深基坑支护技术在建筑工程施工中的应用

刘青城

(山西二建集团有限公司，山西 太原 030000)

1 H项目概况

H项目施工规划时，是以多层建筑为目标，地下设2层，基底标高处于-21.8m至23.5m。基坑平面规格：短边165m，长边239m。案例项目基坑结构设计时，要求其安全级别为“一级”。案例项目深基坑施工范围内，基坑四周2m区域中不可有堆载物品，超过2m区域的堆放荷载需控制在20kPa以内。出土位置的荷载最大值为40kPa，不可出现超限堆载问题。H项目的支护工程，选用临时结构，完工后可用期限为18个月。

2 深基坑支护的工艺类型

2.1 水泥挡墙支护

水泥挡墙支护方法，是以水泥、土两种材料为主，水泥具有一定胶凝性，能够固结土料，施工成具有一定强度的桩体。水泥挡墙支护，具有较好的水稳性，工程成本不高、工艺形成的噪声不大，多用在软弱土质项目中。施工前，可采取试桩施工形式，综合给出“水灰比”“搅拌机运行速度”“搅拌频率”“泵送用时”各项参数，保持边坡结构的平稳性，切实增强地基承载性能，以此控制地基沉降问题。此种支护工艺表现出较强的止水性，多用在基坑深度处于3～6m的项目中。

2.2 钢板桩支护

钢板桩支护方法，主要是借助钢板桩材料，拼接建造成围护墙。施工方式含有“槽钢”“锁扣”两类形式。钢板材料的外观形状，具体包括“U型”“Z型”等。钢板桩支护时，主要采取“锤击”“振动”的工艺处理形式，有效隔绝水土资源，支护结构具有耐用性，工艺操作便捷，钢板可循环使用。在实际施工中，工艺噪声较大，材料柔性特点较为明显，不适宜用在较深基坑项目[1]。

2.3 排桩支护

采取连续排布、间隔排布等多种形式，在基坑四周合理设计桩体，形成排桩支护形式。采取造孔、添加钢筋笼、注入混凝土等工艺方式，施工处多组桩体。此种桩体在各类地质环境中，均具有一定适用性，表现出工艺适用范围大、工艺噪声不高、环境污染性不强等特点。在材料灌注前期，需采取试桩施工方法，参照案例工程的环境特点，合理选择工艺方案，配备相应的施工设备。造孔施工期间，需要在目标点位放置枕木，进行整平处理，保证钻机造孔质量。灌注桩的工艺流程中，应进行护筒埋设施工，保证打桩点位、垂直角度的规范性。孔位偏差量需控制在5cm内，桩体垂直性的偏差量需小于1%。造孔期间，应保证补浆及时，严防出现塌孔事故[2]。

2.4 地下连续墙

地下连续墙，主要是在挖坑前，在基坑外围施工出多个沟槽，采取清槽、放入钢筋笼、灌注材料等工艺措施，施工成钢混型挡土墙。此工艺表现出结构强度大、限制条件少等优势，多用于环境欠佳的工程中。施工期间，可利用单层、复合两种结构，建造墙体结构。在使用逆作法工艺时，连续墙工艺表现出较高的防渗性、工艺噪音不大等特点，可用在人群较多的工程环境。由于支护结构占地空间不大，能够有效借助基坑空间，完成挖土、出土等工艺操作，快速推进工程任务，有效控制工期。相比其他支护方法，需增加废弃泥浆的处理流程，支护成本相应增加。

3 干扰基坑工艺质量的因素

3.1 客观因素

H项目进行支护施工规划时，侧重梳理了干扰支护施工的各项因素，以此细化工艺内容，消除不利影响。在客观因素分析时，主要考量基坑安全级别。如表1所示，是依照基坑支护相关的技术规范内容，整理获得的基坑安全级别表。

