建筑工程深基坑內支撐支護施工工藝探討

劉偉峰

山西三建集團有限公司 山西 長治 046000

深基坑多見于高層建筑項目，隨著城市化快速發展，建筑工程規模變大、建筑物的高度不斷增高，對基礎施工提出新的要求和挑戰。深基坑支護不僅影響基坑結構的穩定性，還關系到工期、造價管理效果。以鋼筋混凝土或鋼管為原材料的內支撐結構，不受周邊場地的限制，能提高土方開挖效率，在深基坑施工中取得良好效果[1]。以下結合實踐，探討了鋼管內支撐支護方案的施工方法，并與預應力旋噴錨樁支護方案進行比較，為深基坑支護施工提供參考。

1 工程概況

某商業建筑項目，由B棟、C棟高層建筑，5層裙房及3層地下車庫組成，占地面積共計1.32萬m2，建筑面積共計15.46萬m2，包括地上建筑面積12.86萬m2、地下建筑面積2.60萬m2。其中，高層建筑采用筏板-樁基礎，B棟共有23層，C棟共有26層；裙房建筑采用承臺-筏板-樁基礎。該施工場地東側、南側是已建成的市政道路，道路寬度14～26 m之間；西側是待開發區域，距離地下室外墻12.7 m處有雨污管線，埋深約1.5 m；北側是A棟建筑，目前已正式運營使用。地質勘察結果顯示，該施工場地地下45 m范圍內，自上而下依次是雜填土、黏土、粉土、粉質黏土、粉土、粉質黏土、含砂粉質黏土。施工中，基坑開挖深度在15～19 m之間，為保證安全必須采取支護方案。

2 深基坑支護總體方案

結合該工程實際情況和現場環境，將整個施工場地劃分為B區、C區、1區、2區、3區5個區塊。B區采用連續墻+鋼筋砼/鋼管內支撐支護方案，其他區塊采用土釘護坡+鉆孔灌注樁+預應力旋噴錨樁支護方案，如圖1所示。

圖1 深基坑施工區塊劃分及支護示意圖

內支撐支護方案中，內支撐由1道鋼筋砼支撐、2道鋼支撐組成。其中第2道鋼支撐采用直徑800 mm、壁厚16 mm的鋼管，第3道鋼支撐采用直徑600 mm、壁厚16 mm的鋼管。鋼管支撐系統由支撐桿系及附屬構件組成，其中活絡端頭類似于抽屜，隨著液壓千斤頂施壓，桿體可伸長或收縮，滿足支撐長度的變化要求。

預應力旋噴錨樁支護方案中，錨樁的直徑為500 mm，樁長在22～27 m之間，預應力鋼束由3根直徑為15.2 mm的鋼絞線組成，抗拉強度標準值為1860 MPa。為滿足錨樁的張拉施工要求，鋼絞線外露長度為70 cm，張拉設計值為400～700 kN。張拉時，先用20%鎖定荷載預張拉，然后用50%、100%鎖定荷載分級張拉，最后用110%鎖定荷載超張拉，維持5 min后鎖定荷載。

3 鋼管內支撐支護施工工藝

3.1 深基坑開挖

深基坑開挖采用機械+人工作業法，遵循縱向分段、豎向分層、先撐后挖、均衡開挖的原則。技術要點：

（1）先使用短臂反鏟挖機、長臂挖機，開挖的土方經自卸車外運；開挖至基坑底部時，預留0.5 m厚度轉為人工開挖并找平。

（2）豎向開挖時，第一層開挖深度為地面以下至第一道鋼筋砼支撐體系底面，進行冠梁、鋼筋混凝土支撐施工；第二層開挖深度至第一道鋼支撐中心下0.6 m，進行第一道鋼支撐架設；第三層開挖深度至第二道鋼支撐中心下0.5 m；第四層開挖深度至基坑底部0.5 m，轉為人工開挖，直至設計標高。

（3）放坡開挖時要注意保持坡頂穩定，坡頂無荷載、無松散土。坡底位置設置長、寬、深均為1 m的集水井，配置符合揚程功率的水泵，對坡頂、邊坡、坡底水定期抽排。若發現少量滲漏及時處理，先堵漏后開挖，防止滲漏點擴大。

