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摘要：建筑基坑开挖与支护施工是一个复杂的岩土工程问题，涉及土体稳定性与支护结构相互作用等各种难题。保证施工安全是至关重要的事情，因此本文结合工程案例对基坑开挖与支护施工技术进行了分析。
关键词：基坑；开挖；支护；施工技术
基坑开挖是建筑物基础施工必然要涉及的环节，特别是高层建筑多设地下室，基坑开挖深度往往超过5m，由此形成复杂的岩土工程问题。根据工程地质条件和周边环境情况，基坑开挖可采用无支护开挖（垂直开挖、放坡开挖）、支护开挖、逆作法/半逆作法开挖、综合法支护开挖（部分放坡开挖、部分支护开挖）4种形式[1]。通常，放坡开挖经济、施工简单，是基坑开挖的首选方式，然而城市工程建设中常不具备放坡开挖的条件，故而支护开挖成为基坑开挖的主要方式。鉴此，本文主要对基坑工程支护开挖施工技术进行了分析。
1 基坑开挖的支护形式
1.1 支挡式结构
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）定义及说明，支挡式结构是以挡土构件和锚杆或支撑所构成的支护体系的统称，包括排桩-锚杆、排桩-支撑、地下连续墙-锚杆、地下连续墙-支撑、双排桩、悬臂式排桩等结构形式。排桩是沿基坑侧壁排列设置的支护桩体，包括钻孔灌注桩、预制桩、挖孔桩或各种混合式桩，桩顶一般要设置冠梁，以提高支护体系的整体性和刚度。地下连续墙是在槽孔中浇筑钢筋混凝土构成的连续地下墙。锚杆是一种受拉杆件，一端固定于土层内，另一端与工程构筑物相连，利用土层的锚固力维持工程构筑物的稳定。排桩或地下连续墙与锚杆结合相当于给桩身或墙体增加了支点约束，特别是预应力锚杆的应用可增大桩身或墙体的剪切抗力，对于减小桩身或墙体位移发挥积极的作用[2]。支撑是由钢筋混凝土或钢构件构成的内支撑体系，主要用来平衡围护桩身或墙体的侧压力，与锚杆作用类似。锚杆系统为基坑内部提供更加开敞的施工空间，但不适用于周边有建筑物、管线的场合。双排桩为超静定刚架结构，用于既不适合设置锚杆，也方便采用内支撑时的最佳选择。与单排桩相比，双排桩的侧向刚度大幅度提高，能够有效限制基坑侧壁变形。悬臂式排桩的桩顶位移大，内力分布不理想，所以只适合深度较浅且对侧向位移要求不严格的场合。
1.2 土钉墙
土钉墙是由密集分布于原位土体中的土钉、喷射混凝土面层及土钉之间的加固土体共同构成的具有自稳作用的挡土墙。土钉是一种细长杆件，主要通过钻孔注浆（螺纹钢筋）、直接打入（钢管或角钢）、打入注浆（钢花管）方式成为土钉[3]。面层设置钢筋网，再喷射混凝土。从工作机理上看，土钉墙类似于重力式挡土墙，可提高基坑侧壁的整体稳定性及坡顶的超载能力，由于施工简便、快速、噪声小、成本低，故在我国获得广泛应用。土钉墙分为单一土钉墙和复合土钉墙，只由前述基本要素构成的土钉墙称为单一土钉墙，单一土钉墙与其他支护形式组合构成复合土钉墙。根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》（GB 50739-2011）3.0.2条，复合土钉墙分为截水帷幕复合土钉墙、预应力锚杆复合土钉墙、微型桩复合土钉墙及上述两种或两种以上复合土钉墙的组合。复合土钉墙比单一土钉墙对地层的适应范围更广、能力更强。然而需要注意的是，无论单一土钉墙，还是复合土钉墙，都有许多事故先例，这是因为土钉墙设计理论尚不完善，应用时必须严格控制适用条件。与支挡式结构相比，土钉墙不适合较深的基坑，一般基坑深度不得超过15m。
1.3 重力式水泥土墙
