深基坑支护结构施工技术研究

唐靖武 （中国建筑第八工程局有限公司，上海 200000）

随着城市的持续开发，地下空间的利用程度不断增大，出现了较多深基坑工程，且深基坑工程的规模和复杂程度也越来越大[1-2]。深基坑支护技术不仅可以提高基坑稳定性，还有利于地下资源的开发利用，增强地下结构的整体稳定性[3-4]。但深基坑工程在施工时会受到诸多因素的影响，如复杂的地质情况、周围建筑物荷载以及市政管线穿过等，均会影响基坑支护结构的支护效果，一旦支护失效，基坑出现失稳坍塌，将会造成严重的经济损失和人员伤亡，因此，支护结构的选择十分重要[5]。罗杰等[6]以某地铁车站深基坑为例，结合基坑变形监测数据，通过正交法优化了基坑支护结构的设计方案，提高了基坑的安全性并降低了支护成本；程周炳等[7]对水泥搅拌桩支护结构在基坑中的关键技术进行了研究，并分析了其支护效果。通过对基坑支护中的常见问题和病害进行讨论，以实际工程为背景，分析钢板桩支护结构在深基坑工程中的处理方式和关键技术，监测钢板桩的桩顶沉降、桩顶水平位移的变化趋势，为类似工程提供指导和借鉴。

1 基坑支护存在的问题

1.1 深基坑边坡修整困难

深基坑开挖方式通常分为机械设备开挖和人工开挖，其中，人工开挖对现场施工环境、施工条件有较高的要求，受到限制较多，难以保证施工进度和施工质量，且开挖成本较高。而对于机械设备开挖，在施工时需要配备专业的技术人员来操作大型设备挖掘土体，要求人机具有高配合性和灵活性。但在使用大型设备进行基坑开挖时，容易出现基坑边坡不平整、开挖深度不相同等问题，同时由于难以精准控制挖方数量，故机械开挖时常发生基坑边坡不平坦、超挖等情况。

1.2 基坑变形过大

在基坑开挖和支护时，支护结构刚度不足、嵌固深度不够等会导致基坑出现变形。另外，施工过程可能存在管理缺陷，如开挖顺序不合理、支撑拆除过早等，也会使基坑产生变形。基坑监测可能存在疏忽和操作失误，或者监测数据存在误差，错过了采取相应措施的最佳时机，同时降雨和地下水位变化会使基坑土体承载力发生变化，无法承受上部荷载，最终变形过大发生坍塌。如果基坑附近水管存在长时间漏水的情况，大量水分渗入到基坑土体中，降低了土体强度，同样会造成基坑边坡失稳破坏。

1.3 基坑渗水

施工围护桩时土层的土体种类变化较大、上下层土体性质不一、施工操作不规范等原因使部分围护桩桩间距离太大，超过设计值，使部分含水层出现渗漏；或是在施工基坑冠梁时，失误挖除了部分止水帷幕，使得止水帷幕顶部高度小于或接近冠梁顶部高度，地下水位高于止水帷幕，从而出现渗水情况。

1.4 地基土层取样不准确

在深基坑支护施工过程中，需要对地基土层进行取样分析，然而由于地质条件的复杂性和不确定性，地基土层的取样分析结果往往存在误差，导致对地基土层的性质和特征的判断错误，从而影响深基坑支护的设计和施工。

2 土建施工中深基坑支护处理措施

对于以上基坑支护工程中存在的各项问题，以钢板桩基坑支护结构为例，分析钢板桩支护结构处理方式和关键技术，并对基坑变形进行监测，分析其支护效果。

某基坑属于二级基坑，深度为7m，支护结构中的钢板桩外形与“U”形相似。相邻两钢板桩之间依靠“U”形的边部的卡口进行连接，两卡口连接后处于锁闭状态，以此保证钢板桩的稳定性和密封性，具体如图1所示。

图1 钢板桩连接示意图

钢板桩基坑支护体系是利用钢板桩沿地面向下打入一定深度而形成的基础支撑体系，从而实现加固基坑的目的。钢板桩基坑支护体系包括内支撑、檀条以及钢板桩，具有强度高、刚性好、使用寿命长等特点，能够有效抵御地下水、土体侧向压力和断层等自然力的影响，其组成构件和作用见表1。

