紧邻既有建筑的深基坑支护施工技术

郭文博 杨坤 许洋 李丹 李永帅

紧邻既有建筑的深基坑工程项目周边环境一般较为复杂，选择合理的支护方法能减小对邻近建筑的扰动，降低施工成本。结合工程实例，研究了排桩+钢管斜撑支撑体系在该类深基坑支护中的应用情况，介绍了这种支护方法的施工工艺和技术优势；提出了一种将斜撑底端支撑在地下室底板上，由桩基础分担基坑边缘土体下滑力的施工方法，这种施工方法可有效提升支护结构稳定性；利用BIM技术对斜撑布置点位和角度进行了调整，避免了支护构件与主体结构的碰撞。

深基坑； 基坑支护； 支护形式； 排桩+钢管斜撑； BIM技术

TU94+3 A

［定稿日期］2021-12-29

［作者简介］郭文博（1996—），男，碩士，助理工程师，从事房建工程技术管理工作。

21世纪以来，随着城市建设速度的加快，紧邻既有建筑的深基坑工程项目也开始逐渐增多［1］。由于既有建筑物变形敏感程度、用地红线和周边地质条件等因素的影响，该类项目深基坑支护施工往往具有一定的难度，此时选择一种适合的支护技术就显得尤为重要［2］。而传统的桩锚支护体系应用于紧邻既有建筑的深基坑支护时，会对邻近建筑地基造成较大影响，同时在锚索点位布置上也存在诸多限制。因此，如何在保证支护体系结构安全稳定性的基础上，降低该类深基坑支护施工的难度和成本，成为了当今工程领域学者们所关注的热点问题［3-4］。

排桩+钢管斜撑作为一种可灵活排布的支撑体系，施工时可不受基坑周围建筑和用地红线的影响，利于土方开挖，能明显缩短工期，且其造价较低，可带来一定的经济效益［5-6］。此外，这种排桩+钢管斜撑支撑体系刚度较大，控制土体变形能力较强，能适应各类基坑支护工程［7］。

本文主要介绍排桩+钢管斜撑在宜宾临港新区大学科技园项目深基坑支护中的应用情况。

1 工程概况

本工程项目安全等级为一级，基坑设计深度为7.8～16.3 m，基坑周长约为730 m。土方开挖采用机械大开挖，基坑土方工程量约为47万m3，属于超过一定规模等级的危险性较大的分部分项工程。项目周边环境较为复杂，南北面紧邻城市主干道路，东西面分别邻近宜宾大数据中心和宜宾复烟厂、宜宾救灾物资储备库，属于紧邻既有建筑的深基坑工程项目，详见图1。其中，基坑东面中段坑壁与复烟厂距离最近，距右侧用地红线也仅为2 m左右，施工范围过于狭窄。并且该复烟厂建造时间较为久远，缺乏地勘报告，导致地下土层分布不清，同时建筑物变形敏感程度较高，致使该段基坑支护设计难度大，施工作业困难。

传统的桩锚支护体系虽可解决施工范围过于狭窄的问题，但按照桩锚支护设计稳定性验算分析，该段基坑需分别打入25 m、37 m、42 m长的三排预应力锚索才能满足支护要求。由于在不清楚土质的情况下，将锚索打入较深土层，易对土层造成较大扰动，继而引发复烟厂建筑变形，具有较高的安全隐患。

通过调查研究发现，基坑东面中段支护形式可将排桩+锚索支护改为排桩+钢管斜撑支护。由于钢管斜撑点位布置灵活、对土层扰动较小，可大幅度提高施工便利度，而且钢管可重复利用，同时能降低经济成本。因此本项目基坑东面中段紧邻既有建筑位置处，拟采用排桩+钢管斜撑的支护方式来减小对既有建筑地基土层的扰动。基坑其余各段则分别采用排桩+锚索、土钉墙支护和网喷支护等常规支护方式。

2 排桩+钢管斜撑支护设计

支护设计中排桩+钢管斜撑支护体系主要由1500 mm，长度20 m的排桩和800 mm，壁厚20 mm的钢管组成，如图2所示。

其中排桩钢筋笼主筋和加劲筋等级均为HRB400，箍筋为HPB300，采用长护筒+泥浆护臂钻进成孔。排桩间设置有高压旋喷桩，防止粉砂等软弱土层垮塌，并起到止水帷幕的作用。排桩顶部设置有冠梁，并进行锚索锚固，排桩和冠梁的混凝土等级均为C30。

