聶建國

(山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，山西 太原 030001)

0 引言

社會經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展推動了地下空間的開發(fā)利用，地下空間的開發(fā)利用關(guān)鍵在于基坑特別是深基坑工程的建造，深基坑工程的支護(hù)設(shè)計和施工又是其中一個非常重要的環(huán)節(jié)。目前常用的基坑支護(hù)形式較多，主要有水泥土攪拌樁、型鋼水泥土攪拌樁、鋼板樁、土釘墻、鉆孔灌注排樁、樁(墻)錨、樁(墻)內(nèi)支撐等。每種支護(hù)形式都有其優(yōu)缺點和特定的適用條件，需要通過環(huán)境地質(zhì)施工條件、工程主體結(jié)構(gòu)要求、基坑的深寬度條件、深基坑支護(hù)技術(shù)適用范圍、支護(hù)設(shè)計工程當(dāng)?shù)氐幕邮┕ひ?guī)范章程及實際施工過程總結(jié)等相關(guān)材料依據(jù)和經(jīng)濟(jì)性等綜合確定其適宜的支護(hù)選型。深基坑支護(hù)設(shè)計施工的成敗會對深基坑工程安全、工期、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益等產(chǎn)生巨大的影響。在復(fù)雜地質(zhì)和環(huán)境條件下確定適宜的深基坑支護(hù)形式以確?；蛹爸苓叚h(huán)境安全就顯得尤為重要和必要。在此背景下，本文以山西××市地下水位高的粉土粉砂易塌地層和復(fù)雜環(huán)境下的深基坑工程為例，對基坑支護(hù)系統(tǒng)包含的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，總結(jié)積累技術(shù)要點和工程經(jīng)驗，以期為后續(xù)類似地質(zhì)環(huán)境條件下深基坑設(shè)計施工提供參考。

1 工程概況

1.1 工程簡介

山西××市中醫(yī)醫(yī)院門急診樓項目位于新建路以東，雙塔西街以北，市第三人民醫(yī)院西區(qū)(見圖1)。地下3層，地上4層，建筑面積4.24萬m2。該項目±0.000絕對標(biāo)高783.330 m。場地擬整平標(biāo)高為782.500 m。該項目基坑深度18.09 m(局部深達(dá)21.29 m)，坑底絕對標(biāo)高為765.240 m(局部深坑底絕對標(biāo)高為762.040 m)。項目基坑?xùn)|側(cè)南側(cè)地下有市政管線，西側(cè)及南側(cè)為城市道路?；游鱾?cè)最近距離紅線5 m，距離既有建筑5.1 m；南側(cè)距離紅線6.7 m；東側(cè)距離既有建筑18 m；北側(cè)距離紅線4.7 m，距離既有建筑8.2 m；其影響范圍內(nèi)的基坑周邊環(huán)境極為復(fù)雜。

1.2 巖土與水文條件

根據(jù)《某市中醫(yī)醫(yī)院門急診樓巖土工程勘察報告(詳勘)》揭示，場地地貌單元屬于河漫灘平原[1]?？辈焐疃确秶鷥?nèi)，場地地基土沉積時代及成因類型自上而下依次為：第四系全新統(tǒng)中、早期河流相沖積層，第四系上更新統(tǒng)河流相沖積層。

在勘探深度范圍內(nèi)，場地地基土自上而下可劃分為11個大層，分別如下：第①層雜填土、第②層粉土、第③層粉砂、第④層粉土、第⑤層粉砂、第⑤-1層粉質(zhì)黏土、第⑥層粉土、第⑦層細(xì)砂、第⑧層粉土、第⑨層礫砂、第⑩層粉土、第⑩-1層卵石土、第層粉土。第⑥層粉土層底標(biāo)高為764.590 m～766.550 m，第⑦層細(xì)砂層底標(biāo)高為761.110 m～763.010 m。結(jié)合該項目基坑坑底標(biāo)高為765.240 m，局部深坑坑底標(biāo)高為762.040 m，可知基坑深度范圍內(nèi)涉及的土層主要為粉土、粉砂地層，基坑坑底位于第⑥層粉土層，局部深坑坑底位于第⑦層細(xì)砂層。

本次勘探深度范圍內(nèi)揭露地下水類型上部為潛水，以第②層粉土為主要含水層，主要以大氣降水和北面南沙河流側(cè)向徑流補(bǔ)給，水位隨季節(jié)性變化。勘察期間實測穩(wěn)定水位埋深為現(xiàn)地表下2.30 m～3.85 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高778.970 m～780.560 m。勘察期間為地下水平水期。地下水位年內(nèi)變幅0.5 m左右。