表1 钢板桩支护体系组成和规格

钢板桩开始施工前放样得到捶打位置，再通过吊击振锤对其进行施打，在捶打时要保证钢板桩处于垂直状态，且匀速捶打，表2 所示为钢板桩施工时的垂直度标准。钢板桩之间连接的是否牢固对钢板桩的捶打十分关键，在对某一片钢板桩进行捶打时，必须保证该钢板桩的“U”形卡口能够恰好伸入另一片钢板桩的卡口中，使两钢板桩连接牢固，完美贴合。

表2 钢板桩垂直度偏差范围

将钢板桩捶打进土体中后开始围檀和围檀支架施工。施工钢板桩时按照先支撑再开挖的顺序，严禁土体先开挖再进行支护，避免出现基坑坍塌的情况。选择L80mm×5mm的角钢制作围檀支架，并将其焊接在钢板桩上，参考设计方案安装围檀支架来支撑围檀，以此确保支撑上荷载的顺利传递。在钢板桩的侧面焊接围檀支架，依次焊接完成后在支架上吊装多片工字钢，并将工字钢进行焊接形成围檀，并将钢板桩和围檀焊接。最后，通过吊车将内支撑吊装在围檀上，并对围檀和内支撑进行焊接，形成完整的支护结构。内支撑一端为活动端，一端为固定端，通过焊接方式将内支撑固定端与围檀相连接，借助千斤顶对活动端施加荷载将其顶出一定的距离，同时用钢楔再次顶紧加固，将内支撑固定于围檀两侧。

3 钢板桩支护效果分析

为确保基坑施工过程的安全性和支护结构的稳定性，对基坑变形进行监测，分析钢板桩的支护效果。监测项目包括钢板桩桩顶沉降和水平位移。根据本项目情况在基坑周围设置沉降监测点，每间隔15m～20m 布置一测点，实时监测基坑支撑结构的变形情况以及基坑附近存在的不利变形，具体监测项目信息见表3。

表3 监测项目具体信息

监测时设置支护结构水平位移和竖向位移累计值和变化速率的监测报警值，从表3 中能够得出，其中围护结构水平位移和竖向位移的变化速率监测报警值分别为6mm/d 和4mm/d，水平位移累计值监测报警值为50mm，竖向位移累计值监测报警值为30mm。在监测桩顶竖向沉降和水平位移时，将开挖基坑时作为监测起始点，持续监测到基坑挖至基底5d 后。由于所监测基坑深6m，从地面挖至基坑底部共耗时15d，故总监测时长为20d。监测时考虑到基坑形状近似于长方形，故选取基坑每边的中点一测点的监测数据对桩顶水平位移和沉降值进行分析，共4 个测点，编号为A～D，结果见表4。

表4 钢板桩桩顶沉降和水平位移监测结果/mm

由表4可以看出，对于基坑支护结构钢板桩的桩顶水平位移，在开始的5d 内缓慢增加，在开挖中期（5d～15d）时水平位移快速增大，而在开挖后期（15d～20d）时逐渐趋于稳定，且各测点水平位移增加幅度在6mm/d以下，45mm为水平位移最终累计峰值，未超过预警值50mm。对于钢板桩桩顶沉降的变化趋势，随着土体开挖，桩顶沉降整体上表现出缓慢增大的规律，各测点桩顶沉降增加幅度在4mm/d以下，22mm 为桩顶沉降最终累计峰值，未超过预警值30mm，表明基坑工程变形值在允许范围内，较为安全。

4 结语

为了进一步分析深基坑施工中支护技术的应用效果，对基坑支护中的常见问题进行了分析，以钢板桩支护结构为例研究了此支护结构的处理方式，并监测钢板桩的桩顶沉降、桩顶水平位移的变化趋势，对其应用效果进行了分析，主要得出以下结论：

（1）对基坑支护中的常见问题进行了总结，并对钢板桩基坑支护体系中围檀、内支撑、围檀支架以及钢板桩捶打安装的关键点进行了分析。

（2）在基坑施工监测期间，钢板桩桩顶水平位移增加幅度在6mm/d 以下，45mm 为水平位移最终累计峰值，未超过预警值50mm；桩顶沉降增加幅度在4mm/d以下，22mm 为桩顶沉降最终累计峰值，未超过预警值30mm，基坑工程变形值在允许范围内，表明钢板桩支护体系能够控制基坑变形，保证基坑的稳定和安全。