组合支护技术在深基坑施工中的应用探讨

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　　摘    要：随着高层建筑发展和地下空间拓展的深入，深基坑越来越多，深基坑的支护方式也随之不断演化，特别是近年来组合支护技术的出现，更是让深基坑支护理论愈发完善。本文介绍了深基坑支护施工中常见的组合支护技术，阐述了组合支护技术的优化选择，提出了组合支护技术在深基坑支护施工过程中出现的问题和解决措施，为后续组合支护技术的应用完善提供参考和帮助。
　　关键词：深基坑支护;组合支护技术;应用探讨
　　1  引言
　　高层建筑和地下空间拓展的不断发展，促使基坑的体量和深度不断刷新记录，原有的基坑支护方式已经难以适应不断出现的深基坑支护需求。深基坑支护相比较于普通基坑，其支护形式、安全等级、风险防控、支护造价大幅提升，甚至在某些建筑项目中，深基坑支护效果和支护可靠性已经是限制建筑工程开发和工程质量的决定性因素，因此，深基坑支护需要重点关注。
　　2   深基坑支护结构的基本标准
　　第一，深基坑支护结构需要具备基本的抗变形能力。抵抗基坑开挖后基坑侧壁的土压力和水压力是基坑支护结构基本作用。对于深基坑而言，随着开挖深度的增加，支护结构需要承受的压力成倍增加，为了保证基坑的安全，深基坑支护结构必须具备基本的抗变形能力或者变形必须在可控范围内，绝对不能发生支护结构损坏和基坑边坡失稳的情况。
　　第二，深基坑支护结构必须控制基坑开挖对周边环境产生的不利环境效应。建筑密度与一个地区的人口密度以及经济发展水平成正比，绝大多数深基坑出现在城市中心位置，其社会影响不仅在基坑自身，也与周边环境息息相关。深基坑的支护结构，要适应基坑周围土体及地下水因基坑开挖引起的引力变化，控制应力变化可能带来的破坏性变形，最大限度保护建设项目影响半径内的建（构）筑物、市政管线、道路、河流等，避免深基坑施工带来的周边环境纠纷。
　　第三，深基坑支护结构要有一定的安全储备应对地下的不确定性。虽然支护结构多为临时性结构，出于建设成本考虑，设计时不会像建筑主体结构一样预留足够的安全储备，但是地下世界充满了未知性，依靠相关勘察工作无法对地下情况作出全面的判断，尤其是对某些分布范围小，但又刚好出现在控制性层面的不利地层，往往很难准确揭露。而且支护结构施工时，受施工单位人员技术水平和管理水平影响，支护结构施工质量也会有差异。考虑到这些不利因素的影响，支护结构设计时，必须留出一定的安全储备，毕竟安全无小事。
　　3  建筑工程深基坑施工中常见组合支护技术
　　组合支护技术是指将两种或两种以上支护方式结合起来，共同发挥基坑支护作用的支护方式，这种组合往往是由项目设计目标、周边环境、地质情况、项目工期及投资预算等因素综合决定的，在不同的建设项目中，支护方案需要考虑的侧重点不同。但是总体而言，深基坑的组合支护主要由围护体系和支撑体系两部分构成。
　　3.1  排桩与钢管内支撑结合的支护体系
　　排桩支护是当先运用最多，也是相对较成熟的围护体系。当前运用较多的桩型是水泥土搅拌桩、钢管桩、钻孔灌注桩。其中钻孔灌注桩经过多年的发展，在我国运用比较普遍。钻孔灌注桩强度高，适用地层广，施工噪音小，施工没有振动，不会出现挤土现象。但是由于钻孔灌注桩施工时多采用跳桩法进行，相邻桩施工间隔要在24h以上，桩体之间连续性较差，甚至在某些特殊地区，地层各向异性明显，钻孔灌注桩的垂直度难以保证，导致开挖后会发现桩与桩之间开叉，这更加加大了桩体之间的空隙，导致灌注桩排桩的止水性变差，在高水位地区，往往要在灌注桩排桩外侧施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩作为单独的止水帷幕辅助钻孔灌注桩完成对基坑的围护。水泥土搅拌桩虽然止水性较好，但是其强度相对较低，虽然可以采用型钢水泥土复合搅拌桩（SMW工法），但受限于当前的施工控制技术和施工设备限制，难以满足深、大基坑的围护需要。