钢管斜撑上下端连接节点位置均设有斜撑支座，由厚度20 mm的预埋钢板与C40现浇混凝土制作而成，如图2所示。其中上端的斜撑支座通过25 mm的钢筋锚入腰梁进行加固处理。斜撑下端位置提前制作好桩顶承台，按照支护设计对承台进行加大处理，使承台主筋延伸至扩大区，同时在扩大区上部的筏板预留好孔洞。这种方法可使斜撑下端支撑在地下室桩基础上，由主体结构基础分担基坑边缘土体下滑力。排桩距离斜撑投影下方5.1 m内的土体还需进行坑内土加固处理，设有高度6 m，0.6 m的高压旋喷桩。在后期地下室施工时，钢管斜撑不能拆除，则需穿过地下室顶板和外墙，施工前要预留好孔洞。在地下室整体施工完成进行回填时，则可对钢管斜撑进行拆除，并修复地下室外墙、顶板和底板的预留孔洞。

通过验算分析，这种斜撑新型施工方法切实可行，解决了施工时支护体系与地下室外墙发生碰撞的难题，提高了排桩+钢管斜撑支护体系的结构安全稳定性，带来了可观的经济效益。

3 排桩+钢管斜撑支护施工

本项目排桩+锚索、土钉墙支护和网喷支护等常规支护方式均按照规范进行正常施工，本文不作详细介绍，主要介绍紧邻既有建筑位置处排桩+钢管斜撑支护的施工方法及工艺。排桩+钢管斜撑支护体系中相关结构施工主要按照支护桩、冠梁、腰梁和钢管斜撑的顺序进行。

3.1 排桩及桩间加固施工工艺

土方开挖至排桩设计标高位置处时，进行支护桩及桩间加固施工。施工工艺流程为测量放线，确定桩位—桩位埋设钢护筒—旋挖机钻进成孔，成孔过程中采用泥浆护壁—成孔检测后，进行清孔—检测沉渣厚度后，下放钢筋笼—灌注水下混凝土—成桩后，起拔护筒，进行桩体检测。

排桩间采用高压旋喷桩加固处理，施工工艺流程为测放桩位—使钻机跟管钻进引孔—置入75 mmPVC管，防止塌孔—置入旋喷管—由孔底至孔顶高压旋喷注浆—孔口补浆—浆体养护—加固效果检测。

3.2 冠梁施工工艺

排桩施工完成后，排桩顶部进行冠梁施工。冠梁施工工艺流程为测量放线，确定冠梁底部标高—按照放坡比例进行土方开挖—破除排桩头—冠梁底部浇筑混凝土垫层—绑扎钢筋—搭设模板—浇筑混凝土—冠梁混凝土养护。

3.3 腰梁施工工艺

土方开挖至腰梁标高位置处，进行腰梁施工。腰梁施工工艺流程为测量放线，确定腰梁底部标高—使用风镐将支护桩身剔打平整—按照设计在支护桩上植筋—安装底模—绑扎钢筋—安装侧模—浇筑混凝土—腰梁混凝土养护。

3.4 钢管斜撑施工工艺

钢管斜撑的具体施工工艺流程：在排桩、冠梁、腰梁支护体施工完成后，斜撑支护段位置可继续向下开挖土方。开挖至距基础标高位置7 m处，停止土方开挖。基础标高上方的剩余土体为预留土，见图3（a）。此时开始进行斜撑投影面积下坑内土体加固处理，加固措施采用高压旋喷桩，土体加固区域长度为斜撑支护段，宽度为排桩左侧5.1 m范围内的土体，高度为基础标高下方6 m范围内的土体。

坑内土加固完成后，在预留土体位置处进行预留反压土体开挖，即按照7 m的高度进行1∶1放坡，如图3（b）所示。最终预留反压土体剖面整体呈梯形，上底宽4 m，下底宽11 m，高度为7 m。进行预留反压土体开挖时，应同时开始反压土体外桩基、基础等工序的施工。该阶段施工时可结合基坑土质情况进行动态控制，如开挖至本剖面基坑表现稳定，则可进一步减少预留土体高度至6 m或更低。但若基坑出现较大位移，则应对预留反压土体施加网喷支护等加强措施，保证基坑安全。

预留区以外基础底板及承台施工完成后，利用主体承台、桩基础为支点，施工斜撑，同时开始逐步挖除预留反压土，见图3（c）。此施工工序须提前规划出土进度与路线，避免地下室全面封闭导致无法出土。