重力式水泥土墙是以水泥为固化剂，通过搅拌机械将固化剂与土体进行掺搅、混合，形成连续搭接的格栅状或满堂实体状的重力式支护结构。在搅拌桩内通过加入型钢而成为加筋搅拌桩（SMW工法搅拌桩）。根据搅拌机械类型，应用较多的是双轴搅拌桩和三轴搅拌桩。这种支护结构最适于加固深度不超过7m的软土基坑，例如淤泥质土基坑或淤泥基坑。由于锚杆缺乏适合的锚固土层，内支撑又增加地下结构施工难度，这种情况下选择重力式水泥土墙方案是适宜的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但土中含有较多的伊利石、水铝英石、氯化物等矿物时，水泥加固效果较差，所以软土基坑加固效果也需要通过试验来验证其适用性。
2 基坑支护开挖技术应用
2.1 工程概况
某高层建筑地下2层，基坑面积约1.7万m2，深度平均8.5m，最深处10.7m。地基土由上至下依次为素填土（厚0.4～1.3m）、黏土（厚0.5～1.3m）、淤泥质土（厚1.7～3.8m）、淤泥（厚5.8～11.3m）。场地周边10m范围内有市政道路（地下管线较密集）和多层建筑。
2.2 支护方案
由于周边有地下管线和建筑物，且为软土基坑，深度也较大，不适宜采用重力式水泥土墙和锚杆支护形式，所以选用了单排桩+内支撑的支护结构。排桩采用 800/900mm、桩长17～18.5m的钻孔灌注桩，间距1.0m，沿基坑周边布置。在围护桩内侧与钢筋混凝土水平内支撑结合部的坑底设置 1200mm、桩距1.0m、桩长3.5m的高压旋喷桩，以加固基底土体，并设为宽1.2m的格栅形。在围护桩的外侧套打 500mm高压旋喷桩止水。内支撑采用圆环结合桁架的形式，即内圆环与围护桩侧环梁之间通过连系梁连接，并设置立柱承受支撑重量。支撑结构平面刚度大、整体性好，同时内部空间开阔，便于土方开挖。
2.3 支护结构施工
围护桩采用旋挖钻机“跳打法”成孔，并利用泥浆进行护壁，下放钢筋笼，运用导管法灌注水下混凝土。后打桩孔应在相邻桩灌注混凝土3d后进行。桩顶浇筑标高应略高于设计标高，施工完成后凿除桩顶浮浆至设计标高，同时清出桩顶预留钢筋，将其锚入冠梁钢筋中绑扎，然后立模浇筑混凝土。 1200mm高压旋喷桩采用双轴搅拌机施工，采用“两喷三搅”工艺。 500mm高压旋喷桩采用单重管搅拌机施工。支撑混凝土在冠梁施工后，挖土至支撑梁垫层下开始施工。
2.4 土方开挖
基坑开挖前先进行降水，以促进坑内土体固结。因围护桩已设止水旋喷桩，由外围渗入的水较少，设置积水明沟蓄积坑壁渗水、大气降水和引流水，再抽排至市政排水系统。开挖采用“大基坑小开挖；先撑后挖；分区、分层”的原则。“分区”就是将开挖区按后浇带分为4个区（A、B、C、D），“分层”就是将基坑立面分为3个层次，冠梁底以上A 1～D1层，支撑梁底与冠梁底之间为A2～D2层，基础底板垫层底与支撑梁底之间为A3～D3层。挖土总体顺序为A→B→D→C。第1层（标高-2.55～-0.8）敞开式开挖，预留中心岛，其余地方挖至底标高，冠梁施工后再回填。第2层（标高-4.45～-2.55）分台阶放坡开挖，挖除中心岛。开挖时冠梁混凝土强度须达到设计强度。第3层（坑底标高～-4.45）待支撑梁混凝土强度达到设计强度的90%以上再开挖，在圆环周边均匀开挖。
3 结语
随着高层建筑的大量建设及地下空间的开发利用，基坑工程的开挖与支护成为建筑基础工程中必须关注的问题。过往事故案例说明基坑工程属于风险较高的工程，因此工程技术人员应当重视基坑开挖与支护技术的研究，并从成功案例中汲取有益的经验，以降低风险、提高施工安全性和效益。
参考文献：
[1] 任建喜，郑选荣.地下工程施工技术[M].西安：西北工业大学出版社，2012：155-156.
[2] 刘岸军，屠忠尧.排桩锚杆联合支护在淤泥质黏土基坑中的应用[J].建筑结构，2014，44（1）：88-91.
[3] 刘利民.浅谈土钉墙施工工艺及常见问题处理[J].西部探矿工程，2014（7）：29-31.
论文作者:梁成昆
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/22
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