排桩+内支撑组合结构应用于支护工程施工的要点分析

张润鹏

目前，随着城市建设规模的扩大，支护工程数量增多。对于高层建筑工程而言，其开挖过程中的支护难度较大，单一的灌注桩支护、锚杆支护无法满足支护工程要求，容易引起一系列的施工安全风险。排桩+内支撑是一种组合式的支护形式，能够在城市建设中应用于各类建筑项目，增强支护的可靠性。为了发挥此支护体系的根本优势，还应明确支护工程中排桩+内支撑组合支护的施工要点。

1 项目概况

广西壮族自治区江南训练基地运动员宿舍项目，包括1 栋8 层、2 栋26 层的高层建筑，并设有4 层地下室。基坑底标高为55.95 m，±0.00 m 标高对应高程为76 m，基坑开挖深度≤19.55 m，支护长度为587 m。建设区域内的地基侧壁为粉质黏土和素填土，在基坑开挖过程影响深度范围内，地下水为孔隙承压水，稳定水位为6.12 ～10.12 m，年变幅度为3 ～5 m。该项目所采用的基坑支护形式为排桩+内支撑组合结构，但由于建设区域周围建筑较为密集，地下水位较高，因此施工过程中还应做好施工监测，加强支护施工管理。

2 排桩+内支撑的支护原理与施工设计

2.1 支护原理

江南训练基地运动员宿舍项目中，排桩+内支撑组合支护结构是在使用各类桩体作为承担桩的基础上，利用内支撑体系在建筑工程施工开挖期间平衡坑外土体所产生的应力，形成“外部防护，内部支护”的体系。在该体系中排桩可作为支护工程的结构之一，维持支护侧面结构的稳定性；而排桩所用的桩体主要包括预制混凝土桩和钻孔灌注桩两种，内支撑系统多为钢支撑和钢筋混凝土支撑两种，二者的主要区别如表1 所示。相较于其他支护组合方式，排桩+内支撑的传力路径较为清晰，基本路径为基坑壁水压力→排桩桩体→腰梁→内支撑结构。施工过程中，内支撑结构同样会将作用力反向传输给基坑壁[1]。

表1 内支撑体系中钢支撑和钢筋混凝土支撑的区别

2.2 施工设计

江南训练基地运动员宿舍项目中的支护方案设计中，排桩+内支撑的施工设计如下。第一，先进行立柱桩施工，然后交叉施工止水素混凝土桩和支护桩。第二，立柱桩、支护桩基础施工完毕后，开挖基坑区域，分层开挖至冠梁底标高71.200 m 位置，进行第一道混凝土支撑系统的垫层施工，并浇筑冠梁顶部和混凝土支撑体系。第三，第一道混凝土支撑体系达到设计强度的80%后，向下分层开挖基坑，建设第二道、第三道混凝土支撑体系。第三道支撑体系的强度符合设计值后，回填、加撑后拆除第二道水平支撑系统，然后浇筑基坑区域的地下3 层主体支护结构[2]。

3 排桩+内支撑组合结构应用于支护工程的施工要点

3.1 土方开挖施工要点

土方开挖是江南训练基地运动员宿舍项目中应用组合支护结构的关键环节，在具体实施排桩+内支撑组合结构时，相关人员应明确支护工程的施工要点。土方开挖时，还应坚持“先撑后挖”的施工原则，完成每道支撑结构后方可开挖下一批土方。开挖内部时，还应提前对工程进行分区，并遵循分区开挖、盆式开挖的施工原则，禁止开挖大面积土方。每个区域开挖到支撑结构的底标高后布设排桩、浇筑混凝土进行内支撑，同时立即施工垫层，避免水浸。

