大型公共建筑深基坑关键施工技术探讨

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摘 要：大型公共建筑深基坑关键施工技术的优劣，直接影响着深基坑工程的造价及建筑体的安全经济性，因此应对桩锚支护结构进行精心的设计和施工。本文对桩锚联合支护及土钉墙加锚杆支护形式进行研究探讨，在施工方式选择上，支护桩采用锅锥成孔、预应力锚杆孔采用锚杆钻成孔。指出了大型公共建筑深基坑桩锚支护技术应用注意点及方案的选择。

关键词：大型公共建筑；深基坑施工技术；桩锚支护

中图分类号： TU74文献标识码： A

随着科技以及经济建设的发展，我国建设现代城市大型公共建筑技术问题也得到了空前发展，同时对大型公共建筑的深基坑等技术问题提出了更高的要求。经济的迅速发展，使得我国单体面积超过2万平方米及以上的机场、车站、宾馆、医院、商场、写字楼等大型公共建筑的数量逐年增加，土地供应量紧张局势越发明显，由此大型公共建筑呈现出“高度更高、地下更深、跨度更大、结构更复杂、功能更全面”的发展趋势。大型公共建筑具有科技含量大、技术要求高，施工管理、组织要求高，工程规模大、成本高、工期长，环保要求高、项目环境复杂等特色，大型公共建筑深基坑关键施工技术的优劣，直接影响着深基坑工程的造价，影响建筑体的安全经济性，也对我国的经济发展及社会的进步有一定的影响。因此，对已经建成的大型公共建筑所使用过的新工艺、新技术进行总结和分析，为今后施工提供依据和参考，成为了大型公共建筑施工中亟待解决的重要问题。

一、大型公共建筑基坑工程的特点

目前，我国大型公共建筑基坑工程有如下特点：

（1）随着建筑趋向高层化，基坑越来越深。

（2）基坑开挖面积增大，长度和宽度有些已经超过了百米，给基坑支护带来了困难。

（3）如果开挖的基坑在较软弱的地基土、高水位及其他复杂场地条件下，容易造成桩体变位、基坑隆起、土体滑坡、基坑失稳、支挡结构漏水、流土以致破损，对周围建筑物、地下构筑物、管线等周边环境造成很大影响。

（4）随着我国旧城改造工程的发展，基坑工程的施工条件越来越差，在相邻场地的施工过程中，很多工序（例如打桩、降水、挖土机基础浇筑混凝土等）会相互影响，增加了协调工作的难度。

（5）岩土性质千变万化，地层埋藏条件、水文地质条件的复杂性和不均匀性会造成勘察数据离散型大，难以代表土层的总体情况，给基坑工程的设计和施工增加了难度。

（6）基坑工程施工期间，常经历多次降雨、气温低等不同气候，另外还有场地狭窄、重物堆放、振动等许多不利因素，使基坑工程的安全度的不确定性增大。

在基坑工程中，对支护结构的首要要求就是创造条件便于基坑土方的开挖，但在建筑物稠密地区更重要的是保护周围环境。采用支护结构开挖基坑，基坑工程的费用要提高，工期也要延长，因此应对桩锚支护结构进行精心的设计和施工。

二、大型公共建筑深基坑桩锚支护技术应用的简要分析

2.1桩锚支护技术的优势

城市快速发展使得大型公共建筑开始往地下更深部位发展，同时，基坑深度不断的加深，使得支护体系重要性也越发显现出来。在开挖过程中，坑内土体移除造成整个应力场发生改变，土体发生位移影响基坑及周边环境安全。因此，深基坑开挖时必须对其进行支护。在进行深基坑支护形式选择时，需要考虑环境、施工、岩土性状的力学性能等各方面因素，根据当地情况确定出安全、经济、可靠的支护方式。

目前，深基坑支护体系存在着众多可选择形式。其中桩锚支护是应用比较广泛的形式之一。造成大量使用桩锚支护体系的原因有以下几点：在土体变形控制能力方面，与土钉支护相比其具有较强控制力优势；在与内撑支护比较时，其具有施工便捷、占用空间小、成本相对低等优势；在与水泥土墙支护进行比较时，其具有材料使用量少、环境污染量小等优势；在与逆作法进行比较时，其具有技术要求低、设备简单，适用能力强等优势。