該建筑場地類別為Ⅲ類。當(dāng)抗震設(shè)防烈度為8度時，擬建場地屬液化場地，地基液化等級為中等，綜合判別主要液化土層為第②層粉土(液化深度在6.4 m)及第④層粉土(液化深度在10.0 m)。

本項目基坑場地地下水位高，地質(zhì)主要為粉土、粉砂易塌地層，周邊建筑物密集、管線繁雜、緊鄰交通主干道、水土壓力大，研究選擇一種適宜的支護(hù)形式確?；蛹爸苓叚h(huán)境安全就顯得十分必要。

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 方案選型

根據(jù)項目周邊環(huán)境保護(hù)的要求，錨拉結(jié)構(gòu)構(gòu)件不得越地界進(jìn)入既有或規(guī)劃有建構(gòu)筑物的下方，現(xiàn)場不具備進(jìn)行錨索施工的條件，使得該項目基坑支護(hù)設(shè)計只能在樁(墻)+內(nèi)支撐中選擇或逆作法中選擇。又由于本工程屬于百院興醫(yī)工程，根據(jù)該市相關(guān)技術(shù)規(guī)定，本工程采用了結(jié)構(gòu)抗震(隔震)措施，隔震墊設(shè)置在1層與地下1層之間隔震層上，局部設(shè)置在基礎(chǔ)以上，不適用于逆作法施工。因此本項目基坑支護(hù)形式只能在樁+內(nèi)支撐或墻+內(nèi)支撐中選擇。

由于建設(shè)場地地貌單元為河漫灘平原，勘察深度范圍內(nèi)主要為人工填土、粉土、粉砂、礫砂等。穩(wěn)定水位為地面下2.30 m～3.85 m。其中粉砂、細(xì)砂層水具承壓性，基坑深度范圍內(nèi)含有多層深厚透水砂層，基于場地附近類似基坑設(shè)計施工經(jīng)驗以及在建地鐵2號線降水的情況，結(jié)合先期專家論證的建議，該基坑應(yīng)做落底式止水帷幕。經(jīng)對該市市場三軸水泥土攪拌樁和TRD工法樁調(diào)研，彼時尚不具備高質(zhì)量完成37 m深止水帷幕的施工機(jī)械和工藝。經(jīng)綜合比選，最終確定采用地下連續(xù)墻(兼做止水帷幕)與內(nèi)支撐組合支護(hù)的基坑支護(hù)設(shè)計方案選型。

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》及《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定要求，結(jié)合本項目基坑的深度、周邊環(huán)境條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要性，綜合確定基坑的安全等級為一級。

2.2 圍護(hù)設(shè)計

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻的厚度、深度根據(jù)成槽機(jī)的規(guī)格、墻體的抗?jié)B要求、墻體的受力和變形計算等綜合確定。本項目地下連續(xù)墻墻體厚度為800 mm，墻深度為40 m。墻體混凝土設(shè)計強(qiáng)度C35，抗?jié)B等級P8級。地下連續(xù)墻槽段之間的接頭采用鎖口管接頭，地下連續(xù)墻兼做止水帷幕。

本工程地下連續(xù)墻頂部設(shè)置封閉的鋼筋混凝土冠梁將其連成整體，冠梁按與地下連續(xù)墻在迎土側(cè)平齊的原則布置。冠梁的高度和寬度由計算確定，且寬度不小于地下連續(xù)墻的厚度，高度不小于地下連續(xù)墻厚度的0.6倍，經(jīng)計算冠梁高800 mm，冠梁寬1 200 mm。地下連續(xù)墻嵌入冠梁的深度不小于50 mm[2-4]。

地下連續(xù)墻單元槽段的平面形狀和槽段長度根據(jù)墻段的結(jié)構(gòu)受力特性、槽壁穩(wěn)定性、環(huán)境條件和施工條件等因素綜合確定。單元槽段的平面形狀有一字形、L形、Z形等。一字型槽段長度不大于6 m，L形、T形等槽段長度總和不大于6 m，對基坑邊界土層條件復(fù)雜或相鄰建(構(gòu))筑物條件復(fù)雜的施工場地，槽段長度適度縮短。