排桩+内支撑组合支护时，第一道支撑下的土方一般采用盆式开挖法，挖除周围留土后，对其进行分块处理，在开挖周围堆成土岗，确保周边开挖区域的支撑能够在土方挖除后的48 h内产生。挖土过程中还应严格按照支护工程施工组织设计进行，并注意预防超挖、欠挖风险。开挖面标高差不得超过2 m，同时按照1 ∶1.5 的比例放坡；若支撑体系上需要运行开挖设备，则还应保证开挖面覆土层高于支撑顶面30 cm，并铺设走道板。底部支撑构件上，禁止施工人员随意行走或进行施工操作，立柱时需坚持对称掏空原则，确保立柱受力的均匀性。在此过程中，施工人员应结合支护根本要求，加强支撑体系内混凝土垫层的强度控制，并留意边坡留土的稳定性[3]。

3.2 地下高水位支护施工要点

不同安全等级的支护工程在应用排桩+内支撑组合结构时，在施工管理要求上会有一定差异。在此情况下，根据支护结构和周围环境对地表变形的适应能力，以及支护施工对周围环境造成的影响，支护工程的安全等级可分为一级、二级、三级。其中，周围环境条件复杂、深度大于12 m、工程地质条件复杂以及地下水位很高的情况属于一级基坑工程。

根据江南训练基地运动员宿舍项目资料可知，该项目中深基坑工程的安全等级为一级。因此，在应用排桩+内支撑组合结构时，还应结合基坑区域地下水位较高的特点，优化支撑结构施工设计，灵活应用基坑止水帷幕[4]。

施工人员可将单一的排桩支护转变为排桩+内支撑的组合支护模式，为减少支护主体下2 层板和混凝土内支撑体系产生的冲突，施工人员需要灵活调整排桩标高。同时，在基坑上部结构中应采用放坡的方式，下部支护结构采用排桩加1 道混凝土支撑的结构形式。然后设置止水帷幕，止水帷幕由三轴深层水泥搅拌桩、Φ900 高压旋喷桩组成，支护桩外侧为1 排三轴深层水泥搅拌桩，搭接长度为300 mm 左右。

3.3 支护结构施工要点

应用排桩+内支撑组合支护时，护坡桩的主要施工流程为明确桩位点→人工挖孔桩成孔→吊放钢筋笼→灌注混凝土，所涉及的施工技术为人工挖孔灌注桩技术。布设内支撑体系时，施工要点包括固定预埋钢板、焊接斜支座、拼接支撑结构、安装加强挂板以及锁紧钢支撑等。

施工过程中，相关人员应按照排桩+内支撑组合结构的设计方案，安装支护结构。在现场预拼接内支撑所需的管节，初步检测预支撑时的平整度，并控制管节两侧中心线偏差在20 mm 左右。吊装支撑构件时，可在排桩主筋上布设钢围檩，并用配置好的C35 混凝土浇筑围护桩与钢围檩间的空隙。钢支撑吊装到位后施加预应力，用钢楔塞紧后取下千斤顶。

3.4 内支撑施工要点

3.4.1 冠梁施工

内支撑体系中冠梁施工期间，施工人员在开挖至梁底约300 mm 处时，应清除混凝土内支撑柱顶上的浮浆，完成后进行冠梁施工。冠梁施工前还应及时修整立柱上部结构，然后在立柱上部钢筋结构处进行冠梁施工，待钢筋进入冠梁约500 mm后，凿除超出冠梁的灌注桩。

3.4.2 混凝土内支撑梁施工

开挖内支撑区域的土方时，施工人员先开挖支撑梁、围檩区域，采用机械挖土时需在底部预留30 cm，然后人工开挖土方并清理内支撑梁底部。连接护壁和围檩时，施工人员应彻底清理支护壁区域，使护壁和围檩梁结构能够衔接密实，顺利连接后在护壁结构的主筋上焊接斜向吊筋。

