土木工程施工中深基坑支护的施工技术分析

李宁

(山西潞安工程有限公司，山西 长治 046100)

深基坑支护作为土木工程施工活动的重要组成部分，支护效果直接关乎现场施工安全和基础结构施工质量。近年来，随着土木工程建设规模的扩大，基坑开挖面积与深度增加，对深基坑支护体系使用性能提出了更严格的要求。因此，在施工期间，为进一步保障基础工程的稳定性，需加强对对深基坑支护施工技术的实践研究，满足施工建设要求，顺利实现工程建设目标与贯彻落实安全生产目标。

1 土木工程深基坑支护技术的种类及现场操作要点

1.1 土钉墙支护

土钉墙支护是在基坑侧壁和边坡部位上打入若干土钉，土钉表面挂靠钢筋网与喷射混凝土面层，由土钉、钢筋网、面层三者共同形成类似重力挡墙的支护体系，负责持续抵抗墙身后部土压力，预防基坑坍塌、边坡滑塌等安全事故出现。在土钉墙支护施工期间，重点掌握土钉制作、土钉打设、挂设钢筋网、喷射面层四道步骤的操作要点：1)土钉制作，提前准备适当规格的焊接钢管，把钢管切割或接长加工为特定长度节段，清理表面灰尘锈迹，在钢管上钻设若干注浆孔，注浆孔以梅花状分布，孔距控制在0.5m左右，并把底部进行封口处理；2)土钉打设，具体可选择钻孔注浆、直接打入、打入注浆三种类型的土钉。以最为常见的钻孔注浆型土钉为例，提前在深基坑现场标记各处土钉的打入位置，使用钻机钻设成孔，清理孔内残渣，把焊接钢管居中放置在孔内，测量调整钢管放入深度、外部露出长度与水平位置[1]。确定无误后，通过预留注浆孔持续注浆，注浆期间固定钢管位置，待浆液凝结固化后，即可在孔内形成土钉；3)挂设钢筋网，使用钢筋双向编制钢筋网，把相邻钢筋接头的错开距离控制在0.5m以上，再使用螺纹钢筋作为加强筋来改善钢筋网使用性能。随后，利用土钉外露部分，把钢筋网挂设在土钉表面，保持钢筋网和土钉层紧密贴合状态，并在钢筋网表面压设井字形螺纹钢来固定位置，对钢筋网、井字架和土钉外露端头的连接部位进行焊接固定；4)喷射混凝土面层，提前制备强度等级在C20及以上的混凝土，施工人员在钢筋网表面分多次喷射混凝土，首次喷射厚度在3～5cm，面层总体厚度控制在8cm左右，喷射完毕后立即压实面层表面与进入养护工序，并把土钉墙墙面坡度控制在1∶0.2以内。

1.2 钢板桩支护

钢板桩支护是在基坑开挖边缘区域内顺序打入多根带有锁口或是钳口的热轧型钢桩体，把相邻桩身进行连接后形成钢板桩墙支护体系。在钢板桩施工期间，提前做好放线定位工作，准确标记各处桩位，确定桩身打入顺序，施工人员操纵自行振动式打桩机，把钢板桩垂直打入桩位，检查桩身打入情况是否达标，要求桩身垂直偏差不超过1%、桩顶标高偏差与轴线偏差不超过±0.1m[2]。随后，重复上述操作，沿上根桩身扣槽插入下根桩身，使得全部桩身共同组成稳定的钢板桩支护体系，并在基坑转角部位采取大扣连接方式，桩身打设完毕后在周边进行回填夯实处理来固定桩身位置。最后，待深基坑施工完毕后，即可拔除先期打入的钢板桩，在桩孔内部回填砂料，把钢板桩留待后续使用。

1.3 锚拉式排桩支护

相比于普通排桩支护技术，锚拉式排桩支护体系额外向各处锚杆施加预应力，以此来减少支挡结构实际位移量，此项技术具备锚杆布置灵活、可以改变锚杆层数、结构受力均匀、基坑内部形成无障碍空间的显著优势。在锚拉式排桩支护施工期间，提前把工程场地进行平整处理，首次把基坑整体开挖3.0m，检查基坑边线和边缘部位平整度。确定无误后，施工人员即可在开挖形成的工作面上施作护坡桩，以深层搅拌桩作为护坡桩，再施作土钉墙支护体系与混凝土冠梁。最后，完成首步锚索施工作业，继续向下开挖形成第二步锚索施工工作面，向护坡桩桩身间隔部位进行喷护处理，重复上述操作完成剩余锚索施工作业，直至开挖至深基坑底面与喷护护坡桩桩间土，以及在汽车坡道部位补做锚索和喷护坡面进行收尾处理。此外，要求施工人员根据现场条件来计算支护桩的桩径与桩距值。1)对于支护桩桩径，根据桩身材质来确定桩径值，以混凝土灌注桩为例，要求桩径值不小于0.4m；2)对于支护桩间距，以基坑土质条件作为选择依据，土质较佳时要求桩距不超过2倍桩径，现场分布黏性土层时把桩距控制在0.9m以内，基坑土质较差且桩身直径偏小时，则要求桩距值不超过0.6m[3]。