本工程地下連續(xù)墻主筋保護(hù)層厚度在基坑內(nèi)側(cè)不小于50 mm，基坑外側(cè)不小于70 mm[5]。地下連續(xù)墻鋼筋籠接頭鋼筋形狀與施工接頭相匹配，封頭鋼筋與水平鋼筋采用焊接。鋼筋籠兩側(cè)的端部與接頭管(箱)或相鄰墻段混凝土接頭面之間留有不小于150 mm的間隙，鋼筋籠下端500 mm長度范圍內(nèi)按1∶10收成閉合狀，且與槽底之間宜留有不大于500 mm的間隙。

2.3 內(nèi)支撐設(shè)計

內(nèi)支撐系統(tǒng)分為水平支撐結(jié)構(gòu)和豎向支撐結(jié)構(gòu)。內(nèi)支撐的數(shù)量應(yīng)本著安全、經(jīng)濟(jì)、可行、環(huán)保的原則經(jīng)研究計算確定。本工程經(jīng)研究計算水平支撐結(jié)構(gòu)采用三道鋼筋混凝土支撐與地下連續(xù)墻共同支護(hù)的形式(見圖2)，支撐位于基坑四周及中部，上下共分為三道，架設(shè)在豎向支承格構(gòu)柱上。為方便施工及土方開挖，在基坑的第一道鋼筋混凝土支撐梁上設(shè)有場地板。由于受到場地限制，回填土、拆換撐施工與主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度不協(xié)調(diào)，本工程采用內(nèi)支撐在主體施工階段不拆撐，讓主體墻、柱鋼筋打眼穿過內(nèi)支撐梁，并在適當(dāng)部位設(shè)置換撐體系和加強(qiáng)板帶來確保主體結(jié)構(gòu)順利施工。

本工程設(shè)計立柱與立柱樁均為坑內(nèi)內(nèi)支撐兼做主體結(jié)構(gòu)豎向支承構(gòu)件[6]。立柱插入立柱樁的深度根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》計算確定，本工程取2 m；立柱在穿越底板位置采取可靠的止水措施。鋼筋混凝土水平支撐、棧橋架設(shè)在格構(gòu)柱上，立柱樁的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土灌注樁，共97根。格構(gòu)柱尺寸為500 mm×500 mm，格構(gòu)柱長度為21.09 m，格構(gòu)柱作為內(nèi)支撐的承力結(jié)構(gòu)，作為重要的內(nèi)支撐節(jié)點聯(lián)系，其垂直度、方向、角度指標(biāo)的控制直接關(guān)系到內(nèi)支撐的受力平衡和整體支護(hù)的穩(wěn)定性、安全性。立柱樁采用鋼筋混凝土灌注樁，施工樁徑850 mm，有效樁長20 m，立柱樁身混凝土強(qiáng)度為C35。

3 施工關(guān)鍵工藝

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻施工嚴(yán)格控制槽段的劃分、現(xiàn)場標(biāo)記，標(biāo)準(zhǔn)槽段6 m長，異形槽段根據(jù)設(shè)計結(jié)合現(xiàn)場實際情況排布。成槽機(jī)械根據(jù)土質(zhì)、水位、垂直度、深度、場地情況選擇，本工程選擇金泰SG50液壓抓斗成槽機(jī)施工(見圖3)。鎖口接頭管根據(jù)地下連續(xù)墻寬度、深度、承受混凝土的壓力情況選擇。混凝土接頭刷壁效果滿足規(guī)范要求，不得夾渣。

1)抓斗成槽機(jī)成槽時，要保證槽壁垂直度滿足要求，抓斗兩側(cè)斗齒要確保抓進(jìn)土中或都落于空洞中，以使得抓斗兩側(cè)斗齒在抓土?xí)r受力均衡。

2)鎖口管起槽段定位、增長滲流路徑長度、現(xiàn)澆混凝土模板的作用，首開幅為雙雌槽段，兩側(cè)均有鎖口管；標(biāo)準(zhǔn)幅為一雄一雌槽段，即有土的一側(cè)用鎖口管，已成墻一側(cè)收口槽段無鎖口管。在混凝土澆灌達(dá)到初凝時，由帶液壓千斤頂?shù)膶Ｓ弥Ъ茼敯迤髋浜系踯囂岚危侄尾鹦丁?/p>

3)防止槽段接頭夾渣造成滲漏水，需要在槽段與混凝土接槎部位采用刷壁器進(jìn)行刷壁。通過在刷壁器內(nèi)布設(shè)斜撐板，刷壁器在槽段中下放時斜撐板向兩側(cè)撐開確保刷子能緊貼接頭，保證刷壁效果，刷到接頭槽壁無附著物為止。