2.2深基坑桩锚支护技术应用的简要分析

笔者曾主持建设施工杭州某商业中心大楼工程项目，本项目基坑长164m，宽约78m，基坑绝对开挖深度在7.07-10.47m。基坑采用桩锚联合支护及土钉墙加锚杆支护形式。在施工方式选择上，支护桩采用锅锥成孔、预应力锚杆孔采用锚杆钻成孔。本项目在进行桩锚基坑支护时，设计每4m安放一道腰梁，共设置三道。此基坑支护共使用了三种支护桩和三种土钉，具体形式如下：

A型土钉：土钉孔直径为120mm；土钉孔长度为一层土钉孔长度均为9m，二层土钉长度为12m；孔内全部内置一个Φ20螺纹钢筋；土钉注浆为M15水泥砂浆；采用Φ6.5 200× 200mm双向钢筋网；采用Φ18螺纹钢井字架对加强筋进行锁定；喷射混凝土厚度为100mm，强度为C20。

B型土钉：土钉孔直径为120mm；土钉孔长度一、二层土钉孔长度7m，三、四层土钉长度为6m。孔内全部内置一个Φ18螺纹钢筋；土钉注浆为M15水泥砂浆；采用Φ6.5 200×200mm双向钢筋网；采用加强筋Φ18螺纹钢井字架对加强筋进行锁定；喷射混凝土厚度为100mm，强度为C20。

C型土钉：土钉孔直径和长度均为120mm和6m；孔内全部内置一个Φ18螺纹钢筋；土钉注浆为M15水泥砂浆；采用Φ6.5 200×200mm双向钢筋网；采用加强筋Φ18螺纹钢井字架对加强筋进行锁定；喷射混凝土厚度为100mm，强度为C20。

型护坡桩：护坡桩长度为Ⅰ型17.05m（II型15m，III型11.80m）、桩径为800mm，钢筋笼直径为700mm、主筋采用14根Φ22螺纹钢、螺旋箍筋为Φ8@150、加强箍筋为Φ14@2000；冠梁宽800mm、高500mm、采用10Φ14螺纹钢Φ8@200；腰梁为两根22B槽钢，150×150×20钢板垫；预应力锚杆共3层，长度均为20m；设计的锚杆直径为150 mm，在孔内放置2Φ22螺纹钢，并保证其自由段长度为5m；锚杆和螺栓的连接采用双面帮条焊焊接在M40×3螺栓上；采用Φ6.5 200×200mm双向钢筋网；采用加强筋为Φ16的螺纹钢并用Φ16×100mm螺纹钢锁定；混凝土喷射厚度为50mm，强度为C20，注浆完成7天后按设计施加预应力。

本项目深基坑支护采用桩锚支护，使得施工方便、成本节约、环境污染小并且在进度和质量上都能达到设计、施工要求。

三、大型公共建筑深基坑桩锚支护技术应用注意点及方案

桩锚支护体系是由围护结构体系和锚固体系两大部位组成，围护结构体系是采用钢筋混凝土排桩作为挡墙；锚固体系则是采用锚杆，根据基坑的不同深度来分层设置，将围护结构与土体锚固在一起，保证其整体稳定性。然而在施工过程中，存在着众多隐藏因素影响着基坑的变形，如超挖、基坑边坡不按要求堆放等以及降雨等。当变形或位移达到一定程度后就会造成基坑支护体系破坏，影响施工的安全。

3.1基坑变形机理及时空效应

基坑变形原因可分为：围护结构变形、基坑周围土体移动、基坑底部隆起。

（1）围护结构变形

围护结构变形是在基坑开挖后开始发生的。当基坑开挖后，内部原有土体被移除，内侧原有土压力也随之消失，整个土体平衡被打破。因此，外侧主动土压力在基坑周围开始作用于围护墙，而坑底围护结构则受到被动土压力。往往在开挖过程中，都是先进行开挖，后开始支撑。因此在进行支撑前，围护墙必定会发生一定的先期变形。一般情况下在开挖到设计标高时，墙移最大处在坑下 2m处。当围护墙发生变形位移后，其所受的土体的水平应力减小，但剪力则相应增大，将会造成塑性区的出现。

（2）基坑周围土体移动

开挖过程中，由于土体卸载造成基坑底部土体受力平衡遭到破坏，开始发生向上位移。同时底部土体发生位移后引起基坑两侧土体产生水平位移以及外侧土移。由此可见，基坑底部土体隆起和两侧水平位移主要原因是由深基坑开挖引起。

