深基坑支护技术在高层建筑工程施工中的应用

张庆　贺海利

摘要：在简述深基坑工程和深基坑支护技术的基础上，通过案例详细阐述了运用钢筋混凝土钻孔灌注桩、钢筋混凝土内支撑、钢格构柱等深基坑支护方法，完成全过程深基坑支护工程的施工技术，可供从事深基坑工程施工的技术人员参考。

关键词：高层建筑；深基坑工程；支护施工；技术应用

1   深基坑工程概述

根据国家有关规定，开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）土方开挖、支护、降水工程，以及开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）安全的基坑（槽）的土方开挖、支护工程，属于深基坑工程。深基坑工程的具体内容，包括其勘察、设计、测量、支护、降水、土方开挖、地下结构施工、监测、土方回填等全部施工项目。其中深基坑支护，是指为保证深基坑地下结构的施工安全，保护深基坑周围环境及地下管线的安全，对深基坑侧壁、基坑周围以及地下管线采取的支撑、加固、围护等支护施工。

2   深基坑支护技术

深基坑工程须根据其地质、环境、现有地下结构、基坑深度、地下施工需要等具体情况，在深基坑开挖前或开挖中，对其周边实施支护。深基坑支护包括桩支护、地下连续墙支护、钢结构内支撑、钢筋混凝土内支撑等结构形式。深基坑支护技术的主要作用是防止深基坑坍塌、保障地下工程顺利进行。

2.1   桩支护

桩支护多种多样，根据其所用材料的不同，可分为混凝土灌注桩、水泥土搅拌桩、钢板桩、钢管桩等。其中钢板桩根据型材的不同可分为U型钢板桩、Z型钢板桩等。

根据基坑的深度，混凝土灌注桩的排列有间隔式、连续式、双排式等结构。当基坑较深、地下水位较高时，可采用钢板桩支护，其既能挡土、防水，还能防止发生流砂。为了加固桩支护，可在桩顶施设锚杆、土钉、冠梁等结构。

钢筋混凝土灌注桩可采用钻孔灌注桩施工工艺。该工艺采用桩机在泥浆护壁条件下慢速钻进，使用泥浆保护孔壁避免坍塌，并将土渣淤泥带出。在成孔内经过1次清孔后，放下钢筋笼再次清孔，使用水下混凝土浇筑方法，将泥浆置换出来形成钢筋混凝土灌注桩。

钢筋混凝土灌注桩亦可采用全护筒灌注法的施工工艺。该工艺采用全护筒内置螺旋叶片的双动力钻机，切割土体形成桩孔，同时将护筒内的土体取出。放下钢筋笼后，浇灌混凝土，拔出护筒后形成钢筋混凝土灌注桩。

2.2   地下连续墙支护

可采用在起重机动臂上悬挂液压抓斗、泥浆护壁、跳孔挖槽的方法，进行地下连续墙施工。其施工要点如下：设置泥浆池，用于制配泥浆。将挖槽产生的土方外运；成槽时控制泥浆液面。使用空气升液器将成槽内部的土渣淤泥清除干净，并补充合格的泥浆；将预制的钢筋笼安放在成槽内并调整好位置，采取水下浇筑方法浇筑混凝土。

地下连续墙可采用多轴搅拌桩机进行施工，其施工方法如下：使用钻头切削地层土成槽，同时使用钻头喷出的水泥浆液或土体固化剂与槽内地层土反复搅拌混合，形成一段地下水泥土连续墙。

2.3   钢结构内支撑

在大型深基坑正式开挖之前，在深基坑的外围施设灌注桩、旋挖桩、或地下连续墙进行支护，并在灌注桩、旋挖桩、或地下连续墙顶部设置钢筋混凝土冠梁予以加固。在土方开挖过程中，根据深基坑施工图纸设定的位置施设围檩予以加固。除此之外，还应设置单层或多层钢结构内支撑。

深基坑的钢结构内支撑由水平内支撑梁、立柱桩加钢支柱等组成，水平内支撑梁一般使用钢管、H型钢等钢材制作。水平内支撑梁的一端可调，用于向深基坑两侧施加预应力。立柱桩加钢支柱的作用是承担水平内支撑梁的垂直载荷，确保其纵向稳定性，增强水平内支撑梁的刚度。

冠梁的作用有二：一是连接和加固灌注桩、旋挖桩或地下连续墙顶部；二是冠梁上设置支座，用于承载深基坑上层钢結构内支撑，使其发挥水平支撑作用。围檩的作用有二：一是连接和加固灌注桩、旋挖桩中部；二是设置连接件，用于安装多层钢结构内支撑。