表 1 基坑安全级别表

支护结构方案的设计，是开展基坑施工的重要环节。选择支护方案时，需要从多个方面，进行考量。基坑施工流程较为复杂。由于各基坑所在的环境特点存在差别，需考量多个因素，综合选择最佳的基坑方案。为此，在施工期间，可参照基坑安全级别，相应设计基坑支护的工艺内容。而基坑安全级别，是保证基坑支护质量的最基础客观条件。案例项目基坑支护的级别要求为“一级”，可选择的支护类型较多。

3.2 主观因素

3.2.1 安全性

保证支护结构的安全性。基坑支护作为建筑任务的重要项目，用于支撑整个建筑结构，占据较为关键的位置。基坑支护的性能，关联着上层建筑的安全。因此，支护安全，是基坑支护工艺需要着重思考的因素。比如，某建筑整体倾倒事故，事故危害性加大，究其原因是基坑平稳性不足，致使基坑难以承担建筑重力，出现建筑倾倒事故。保证基坑安全，合理选择基坑支护方案，是保证支护质量的最根本因素[3]。

3.2.2 技术操作性

合理选用施工技术。基坑支护的工艺流程中，含有较专业的技术内容，需参照具体工程需求，制定支护方案。技术选用时，需分析技术选择的合理性，使其符合工程情况。应对各类基坑所在环境的差异性，基坑与环境的具体情况，均是选择支护方案的考量因素。比如，排桩支护，可用在土质欠佳的环境中。选材可依据工程需要，防止材料性能风险。施工设备应顺应场地需求，部分场地空间狭小，无法使用大型设备。在施工前期如果未加以充分考量，可能会出现设备无法施工的情况，由此增加了工期、人力、成本的消耗量。

3.2.3 工艺质量达标性

基坑项目作为整体建筑施工任务的关键环节，具有一定临时性。前期给出的工程预算较少，会在一定程度上危及工艺质量，出现各类工程事故。2020年某在建项目，基坑施工存在不规范问题，致使土层承载能力不足，出现坍塌事故。由此发现：工艺质量是保证工程安全的重要因素，需加强工艺质量分析，保证支护效果。

3.2.4 成本可控性

基坑项目可能会消耗一定量的资金，各类不确定因素带来的干扰问题，分布在基坑项目中，可能会引起基坑项目出现资金管控不到位的问题。各类工程均想要以较少的资金支出，获取更高收益。各参建组织，以安全性为出发点，加强成本控制，以此增强基坑支护方案的性价比。

3.2.5 工艺生态性

严格控制工艺污染问题。在工艺进行中需关注工艺环保性，基坑支护具有工程使用的临时性，面临着噪音、扬尘等多种类型的污染问题，需加以认真考量，减少工艺污染。

4 H项目选择的基坑支护方案

4.1 方案A“支护桩+锚索”

此方案中，支护桩内径参数设计为1.2m，桩体长度约为33m至41m。插入基岩深度需控制在2m以内，特殊位置的桩体嵌入深度需多于5m。桩体材料级别为C30，位于水内的材料级别为C35。桩体外侧添加了止水帷幕，使用的钢绞线作为锚索工具，锚固至基岩的深度应多于8m。此种基坑方案，可用于场地空间不大、基坑深度较大的项目。施工期间，需有效控制基坑横向位移问题。此方案的工艺要求：锚杆锚固范围，不可添加在淤泥、土质欠佳的位置。如果锚杆锚索支护的各项工艺设计不合理，需要更高的支护强度，可能会增加支护成本。此方案的工艺要点，具体如下：1)在挖坑掘进施工期间，需高效安装锚杆锚索支撑体系，防止出现顶板离层问题；2)在锚杆、锚索支撑完成时，需保证预紧力达到预防条件，以此增强悬吊效果。为此，工艺锚固处理后，需加强运维检查。

4.2 方案B“连续墙”