1.4 深层搅拌桩支护

深层搅拌桩是以水泥材料作为固化剂，在现场布设若干桩位，操纵深层搅拌机对天然地基进行强制搅拌处理，搅拌期间同步投加水泥材料，水泥与土体颗粒接触后进行化学反应，最终固结形成具备一定强度的水泥桩身，起到提高地基强度与承载性能的作用。在深层搅拌桩施工期间，提前做好放线测量、场地平整处理、搅拌机布置就位与调试检查等准备工作。随后，制备水泥浆液并放入集料斗内，待水泥浆放置就位后，施工人员启动深层搅拌机，控制钻杆与搅拌头持续向下搅拌，待搅拌头抵达桩位预定深度后，开启灰浆泵，向外喷射水泥砂浆，同步把钻杆向上提升，提升速度控制在0.5～0.8m/min。最后，待搅拌头提升到桩顶部位后，关闭灰浆泵，把搅拌头下沉至桩孔底部，重新启动灰浆泵开展提升搅拌作业，待桩身成型后，把深层搅拌机移动至下处桩位，重复上述操作完成全部桩身搅拌作业。此外，重点检查水泥浆液的性能质量，可选择使用42.5标号普通硅酸水泥来制备浆液，把水灰比控制为0.45～0.5，水泥浆液用量不得少于50kg/m3。

1.5 重力式挡土墙支护

重力式挡土墙主要采取石块砌筑或是混凝土浇灌方式建造而成，以梯形作为墙体形状，凭借墙体自重、墙底摩阻力来抵抗被动区域的水土压力，有着较为优异的抗倾覆稳定性能和抗滑移稳定性能，多用于预防基坑坑底隆起、管涌、流土等施工问题，并保障工程现场与周边环境安全。在重力式挡土墙施工期间，重点掌握基础开挖、基础浇筑、墙身浇筑、墙背回填四道步骤的操作要点。1)基础开挖，为提高作业效率，采取机械开挖方式，施工人员操作挖掘机，在边线范围内分层开挖基础，直至开挖倒基础设计标高上方0.2m处，切换为人工开挖方式继续向下开挖，清理基底表面浮土与灰尘杂物，检查基底承载性能是否达标，如果基底承载力低于200KPa或是其他标准，则采取砂砾换填、碎石换填等处理措施。同时，如果基础开挖深度较大，为保障作业安全，在基础开挖完毕后于外侧设置挡墙，挡墙外围挖设排水沟，分别起到预防基坑坍塌和维持施工现场干燥状态的作用[4]；2)基础浇筑，施工人员校正地基标高与轴线，清理表面淤泥杂物，支设模板，在模板上弹出基础顶面标高控制线，或是在基槽两侧土壁上交错打入钢筋作为标志物，保持钢筋顶端和基础顶面持平状态。随后，向模板内部分层浇筑混凝土，每浇筑一层混凝土后均匀投入适量直径在15～30cm不等的片石，重复上述操作，直至混凝土顶面到达设计标高，待试块强度达标后拆除模板；3)墙身浇筑，施工人员支设模板并使用墨斗工具弹放控制线，浇筑首层混凝土后抛入直径不小于15cm的片石，重复上述操作，逐段逐层呈阶梯形推进浇筑剩余混凝土与投入片石。同时，在台背部位设置反滤层，以碎石等具备良好透水性能的材料作为滤层材料；墙背回填，以碎石作为墙背部位回填材料，把碎石粒径控制在3～5cm。待墙身混凝土强度完全达到设计强度后，再开展回填作业，分多层进行回填夯实处理，单层厚度控制在0.2m～0.3m。