2.4   钢筋混凝土内支撑

在大型深基坑内设置钢筋混凝土内支撑需要具备的条件，与钢结构内支撑大体相同。深基坑的钢筋混凝土内支撑由水平支撑、立柱桩加钢支柱（即格构柱）等组成。通过土方开挖、平整场地、铺设模板、绑扎钢筋和浇筑混凝土形成内支撑结构，对深基坑内侧进行支撑。为了保持预应力、提高强度，大跨度钢筋混凝土内支撑的横梁，需要将其制成带有一定弧度的拱形。

随着深基坑钢筋混凝土内支撑技术的发展，钢筋混凝土内支撑可制成圆环形结构。根据深基坑工程施工的需要，圆环形钢筋混凝土内支撑可制成单层或多层结构。圆环形主梁体与深基坑内壁之间设置桁架结构，为便于施工，也还可在圆环形主梁体的空间设置栈桥。

3   深基坑支护案例

3.1   工程概况

某城市的高层商住两用楼工程项目为地上30层，地下2层，属于深基坑工程项目。经勘察可知，该工程项目施工区域内的地质条件以杂填土、黏土、粉质黏土等为主，地下水位较高、水量较多。该工程项目位于市区，其南侧与多栋住宅楼邻近，北侧距离地下市政管网很近，东侧距离市政道路较近，周边环境比较复杂。深基坑开挖深度为-10.5m。

3.2   深基坑支护方案

根据该工程项目深基坑施工现场的实际情况，经过反复研究，决定该深基坑的支护方案如下：采用单排钢筋混凝土钻孔灌注桩，在钻孔灌注桩顶部设置冠梁、单层钢筋混凝土内支撑支护。与其配套，采用高压旋喷桩阻挡地下水、设置格构柱支护钢筋混凝土内支撑。钻孔灌注桩的桩径为800mm，钢筋搭接长度≥160mm。钻孔灌注桩总长度为13.5m，桩体下端进入基坑底部5m以下。钻孔灌注桩顶部冠梁的断面尺寸为800mm×600mm。

将深基坑周围放坡到标高-2.5m处，并将钻孔灌注桩的桩头凿平到标高-2.5m处。钻孔灌注桩顶部设置的冠梁，用于加固钻孔灌注樁和连接钢筋混凝土内支撑。冠梁和钢筋混凝土内支撑可一起施工。钢筋混凝土内支撑主梁的截面尺寸为1000mm×850mm，桁架结构梁（腹梁）的截面尺寸为850mm×850mm。格构柱上部钢立柱的截面尺寸为500mm×500mm。

3.3   施工准备

对施工现场进行平整，铺设临时道路，布设现场配电、用水设施，确保其满足深基坑施工的需要。施工技术人员熟悉图纸和施工技术要求。测量人员根据引进的标高和定位点，使用全站仪等设备对深基坑方位、钻孔灌注桩位置等进行测量放样，确定控制点、做好记录并进行校验和复核。根据施工进度需要，材料管理人员配备所需材料并做好质量检验，保证材料供应。机械设备管理人员选配所需机械设备，确保其技术性能合格，并向操作人员进行安全技术交底。

3.4   桩基施工

3.4.1   支护桩施工

设置泥浆池，配置足够数量的护壁泥浆备用。钢筋混凝土钻孔灌注桩的施工流程如下：

测定桩位→搭设作业平台→桩机就位→开挖护筒孔并安装护筒→采用护壁泥浆辅助钻孔→成孔后进行第1次清孔→测量孔深→向成孔中吊放预制的钢筋笼→放置浇灌混凝土导管→第2次清孔→安放隔水栓→水下浇筑混凝土→拔除护筒→钻机移位进行下1个钻孔灌注桩施工。

桩机钻进速度应保持在1～1.50m/min之间。混凝土应符合相关标准规范的规定，其和易性、流动性良好，塌落度控制在180～220mm。混凝土浇灌期间的提升速度不宜过快，保持在2.5m/min。钢筋混凝土钻孔灌注桩完成施工并达到规定强度后，按其标高尺寸凿平桩头、清理和平整场地，做好冠梁和钢筋混凝土内支撑的施工准备。

3.4.2   格构柱施工

格构柱按照施工图纸分布在深基坑内部，用于钢筋混凝土内支撑垂直方向的支护。格构柱包括立柱桩和钢立柱2个部分，其下部的立柱桩为钢筋混凝土钻孔灌注桩，其上部的钢立柱为钢构件。

格构柱的施工流程如下：测定桩位→搭设作业平台后桩机就位→开挖护筒孔并安装护筒→采用护壁泥浆辅助钻孔→成孔后第1次清孔并测量孔深→吊放预制的立柱桩钢筋笼→起吊钢立柱进入钢筋笼内部→调整钢立柱与钢筋笼位置施焊→安装并下放混凝土灌注导管→第2次清孔并测量孔深→下放钢立柱和筋笼组合体至→用型钢临时固定钢立柱→在钢立柱顶部安装与其同规格导向柱→下放并检测钢立柱中心和方位→下放钢立柱到设计位置并调整导向柱方位→安放隔水球→复核桩底沉渣厚度→混凝土浇筑到立柱桩顶部位置→钻机移位。