　　钢管内支撑随着钢结构工艺的成熟，已经频繁出现在深基坑的支护中。钢管内支撑，其自身重量轻，施工速度快，安装验收完成即可开始下一步的土方开挖，不存在支撑养护时间。而且钢管可重复使用，大大降低了施工成本。同时，在钢支撑安装时，可在支撑上安装支撑应力监测装置和千斤顶，这样不仅能够随时监测支撑体系的受力情况，评判支护体系的安全性，而且还能根据需要对钢支撑施加预应力或者在支撑轴力衰减后，及时进行补压，大大提升了支撑体系的可控化，甚至在安装自动检测设备和自动加压设备后，可以极大提升基坑监测的智能化。3.2  桩锚支护体系
　　桩锚支护体系主要包含排桩、锚杆（索）、腰梁、冠梁等构件，它们通过相互作用、相互影响来构成一个受力整体，其中排桩、锚杆（索）是主要的受力构件。排桩主要是钻孔灌注桩。作为围护结构的钻孔灌注桩，一般都采用大桩径，有时为了提高排桩的抗剪能力同时避免太大桩径带来的施工难度，会设计成双排桩，且考虑到桩体所受剪力在不同开挖深度的差异，一般都会通过提高局部配筋量来提升桩体的抗剪强度。锚杆（索）施工主要在桩体之间斜向成孔，一般不允许在桩体之上开孔，将锚杆（索）打入到稳定地层，端部与腰梁锚固，通过张拉对锚杆（索）施加预应力，预应力作用在排桩上，阻止排桩的水平位移。桩锚支护技术的实施对地层要求较高，要求施工地域土质紧密，在软土环境下效果则会不理想。
　　3.3  水泥土攪拌桩、地下连续墙与混凝土内支撑结合的支护体系
　　地下连续墙适用于绝大多数地层，在砂层中，也可以通过用水泥土搅拌桩预加固槽壁的方法来提高地下连续墙的成槽质量。原理上，地下连续墙不存在基坑深度限制，可以作为所有基坑的围护结构，但考虑到性价比，一般用于15m以上的深、大基坑支护。相比钻孔灌注桩，虽然地下连续墙的造价较高，但其可靠性和止水性有很大提升，而且施工工期也可缩短25%以上。地下连续墙施工时，可在地下连续墙钢筋笼上预留埋件（筋），以便基坑开挖后内支撑的施工。对于某些地下结构而言，地下层层高较大，当层高基本接近于基坑支撑纵向间距时，内支撑优先考虑混凝土支撑，此时，可以将混凝土支撑与地下结构梁结合起来，合二为一，既省去了混凝土支撑拆撑的麻烦和安全风险，又节约了材料，省去了结构梁的施工时间和养护时间。 　　3.4  地下连续墙与旋喷锚索结合的支护体系
　　当前，土地愈发紧张，尤其是城市黄金地段，用地成本节节攀升，如何最大化利用土地已成为城镇土地商业开发的重要命题。通过多年的实践比较，地下连续墙在城市建设中可以最大化提高土地利用率。地下连续墙不仅是一种极为可靠的深基坑围护结构，而且还能作为止水帷幕以及地下建筑外墙使用，“三墙合一”的优势可以节省很多的地下空间，同时，在基坑开挖时不用再考虑基坑放坡，能够有效提高施工场地利用率。地下连续墙施工时，在墙体上预留孔洞，然后进行旋喷锚索施工，通过腰梁将地下连续墙与锚索结合在一起，大大提升支护体系的可靠性，同时避免了其他支撑形式对基坑土方开挖的影响，提升土方开挖效率。这种地下连续墙与旋喷锚索结合的支护体系不存在拆撑的问题，可以加速地下结构的施工进度，同时这种支护体系可以长时间有效，比较适合建设工期较长的深基坑施工。
　　4  深基坑组合支护体系的选择
　　基坑的支护体系选择一直以来都是一个难题，国内外也没有一个统一的标准。《深基坑工程设计施工手册》中，把基坑支护方法的选择原则简单概括为“安全、经济、方便施工、因地制宜”，《基坑工程手册》中根据基坑开挖的深度和项目所属地区，列了一个方案选择表。而在实际操作过程中，各地又因为当地施工工艺的成熟情况，地质情况，甚至当地专家组的偏好等形成了具有地方特色的基坑支护方案选择流程。