3.2 鋼支撐預拼裝

（1）鋼支撐使用直徑為800 mm、600 mm，壁厚為16 mm的鋼管，材料進場時由專職人員進行質量檢驗，達到設計要求才能進場，否則退場處理。（2）多節鋼管經法蘭盤連接形成鋼支撐，其一端是固定的，另一端是活動的?，F場施工中，根據土方開挖進度、斷面寬度對鋼支撐進行拼裝，檢驗質量合格，重點對軸線偏差、撓曲變形進行控制，確保在允許范圍內。（3）拼裝完成的鋼支撐節段，安放時若相鄰鋼支撐的間距較小，固定端與活動端錯開；若鋼支撐的長度較大，則分段加工再組合拼裝。所有鋼管加工完成，設置統一編號才能吊運至基坑內，方便后續使用，防止發生差錯。

3.3 鋼支撐安設

（1）以設計圖紙為主，經現場測量放樣后，確定每一道支撐的安裝位置，使用紅色油漆標記。架設鋼支撐的墻面要平整，整個支撐體系受力均勻，以確保鋼支撐的穩定性。（2）鋼支撐固定端頭處的支架，使用角鋼焊接成型；活絡端頭的支架，使用鋼板焊接成型。使用紅色油漆標記的支撐位置，打設螺栓安裝鋼支架，或利用預埋鋼板進行焊接，確保支架的牢固性[2]。另外，在鋼支撐端部設置拉索，和連續墻相連；在預埋鋼板上焊接防滑塊，防止支撐結構受力時發生側向滑移。

3.4 鋼支撐吊裝就位

（1）利用80 t履帶吊對鋼支撐整體吊裝，到位后暫不松開吊鉤，而是將活絡頭拉出頂住鋼板，在頂壓位置放置液壓千斤頂2臺，并用托架固定。千斤頂的兩端，分別與鋼板、底座接觸，根據要求施加預應力，到位后用鋼楔塊填充縫隙并焊牢。然后松開千斤頂，解開鋼絲繩，鋼支撐安裝完成。（2）嚴格控制鋼支撐的就位精度，軸線水平度、撓曲度、兩端定位標高的偏差滿足表1要求。

表1 鋼支撐吊裝就位精度允許偏差

（3）支撐架設完成，在下一階段的土方開挖前，對預應力進行檢查，以保證支撐效果。對于預應力損失的情況，若損失超過3%要再次施加預應力，未超過3%不進行處理。

3.5 施加軸力

（1）對鋼支撐施工預應力，來控制墻體發生水平位移，按照從上到下的順序施加預應力，完成后12 h觀測預應力損失情況，測量墻體水平位移量，作為設計復加預應力的依據。（2）千斤頂安裝在鋼支撐的活動端，每次施加10%的預加軸力，檢查支撐及各部件，對異常位移、變形等情況進行處理，無異常再繼續施加預應力直至完成，第2、第3道鋼支撐的預加軸力分別是300 kN、200 kN。（3）鋼支撐預加軸力后，若在下一階段土方開挖前預應力損失超過3%，要進行復加軸力，以確保圍護結構的穩定性。

3.6 內支撐拆除

（1）當樓面板結構的砼強度達到設計值80%，完成結構換撐后，可對內支撐進行拆除[3]。使用吊機將鎬頭機吊放在大底板上，并且設置橡膠墊，以便在拆除作業中保護大底板。（2）內支撐拆除時，先拆角撐部位、再拆對稱部位。為保證格構柱受力均勻，主撐兩邊要對稱拆除，如下圖2所示，按照圖中數字順序拆除。

圖2 內支撐主撐的拆除示意圖

（3）分區塊拆除時，為保證基坑邊緣的穩定性，先將圍檁斷開再拆除支撐，可均勻釋放基坑的應力。施工班組從一端向另一端推進，先拆除次要構件如連續梁，后拆除主要構件如大梁。

4 預應力旋噴錨樁支護施工工藝

預應力旋噴錨樁支護施工，是鉆孔后向孔內注入水泥漿、置入錨索，形成旋噴樁加固體，提高深基坑的穩定性，如下圖3所示。本次施工中，使用中低壓旋噴機具，最大攪拌直徑為1.5 m，最大施工深度為32 m。