之后在不浇筑混凝土桩孔上部回填粗砂。需要注意，格构柱上部的钢立柱须与钢筋混凝土内支撑的钢筋笼焊接牢固，且须保证安裝位置准确无误，以免内支撑在混凝土浇筑期间发生位移。

3.4.3   旋喷桩施工

该工程项目采取全封闭止水措施，以高压旋喷桩作为止水帷幕。在钻孔灌注桩完成施工后，可使用桩机进行高压旋喷桩施工。高压旋喷桩的成桩直径为600mm，搭接长度为150mm，高压旋喷桩的总长为8.5m，桩的下端进入基坑底深度为5m。高压旋喷桩采用2次成桩施工工艺，所用浆液为纯水泥浆，为此须使用搅拌机搅拌均匀。高压旋喷注浆采取自下而上连续施工的方式，施工过程中如果因故障停机，待修好之后需向下到达不少于500mm深度继续施工，以保证固结体的整体性。在不改变高压旋喷技术参数的前提下，第1次高压注浆到达桩顶以后，再下钻到桩底，对同一桩体进行第2次高压旋喷注浆，以保证高压旋喷桩的强度和防渗漏性能。

3.5   冠梁和内支撑施工

3.5.1   施工流程

在完成桩基工程施工后，即可进行冠梁和钢筋混凝土内支撑施工，其施工流程如下：测量放线→土方开挖→冠梁和钢筋混凝土内支撑梁体垫层施工→冠梁和内支撑梁体结构施工。

3.5.2   施工方法

在土方开挖深度达到冠梁和内支撑底部标高之上约20cm位置后，由人工完成清底、平整，使用夯实机械进行夯实，冠梁和内支撑梁体底部土体标高须符合设计要求。在冠梁和内支撑底部土体施工合格后，进行冠梁和内支撑梁体底模施工，其底模采用C10混凝土垫层。

冠梁和内支撑梁体的底模完成施工后，绑扎冠梁和內支撑主梁的钢筋，将冠梁与内支撑主梁钢筋的连接长度控制在500mm。然后绑扎內支撑桁架结构梁（腹梁）的钢筋。主梁和桁架结构梁的主筋，须使用整根钢筋或采用焊机搭焊牢固。完成钢筋绑扎后，安装冠梁、内支撑主梁和桁架结构梁的侧模。侧模采用胶合板制作，使用螺栓固定。冠梁和内支撑梁的混凝土采取整体浇筑成型的方式。若需分段施工，则需设置垂直缝，所留间隙须使用超过C30标号的混凝土填充密实。

4   与支护结构相关的其他关键施工

4.1   深基坑土方开挖

根据施工需要对深基坑内的土方分层开挖，其施工流程如下：使用挖掘机修筑坡道→挖掘未设钢筋混凝土内支撑和钢立柱地段→挖掘钢筋混凝土内支撑下土方→使用自卸车通过坡道将土运至坑外→平整挖掘后的场地→继续分层进行土方挖掘和外运施工→将土方挖到深基坑底层位置→平整场地→浇筑底板混凝土。

土方挖掘和拉运时，注意避让钢筋混凝土内支撑和钢立柱，避免发生碰撞，防止出现安全事故。在挖掘钢筋混凝土内支撑下面的土方时，应使用小型挖掘机进行施工。完成土方挖掘后，使用起重机及时将土方机械吊出深基坑，避免长时间停留在深基坑内。

4.2   深基坑侧壁施工

完成深基坑土方挖掘施工后，为防止深基坑侧壁裸露的土体塌落，须对其进行加固处理，其方法是在土体表面铺设钢筋网，然后喷射混凝土。钢筋网采用HPB235钢筋制作，钢筋直径≥4mm，钢筋间距约300mm，网格连接牢固。混凝土配合比通过试验确定，喷射厚度为100mm，水灰比为0.45，骨料粒径≤12mm。喷射施工按照自下而上的顺序，分段分片逐步完成，在终凝之后2h之内采取喷水养护，养护时间需超过7d。

4.3   内支撑拆除

拆除内支撑之前，在地下结构的钢筋混凝土外墙面与支护桩之间设置横向混凝土支撑，以防止支护桩移位。在完成深基坑底板结构施工、地下结构完成主体施工、地下结构外围土方回填以及横向混凝土支撑施工之后，可将钢筋混凝土内支撑拆除。拆除结束之后，对杂物进行全面清理和外运。

5   结束语

综上所述，用于建筑物基础建造的大跨度深基坑，采用钢筋混凝土钻孔灌注桩和钢筋混凝土内支撑的支护方法，可以保证深基坑稳定和施工安全。与其他支护方法相比，其具有节约施工材料、降低施工成本、保障施工质量等方面优势。

参考文献

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