内支撑梁需要借助模板进行安装，施工时底部模板可采用C15 混凝土垫层；用于连接内支撑主梁和围檩的腹杆，一级主梁、围檩的模板均为九夹板，固定工具为对拉螺栓。钢筋施工时，施工人员可先绑扎内支撑主梁区域和围檩的钢筋，然后分别绑扎腹杆处的钢筋；钢筋搭接方式为绑扎搭接，单腹杆主筋选用整根钢筋直料。浇筑内支撑梁时，支护工程中同一平面内的支护体系应坚持整体浇筑成型的原则，若因特殊情况需要分段浇筑，施工人员还应设置标准化的垂直缝，同时确保接缝区域混凝土结构的密实度。排桩与内支撑围檩区域的间隙所用混凝土强度应不低于C30，填筑密实后可使排桩+内支撑组合结构的支护效果更为明显。

3.4.3 基坑侧壁混凝土面层施工

在基坑侧壁内支撑体系中喷射混凝土面层时，可以在该区域内设置直径大于4 mm、间距小于300 mm 的HPB300钢筋网。混凝土喷射厚度为100 mm，所用混凝土材料内的水灰比应小于0.45，粗骨料粒径小于12 mm。喷射施工应自下而上分片、分段施工，混凝土终凝后的2 h 左右，施工人员应洒水养护施工区域。内支撑区域应提前埋设泄水管，且泄水管一端应设置碎石层，通过滤水的方式避免泥浆堵塞泄水管。

4 支护中建筑密集点施工监测

4.1 项目工况分析

周围环境监测是上述项目支护施工的关键内容，土方分层开挖作业结束后，施工人员应重点监测排桩+内支撑组合支护结构对周围环境造成的影响。通过江南训练基地运动员宿舍项目可知，基坑西面、东面、北面为建设单位用地范围，临近基坑东面、北面为建设单位的餐厅、设备用房和员工宿舍。建筑层数为3 ～13层，建筑物间距为2 ～30 m，建筑物的地基为天然基坑。基坑西面约25 m 处为25 层商业楼，包含2 层地下室，基坑支护形式为支护桩支护。基坑南面为西江路，道路下包含排水、供水和供气管道，路对面为多层建筑，层高1 ～5 层不等，距离基坑约35 m。

由于该支护工程周围建筑物较为密集，且布设较多的市政重要管线，在开挖时容易出现桩身裂缝、桩结构倾斜、临近建筑物出现竖向裂缝以及排桩倒塌等风险。造成上述问题的原因在于悬壁桩埋设、嵌固深度计算不准确，支护期间排水、止水不到位，同时没有按照施工组织设计进行施工。因此，在应用排桩+内支撑组合结构时，还应在建筑密集点加强施工监测，完善支护流程。

4.2 施工管理要点

实施排桩+内支撑支护模式时，还应准确计算悬壁桩嵌固深度，计算悬臂桩施工参数时还应考虑基坑区域内土层的物理特性。

另外，为使支护工程安全开挖，还应结合项目实际情况布设检测点，全方位监测周围建筑物与路面结构[5]。对于矩形范围较广的基坑，施工人员可在基坑周围各个区域选取多个立柱监测点进行变形分析，如图1 所示。

图1 建筑密集区域支护监测代表点（来源：作者自绘）

建筑密集点施工监测中，排桩+内支撑结构的受力与建筑物变形分析是基坑支护施工的重点内容，是建筑物和地面变形沉降问题产生的根源。例如，在江南训练基地运动员宿舍工程项目中，支护形式为单排桩+内支撑，但在施工期间围护桩侧向位移在第6 层土方开挖结束后小于70 mm。原因在于单排桩支护结构施工时，对于开挖深度较大的基坑工程，需要在排桩+内支撑组合支护的基础上加固基坑内侧排桩的底部，如加固处理高压旋喷桩的坑底，并通过排桩结构和内支撑体系建立连续的围护结构，确保支护可靠性。

5 结语

目前，排桩+内支撑是支护工程中较为常见的支护形式，其施工设计对支护工程的安全性有着不可忽视的作用。在支护工程中应用排桩+内支撑组合结构时，相关人员应结合建设项目周围的建筑环境和地下水环境，明确组合支护时的施工要点，制订更加可靠的支护方案，有效控制开挖支护时对周边建筑造成的不利影响，保证支护工程顺利完工，支护效果符合建筑项目安全施工的根本要求。