做隐蔽工程检查记录。
　　土钉送入孔中后，随即进行压力注浆，注浆压力达到0.5Mpa时，注浆管插到距孔底250～500mm，持续5分钟，为保证注浆饱满，在孔口设止浆塞，使水泥浆能够有效渗入土体孔隙中。
　　(5)坑边修坡
　　在挖土过程中及时进行侧壁的修补，保证坡度满足施工要求，同时此项工艺直接关系到面层喷射混凝土的质量和材料耗用量，因此要严格按要求施工。
　　(6)钢筋网片施工
　　在修好的坡面上及时进行绑扎网片固定在坡面的短钢筋上，上下左右根对根绑扎搭接，并不少于两点焊接，钢筋网片借助L字型锚头及压筋压焊在土钉端部形成一体。钢筋网与下层钢筋搭接长度为25d，钢筋网与土钉锚固装置要连接牢固，喷射混凝土时钢筋不得晃动，钢筋网片按设计要求制作，网片搭接长度满足300mm，网片距坡面40～50mm，网片外侧按设计要求加焊加强筋。
　　(7)喷射混凝土施工
　　面层豆石混凝土用混凝土喷射机施喷，压缩空气机施喷气压2～5Kg/cm2，靠底边300mm高度的开挖面可先不喷，利于下一步开挖面上的钢筋设置与搭接。喷射施工过程中严格计量配比；喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自上而下，每次喷射厚度50mm；喷射时喷头与受喷面应保持垂直，且保持0.6～1.0米距离；喷射混凝土终凝2小时后要洒水养护3～7天。
　　(8)质量控制标准
　　①主控项目：锚杆长度偏差±30mm；锚杆锁定力符合设计要求。
　　②一般项目：孔位允许偏差±100mm；孔深应大于设计深度，孔径应大于设计直径；钻孔倾角偏差±10；浆体强度符合设计要求；注浆量大于理论计算量；土钉墙面厚度偏差±10mm；墙体强度符合设计要求。
　　③钢筋网搭接长度应大于300mm，其它钢筋搭接与绑扎执行《钢筋焊接与验收规程》（JGJ18－2003）。
　　三、结语
　　随着城市建设高速发展，城市建筑距离越来越近、高度也越来越高，基础埋深也随之不断增加，出现了大量的深基坑工程。基坑支护技术设计是一项复杂的工程，需根据工程的特点、施工条件以及场地周边建筑和市政设施情况，经多方案比较才能选择出比较合理的施工方案。
　　参考文献：
　　1. 最新深基坑支护工程设计施工技术标准规范实施手册.当代中国音像出版社.2003-9
　　2. 建筑新技术.黄河水利出版社.2003-12-1
　　3. 建筑施工技术.中国水利水电出版社.2009

《刍议建筑施工中的深基坑支护》

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