圖3 預應力旋噴錨樁結構示意圖

4.1 鉆孔

（1）以設計圖紙為準，預應力旋噴錨樁的直徑為500 mm，為保證鉆孔作業精度，先開挖寬度≥5 m、深度在錨索腰梁以下1.2 m的溝槽，為施工設備提供作業平臺。（2）鉆進過程中，監測鉆孔的中心位置和深度，防止孔位偏移。鉆進速度為0.3～0.5 m/min，退出速度為0.5～0.6 m/min，轉速為20～50 r/min[4]。

4.2 注漿

（1）旋噴施工采用進退兩噴兩攪方法，利用鉆桿中空孔實現水泥漿的內旋噴注，水平傾角控制為20°。水泥漿的水灰比為0.7，水泥用量占比30%，在錨桿段、擴大頭段，注漿壓力分別為20 MPa、25 MPa，水平提升速度為0.4 m/min。（2）利用旋噴錨樁機具，在鉆孔的同時可進行注漿攪拌，形成水泥樁后將鋼絞線、錨頭構件插入孔內，從而加快施工進度。旋噴錨樁施工完成，檢查樁徑、樁長不小于設計值。

4.3 插筋

（1）每根錨樁內設置3 根直徑為1 5.2 m m 的鋼絞線，每根鋼絞線由7根鋼絲絞合形成，抗拉強度標準值為1860 MPa。為滿足錨樁的張拉施工要求，鋼絞線外露長度為70 cm。（2）張拉設計值為400～700 kN。張拉時先用20%鎖定荷載預張拉，然后用50%、100%鎖定荷載分級張拉，最后用110%鎖定荷載超張拉，維持5 min后鎖定荷載。（3）鋼絞線的保護軟管，上部在圍檁外700 mm，在鋼絞線插入水泥樁前，對保護軟管進行加固。穿過圍檁側面的鋼絞線，與側板形成90°角，在側模相應位置開孔，孔徑為16 mm，鋼絞線從孔中引出[5]。

4.4 養護填充

（1）預應力旋噴錨樁施工時，深基坑要分段分層開挖，分段長度為20 m，分層厚度為1.5 m。錨樁養護時間不少于14天，且張拉鎖定后方可開挖下方土方，注意保護鋼絞線，避免施工機具觸碰鋼絞線。（2）錨樁施工時，間隔2根跳打，確保錨樁終凝后才能對相鄰錨樁進行施工。腰梁使用工字鋼，腰梁與鉆孔樁之間的縫隙，使用C25細石砼填充密實，提高防滲能力。

5 兩種支護方案的支護效果及施工效益比較

5.1 支護效果比較

本工程中，除了B區一側外，其他區域均設置了錨樁，綜合鋼管內支撐與預應力旋噴錨樁的施工要求，深基坑支護施工順序是B區→C區→1區→2區→3區。為評價支護效果，以B區、C區為例，施工中監測墻頂水平位移及沉降、墻體側向變形、地面沉降、地下水位及土體隆起等項目，并根據變化速率及累計大小設置報警值，提醒技術人員及時處理。結果顯示，在最后3個監測周期內，周邊建筑物的平均變形速率＜0.04 mm/d，深基坑地表沉降的平均變形速率＜0.1 mm/d，說明兩種支護方案均取得滿意支護效果。

5.2 施工效益比較

在施工進度上，鋼支撐結構的跨度大，能在基坑平面內形成大面積無支撐的空曠區域，方便多種機械設備同步施工，因此土方開挖效率高，可縮短施工工期。在施工成本上，內支撐結構使用大量的鋼筋砼、鋼管等材料，雖然一次性投資大，但是施工工藝簡單；而預應力旋噴錨樁工藝復雜，需要投入的人工、機械成本高，因此內支撐方案的成本更低。綜上，鋼支撐支護方案的施工效益高于預應力旋噴錨樁支護方案。

6 結語

綜上所述，深基坑是建筑工程的重要組成部分，選擇合適的支護方案關系到施工質量、進度及成本等控制效果。本文結合實際案例，重點介紹了鋼支撐支護方案的施工方法，與預應力旋噴錨樁支護方案進行比較，結果顯示前者的施工效益更高。希望通過本次研究，為深基坑支護施工提供借鑒，促進施工作業有序進行。