（3）基坑底部隆起

基坑底部隆起是由上部土体移除引起原始应力发生改变而造成。在开挖初期基坑深度较浅时，坑底隆起为垂直方向，隆起最高部位位于中部。当停止开挖后坑底隆起很快消失，这个阶段的开挖不会引起围护结构外侧土体发生水平位移。伴随着开挖深度不断的增长，内外高差到达一定程度后，土体就会出现向围护结构内侧的水平位移，引起地面沉降。

（4）基坑变形时空效应

软土地基中，在开挖后和支撑前存在着一段时期。这段时期土体发生位移相对位移，这种现象称为基坑开挖的时空效应。

3.2桩锚支护体系的工作机理及破坏形式

（1）桩锚支护体系工作原理

桩锚支护是护坡桩与锚杆联合支护的形式。具有稳定性强、安全性高、适用性广泛等特点。其原理是利用锚杆与土层之间的摩擦阻力，以及人工挖孔桩或灌注桩等护坡桩抵抗桩后土压力并将锚杆和护坡桩之间运用腰梁、圈梁连接的方式来减小桩位移，增加支护体系整体稳定性。

（2）桩锚支护体系的破坏形式

在基坑围护结构外侧土、水压力以及邻近建筑物荷载的作用下，桩锚支护结构具有向内倾倒趋势。当主动土压力大于被动土压力和锚杆极限力时，围护结构发生相对位移，位移超过允许值后，支护体系失效。另外，当桩本身强度不足时，在最大弯矩处则会出现挠度过大，产生剪力破坏。

桩锚支护的破坏形式：1）护坡桩嵌入深度不足，桩底部发生破坏；2）桩身强度不足，桩身发生断裂；3）锚杆失效造成支护体系位移过大，发生桩体倾倒。

3.3基坑支护方案的选择

（1）支护方案

根据该中心大楼项目勘察报告，拟建场地地形较平起，依据地貌土质情况。基坑采用桩锚联合支护及土钉墙加锚杆支护形式，支护桩施工采用锅锥成孔，预应力锚杆孔采用锚杆钻成孔。进行桩锚基坑支护时，每4m设置一道腰梁，一共设置三道。整个基坑支护采用了三种土钉和三种支护桩。

（2）应急预案及措施

在基坑开挖过程中，设计、施工或外界环境等因素产生问题时都可能会造成基坑变形过大、周围建筑及管线受到基坑变形影响产生位移、破坏和塌方等危险情况。当出现这些问题后，必须立即停止开挖、查明原因，针对出现问题编制紧急预案并采取相应处理措施。本项目在施工前针对容易出现的问题，编制了如下紧急预案：

1）当出现过快变形或塌方时，应该采取及时移除坡顶荷载、用砂包反压坡脚等方法，并及时组织人员对支护结构进行加固处理。

2）开挖过程中基坑变形引起周围建筑或管线位移或变形过大时。首先停止开挖并移除坡顶荷载、用砂包反压坡脚；然后分析原因，找出影响部位并进行基坑加固或基础注浆等措施；同时加大监测频率，保证及时掌握基坑变形情况。

3）当出现地面裂缝、止水帷帐漏水等现象时。必须对地面裂缝处进行水泥砂浆封堵，将漏水部位止水帷帐进行重新补做。

四、结语

当基坑开挖深度大于6m时，其被称为深基坑。为了保证深基坑及周边环境在施工过程中的安全，建筑工程施工技术人员对各种各样手段和方法进行了研究。但随着社会快速的发展，地下结构深度越来越深，造成深基坑支护不断遇到新的问题和挑战。通过建筑工程施工技术人员不断研究，深基坑在支护形式上的种类不断增多，其中桩锚支护体系具有施工简便快捷、支护结构安全可靠等特点，被广泛应用在深基坑的支护体系中。

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[4]王常婕．解析大型深基坑施工技术和环境保护[J]．门窗，2013（11）

[5]对杜婧．建筑深基坑施工技术的几点看法[J]．中华民居（下旬刊），2013（4）

作者简介：方宝兔（1963.9- ），男，浙江绍兴人，本科，高级工程师，一级注册建造师，主要从事建设工程的施工和技术管理工作。