4)起吊異形鋼筋籠時為防止籠體起吊過程中和吊放就位時變形，須增加鋼筋籠整體強(qiáng)度、剛度，采取籠體加強(qiáng)措施：a.增加一榀縱向桁架；b.水平筋每隔3 m增加一道規(guī)格同主筋的加強(qiáng)筋；c.鋼筋籠下部14.5 m范圍內(nèi)，橫向桁架加密由4 m一道改為2 m一道；d.混凝土灌注腔加設(shè)C型桁架；e.每隔3 m增加一道直徑25 mm加強(qiáng)拉筋等來保證異形槽段鋼筋籠一次整體起吊不變形、提高安裝的成功性和安全性。

3.2 內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)施工

施工混凝土內(nèi)支撐時，先將基坑土體開挖至某道內(nèi)支撐梁設(shè)計底標(biāo)高以上10 cm位置，然后采用人工方法清除支撐梁范圍內(nèi)的土體至支撐梁底標(biāo)高以下2 cm處。此時人工整平梁底部區(qū)域再行支撐底模板和側(cè)模板，底模板和側(cè)模板均采用1.5 cm厚的竹膠板，側(cè)模需要再采用鋼管斜撐和對拉螺栓進(jìn)行加固處理。在標(biāo)高放樣時，還需要進(jìn)行起拱預(yù)拋高，這是因為混凝土梁在自重作用下會產(chǎn)生下沉，起拱預(yù)拋高形成類似預(yù)應(yīng)力的狀態(tài)抵消拆模后的下沉，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。圍檁與內(nèi)支撐、地下連續(xù)墻可靠連接，采用吊筋將圍檁與地下連續(xù)墻連接，內(nèi)支撐在格構(gòu)柱節(jié)點處進(jìn)行加腋，格構(gòu)柱在梁底增加承托板，保證支撐梁受力均衡。

為了提高施工精度，保證立柱樁樁位正確和格構(gòu)柱中心安裝精度，在常規(guī)施工的基礎(chǔ)上特意加工制作了格構(gòu)柱安裝定位輔助底架(見圖4)，定位輔助底架采用10號槽鋼制作，并在定位底架四邊中心刻有“十字”線記號，用于對準(zhǔn)護(hù)筒中心，用于對準(zhǔn)X與Y支撐軸線，定位底架固定在地面上。定位底架四角處焊有鋼板并各留一個φ28 mm螺孔，可與地面固定。

采用一臺起吊能力不小于25 t的吊車來吊放格構(gòu)柱，在格構(gòu)柱上部位置布設(shè)吊點。格構(gòu)柱綴板及角鋼與鋼筋籠主筋固定焊接。格構(gòu)柱中心線應(yīng)與樁基中心線重合，其誤差不能超過5 mm，垂直度偏差小于1/300。焊接過程中，吊車始終吊住格構(gòu)柱，避免其受力。下放時立柱各邊與支撐軸線垂直或平行，到位后需準(zhǔn)確調(diào)整格構(gòu)柱的方向和標(biāo)高，使其滿足規(guī)范及設(shè)計要求[7]。

4 結(jié)語

深基坑工程的支護(hù)設(shè)計和施工是深基坑工程能否順利建造的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，從某種程度上來說深基坑支護(hù)設(shè)計施工的成敗會對深基坑工程安全、工期、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益等產(chǎn)生巨大的影響。在復(fù)雜地質(zhì)和環(huán)境條件下選擇確定適宜的深基坑支護(hù)形式以確?；蛹爸苓叚h(huán)境安全更是顯得尤為重要和必要。基于此，本文以××地下水位高的粉土粉砂易塌地層和復(fù)雜環(huán)境下的深基坑工程為例，對基坑支護(hù)系統(tǒng)包含的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較為詳盡的研究和闡述。目前本文背景工程已順利實施完成，據(jù)監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)顯示地下連續(xù)成槽、立柱樁成孔和立柱垂直度都滿足設(shè)計要求，開挖后顯示地下連續(xù)墻成墻質(zhì)量優(yōu)良，開挖過程對周邊環(huán)境影響亦較小，說明本文背景工程深基坑實施效果良好。本文所總結(jié)積累的復(fù)雜地質(zhì)和環(huán)境條件下深基坑支護(hù)設(shè)計施工關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)工程經(jīng)驗，可為后續(xù)類似地質(zhì)環(huán)境條件下深基坑設(shè)計施工提供參考。