预留反压土全部挖出后，开始施工预留土体位置处的基础和地下室。为配合斜撑，地下室施工过程中要在顶板和剪力墙上预留好洞口，如图3（d）所示。预留洞口位置、尺寸须与主体结构协同，避开梁、柱等无法预留施工缝的构件。地下室施工完成后进行地下室外墙土回填，回填至图3（d）所示位置处拆除斜撑。将预留洞口修补完成后斜撑施工结束。

4 BIM构件碰撞检测

由于支护设计中基坑东段的排桩+钢管斜撑支撑体系会穿插进地下室主体结构中，并且主体结构设计与支护设计还具有一定的独立性，这极大可能会导致钢管斜撑与主体结构构件发生碰撞。因此在排桩+钢管斜撑支护施工前，必须检测图纸中的构件碰撞问题。

传统的二维平面图纸进行碰撞检测时，具有二维空间层面的限制，不仅效率低，而且容易遗漏碰撞问题［8］。鉴于此，项目对基坑东面斜撑段建立了BIM模型，通过BIM三维模型检测支护构件与主体结构的碰撞问题。

基于BIM三维模型检测发现，在该支护段14根斜撑中，均出现了不同程度的碰撞问题，其中突出问题为部分斜撑中段与主梁或次梁发生了冲突，还有部分斜撑底端贯穿了地下室内墙，详见图4。整理好各类碰撞问题后形成了斜撑与主体结构模型碰撞报告。通过开展可视化技术交底，及时对支护设计中斜撑角度和布设位置进行了调整。并对斜撑段基础受力重新进行了计算，验证其结构安全稳定性。受力计算通过后，按照调整的设计图纸进行了斜撑BIM模型更新，并对构件碰撞问题进行了复核，调整后的模型如图5所示。观察图5可以明显发现，调整后的各个斜撑布置合理，成功解决了构件冲突问题，不仅可提高后期施工效率，还能避免返工，降低成本。

5 结论

本文结合紧邻既有建筑的深基坑工程，概述了钢管斜撑+排桩支撑体系在基坑支护中的应用情况，详细介绍了该类支撑体系的施工工艺，针对本项目中斜撑施工情况进行了技术创新，提出了一种由主体结构分担边坡下滑力的支护施工方法，并利用BIM三维模型检测了钢管斜撑与主体结构的碰撞问题。主要得出结论：

（1）紧邻既有建筑的深基坑支护方法选择和加固点位布置会受到一定程度的限制，但钢管斜撑+排桩支撑体系具有可灵活排布、可局部施工、利于土方开挖、成本低、空间需求小等优点，可广泛应用于该类工程项目。

（2）当设计中地下室外墙与基坑外壁距离过近时，可考虑在地下室底板、顶板和外墙上预留洞口，使斜撑穿过预留洞口，支撑在主体基础上。这种方法不仅解决了施工时支护体系与主体结构发生碰撞的难题，还可有效提升基坑支护结构稳定性。

（3）BIM技术在工程项目关键节点位置可发挥巨大作用。利用BIM模型对钢管斜撑位置进行节点优化，不仅解决了钢管斜撑與主、次梁和地下室内墙的碰撞问题，还将技术交底可视化，使整个施工工艺更加清晰。

参考文献

［1］ 柳军.排桩+斜抛撑支护体系在深基坑中的应用［J］.工程建设与设计，2021（11）：18-19.

［2］ 赵帅权.在深基坑中斜撑支护体系的应用研究［J］.科技风，2020（22）：107.

［3］ 田野，宋志，张松波，等.桩顶设置斜撑在深基坑多级支护中的应用［J］.地下空间与工程学报，2021，17（S1）：304-311.

［4］ 林子晔.斜抛撑在深基坑支护中的应用研究［J］.施工技术，2018，47（S1）：11-15.

［5］ 刘燕，刘俊岩，王海平.基坑斜撑支护体系先拆后撑法研究［J］.岩土工程学报，2010，32（S2）：77-80.

［6］ 刘裕华，陈征宙，毕港.一种改进的斜支撑体系支护某超大深基坑的变形分析［J］.防灾减灾工程学报，2011，31（1）：38-43.

［7］ 郭学伟，庞爱红，徐明.某工程软土基坑支护设计及钢斜撑的应用［J］.施工技术，2013，42（19）：22-25.

［8］ 马广斌，徐梦南，肖建东，等.BIM技术在斜抛撑施工过程中的应用［J］.城市住宅，2021，28（3）：255-256.