　　通过大量实践，本人总结了以下几点，希望在基坑支护方案选择问题上能有所帮助。
　　（1）收集勘察报告和建设单位相关要求，提取可能影响基坑支护方案选择的主要数据和因素。
　　（2）充分参考当地同类工程项目的成功案例。成功的案例必定是最适应当地大的地质情况和当地的施工水准。
　　（3）确定初选方案。根据建设项目所处环境、建设单位对基坑支护的要求、基坑几何尺寸、基坑安全等级、勘察资料和相关规范，制定基坑检测项目，提出基坑变形监测控制参考值，初步确定至少三个基坑支护结构的形式。
　　（4）基坑支护方案综合评定。将基坑支护初选方案，分别按照综合造价、施工工期、工艺成熟度、支护系统先进性、场地需求、支护结构的再利用比例、支护施工对环境的影响、支护结构对后续施工的影响，对各项进行量化评分，然后将各项评分分别加权加和，各项权重分别为0.3、0.25、0.15、0.05、0.05、0.1、0.05、0.05。
　　（5）确定优选方案。根据三个支护方案的综合评定结果，得分最高的可拟定为优选方案。
　　（6）确定最终方案。将优选方案提交专家组评审，根据专家评审意见，对方案进行进一步优化，确定最终方案。
　　5  深基坑支护施工过程中出现的问题和解决措施
　　5.1  基坑的降水和止水问题
　　随着基坑开挖深度的不断增加，基坑支护结构所面临的地下水文环境也会愈发繁杂，特别是深基坑，基本都要面对基坑降水和止水问题。通过对以往基坑安全事故的调查分析，因地下水处置不当引起的基坑安全问题占比很高。在基坑围护结构施工完成后，基坑土方开挖前，必须制定专业的基坑降水和止水方案，特别是钻孔灌注桩等止水性较差的围护结构，必须施工止水帷幕。基坑降水应在土方开挖之前展开，随时监测地下水位变化情况，当地下水位太低，超过控制值时，为了避免对周围建（构）筑物产生不利影响，必须利用回灌井进行地下水回补，使水位保持在允许范围内。同时基坑开挖时，要储备足够的堵漏材料，以免止水帷幕漏水，影响基坑土方开挖，甚至冲毁基坑围护结构。
　　5.2  基坑变形检测和变形控制
　　基坑变形监测是守护基坑安全的屏障，要按照设计及规范要求，按时完成。深基坑围护结构变形是必然的，但变形必须控制在合理范围内。一旦发现变形超过预警值，必须采取措施对支护结构进行加固和补强，必要时，要撤离基坑内及基坑周边的施工人员和设备，待确定安全后再恢复施工。
　　5.3  基坑超挖和挖土过快问题
　　深基坑土方开挖要循序渐进，要严格按照设计深度和规范要求逐步开挖，要给支护结构留出足够的时间适应因土方开挖引起的应力调整。每一层土方开挖完成后，要及时进行支撑系统的施工，对于混凝土支撑和锚索（杆），必须保证强度和预应力达到设计要求后才能开始下一层土的开挖。
　　5.4  不按设计方案施工
　　按图施工是基本要求，但是有些施工人员盲目迷行经验，心存侥幸心理，不顾工程安全，怎么施工方便就怎么干，私自修改设计，给深基坑支护体系留下了安全隐患，甚至造成安全事故。深基坑支护体系施工，必须选择具备相应资质的单位，要加强施工人员安全教育和提升质量意识，提高施工组织管理水平，确保支护体系的施工質量。
　　6  结束语
　　随着科技的发展和工程实践的深入，深基坑的支护形式将进一步完善和改进，深基坑的组合支护方案也将更加多元化，如何根据特定的工程要求，选择最优的组合支护方案，还需要我们继续探索。
　　参考文献：
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