连续墙结构厚度设计为800mm，导墙结构参数为200mm。墙体顶部冠梁长边取1100mm，短边取800mm。墙体材料强度级别为C30，防水能力为P6，冠梁位置的材料强度选择C25。造孔施工的工艺规范，如表2所示。

表 2 造孔施工的工艺规范

连续墙支护方法，可用在有止水需求、土层结构复杂的项目中。此支护方法，操作过程较为复杂，要求工人拥有较强的技术能力。浆液生产、浆液处理各环节，会占用较大场地。如果工程管理不到位，可能会形成环境污染问题。在施工初期，需进行各项工艺准备，防止出现停工、返工等问题。支护施工期间，严格依照工程流程，保证墙体质量的达标性，侧重关注各组连续墙间隔位置的连接质量。

4.3 方案C，“灌注桩+内支撑”

此方案支护施工时，嵌入岩层1.6至8.8m，桩体长度介于33至39m之间。采取两组梁支撑的形式，作为内支撑结构。支撑梁截面有两种规格：一是各边均为700mm，二是短边为900mm、长边为1300mm。此工艺施工时，需关注地下水形成的材料腐蚀问题。内支撑结构会占用基坑一定空间，增加施工困难。拆除内撑结构，需要增加施工时间。此工艺施工期间，需关注的问题如下：1)严防塌孔、斜孔各类事故，防止出现钻孔漏浆问题；2)多次进行测量，设计质量控制点，保证支护效果[4]。

4.4 方案分析

依照工艺性价比的优选理念，基坑支护含有多种类型，可从安全、经济两个层面，选出最佳的工艺方案，保证支护效果。方案比选时，H项目邀请了12位专家，从方案功能、工艺成本各方面，进行评价。计算各位专家评价的平均数，作为方案评价结果，具体如表3所示。

表 3 各方案对比结果

在功能性评价中，方案B略显不足，方案A、方案C的结果相近。在成本预估方面，方案A使用的资金量最少。工期方面，三个方案均需要5个月时间。综合评价时，方案A在功能性、成本控制方面，均有一定优势，综合价值得分较高。为此，H项目最终选择方案A进行支护施工。

5 H项目基坑监测分析

5.1 基坑监测计划

依据H项目的施工要求、各项基坑施工规划，设计基坑监测方案时，分别从“基坑横向位置偏移”“桩顶偏移”“地下水位”“四周地表沉降”各方面，设计监测点。监测之前，需做好充足的准备工作。1)拍摄项目周边原有建筑，保存建筑图像，以此应对基坑施工纠纷；2)记录四周建筑、路面、管线的位置变动情况，逐一设计监测点。基坑监测使用了较多的监测设备，具体包括“全站仪”“测斜仪”等。在设计监测点时，依据挖坑情况，设定测点间隔距离为25至29m，逐一设计“侧斜孔”。此种布点方法，在被测主体内部布设“测斜管”，依据此管的角度变动情况，综合判断被测点位的横向位移量。采取每米一个测点的设计方法，全面测定基坑围护的横向位置变动情况[5]。

5.2 监测结果

监测结果，如表4所示。

表4 H项目基坑监测结果

四周建筑沉降值的预警设计为10m，案例项目沉降值介于-17～2m之间，尚处于规范值以内。桩顶、基坑深层、四周地下水各处的监测结果，均处于控制值以内，整体支护性能符合工程要求。此外，在实际施工期间，基坑支护的资金投入量，减少了将近600万元，主要在于部分工程量小于理论预估值，选择了成本更低的供货商，降低了支护材料的采买成本，工艺计划表现出较高的节本增效特点。

6 结语

综上所述，结合H项目特点，综合考量支护安全、技术可行等各类因素，从多个基坑支护方案中，选定了“支护桩+锚索”的方案，尝试从工艺性能、工程成本等方面，提升支护方案的性价比。完成支护后，各处监测结果符合技术要求，实际使用的资金相比预算减少了将近600万元，工艺性能优异。