2 土木工程深基坑支护施工技术的应用策略

2.1 优选深基坑支护形式

在现代土木工程，深基坑支护技术呈现出多元化发展趋势，土钉墙、钢板桩等多项支护技术日趋成熟，纷纷具备大规模应用条件。然而，各项支护技术的适用范围、实际支护效果、有效支护周期存在明显差异，如果盲目选择技术种类，并无法取得预期支护效果和保障现场作业安全。因此，施工单位必须全面了解各项支护技术的应用范围、适用条件，结合工程现场实际情况、建设要求来选择恰当的深基坑支护形式。1)土钉墙支护技术，适用于现场分布杂填土、粉土、粘性土、黄土等具备粘结特性地层的土木工程，以及地下水位低于开挖层标高的情况。如果现场土层塑性指数超过20，则必须提前对土层蠕变特性进行评价，判断是否具备技术应用条件。同时，把土钉长度控制在1.0～1.2倍基坑开挖长度，土钉过长无法继续增加抗拔力，土钉过短容易出现支护失效问题；2)钢板桩支护，适用于现场分布软土地基、淤泥质土层以及地下水位偏高的土木工程，不适用于现场分布密砂层和硬黏土层的工程项目。同时，按照桩身形状，把钢板桩分为U型、Z型、直线型等型式，根据现场施工条件来选择桩身种类[5]。其中，U型钢板桩可以订制特别长度，具备重复使用条件，多用于深基坑开挖深度较大的工程。Z型钢板桩有着耐腐蚀性能强、宽度大的特点，适用于具备止水要求的支护体系。直线型钢板桩有着高度低、形状接近直线的特点，既可以稳定地基结构，还可以保障两侧建筑物结构稳定；3)锚拉式排桩支护，此项技术适用于基坑开挖深度过深、周边环境变形要求严格、基坑长度与宽度过大的土木工程，可以为基坑施工活动提供充足操作空间，不适用于现场土质条件检查、锚杆缺乏足够锚固长度、地下水位偏高、现场分布市政给排水管网等地下设施的工程项目。同时，排桩技术种类丰富，如果缺乏锚拉式排桩支护应用条件，还可以尝试采取支撑式排桩、悬臂式排桩、双排桩等其他支护技术；4)深层搅拌桩支护，适用于现场分布淤泥土、砂土、泥炭土、粉土以及淤泥质土等地层的土木工程，在处理软土地基方面取得十分显著的技术效果。同时，如果工程现场地层和地下水具备侵蚀性，或是冬季大气温度偏低，则需要开展试验段施工来判断是否具备深层搅拌桩支护技术的应用条件；5)重力式挡土墙支护，适用于现场分布淤泥质土、高含水量黏土、粉质黏土、粉土等地层的土木工程，如果现场分布硬质土层，可以通过改善施工条件来奠定重力式水泥土墙支护体系的应用基础。同时，此项技术对基坑开挖深度有着严格要求，现场分布软土地基时要求基坑开挖深度不超过6m，现场分布非软土地基时要求基坑开挖深度不超过10m。

2.2 基坑监测

在现代土木工程，深基坑施工活动具备周期时间长、现场环境复杂、周边密集分布建筑物与构筑物的特点，随着时间推移，支护体系工作状态持续受到外部因素影响，有可能出现支护体系提前失效、基坑坍塌、周边建筑物倾斜沉降等问题，存在安全隐患。因此，在深基坑施工期间，施工单位必须同步开展施工监测作业，以基坑位移监测、变形监测、沉降监测等作为监测内容，根据监测成果来判断是否存在安全隐患，及时对支护体系进行加固处理。以基坑位移监测项目为例，提前在基坑各处侧壁部位布设若干位移监测点，开展仿真实验，推算基坑在假定工况条件、既定支护方案下的安全位移量。随后，通过位移监测点，定期采集与汇总分析现场监测数据，如果监测位移量超出安全位移量，则采取增加预应力锚杆张拉值等支护结构加固措施，避免出现基坑边缘开裂现象。

2.3 联合支护

根据现场施工情况来看，单一深基坑支护形式存在明显局限性，如土钉墙支护技术存在基坑变形量大和需要较大地下空间大局限性，钢板桩支护技术存在适用范围狭窄和操作空间限制的局限性，排桩支护技术存在位移变形明显与内力较大的局限性。因此，为充分满足土木工程深基坑施工需求，弥补现有技术短板，施工单位可以尝试采取联合支护形式，根据工程现场条件，搭配采取多项深基坑支护技术，由诸多支护结构共同组成稳定、可靠的深基坑支护体系。例如，在工程现场分布软土地基、地下水位偏高、基坑开挖深度超过6.0m的情况下，可以采取钻孔灌注桩+止水搅拌桩的联合支护形式，现场布置单排或多排钻孔灌注桩，凭借顶部冠梁把各根桩身连接形成整体结构，在钻孔灌注桩外侧设置单排深层止水搅拌桩，把相邻桩身搭接宽度控制在0.1m，以钻孔灌注桩作为基坑挡土结构，以外侧止水搅拌桩作为封水帷幕，最终形成具备防塌、防水、挡土、防隆起等多项使用功能的封闭结构。

3 结语

综上所述，为贯彻落实安全生产目标，从根源上预防基坑坍塌、坑底突涌水等工程事故出现，有序完成深基坑施工活动。施工单位必须提高对深基坑支护技术的重视，全面掌握深基坑支护操作要点，严格控制现场作业质量，结合工程情况来选择恰当的支护形式，落实联合支护、施工监测等多项策略，保障深基坑支护施工质量。