建筑工程深基坑内支撑支护施工工艺探讨

刘伟峰

山西三建集团有限公司 山西 长治 046000

深基坑多见于高层建筑项目，随着城市化快速发展，建筑工程规模变大、建筑物的高度不断增高，对基础施工提出新的要求和挑战。深基坑支护不仅影响基坑结构的稳定性，还关系到工期、造价管理效果。以钢筋混凝土或钢管为原材料的内支撑结构，不受周边场地的限制，能提高土方开挖效率，在深基坑施工中取得良好效果[1]。以下结合实践，探讨了钢管内支撑支护方案的施工方法，并与预应力旋喷锚桩支护方案进行比较，为深基坑支护施工提供参考。

1 工程概况

某商业建筑项目，由B栋、C栋高层建筑，5层裙房及3层地下车库组成，占地面积共计1.32万m2，建筑面积共计15.46万m2，包括地上建筑面积12.86万m2、地下建筑面积2.60万m2。其中，高层建筑采用筏板-桩基础，B栋共有23层，C栋共有26层；裙房建筑采用承台-筏板-桩基础。该施工场地东侧、南侧是已建成的市政道路，道路宽度14～26 m之间；西侧是待开发区域，距离地下室外墙12.7 m处有雨污管线，埋深约1.5 m；北侧是A栋建筑，目前已正式运营使用。地质勘察结果显示，该施工场地地下45 m范围内，自上而下依次是杂填土、黏土、粉土、粉质黏土、粉土、粉质黏土、含砂粉质黏土。施工中，基坑开挖深度在15～19 m之间，为保证安全必须采取支护方案。

2 深基坑支护总体方案

结合该工程实际情况和现场环境，将整个施工场地划分为B区、C区、1区、2区、3区5个区块。B区采用连续墙+钢筋砼/钢管内支撑支护方案，其他区块采用土钉护坡+钻孔灌注桩+预应力旋喷锚桩支护方案，如图1所示。

图1 深基坑施工区块划分及支护示意图

内支撑支护方案中，内支撑由1道钢筋砼支撑、2道钢支撑组成。其中第2道钢支撑采用直径800 mm、壁厚16 mm的钢管，第3道钢支撑采用直径600 mm、壁厚16 mm的钢管。钢管支撑系统由支撑杆系及附属构件组成，其中活络端头类似于抽屉，随着液压千斤顶施压，杆体可伸长或收缩，满足支撑长度的变化要求。

预应力旋喷锚桩支护方案中，锚桩的直径为500 mm，桩长在22～27 m之间，预应力钢束由3根直径为15.2 mm的钢绞线组成，抗拉强度标准值为1860 MPa。为满足锚桩的张拉施工要求，钢绞线外露长度为70 cm，张拉设计值为400～700 kN。张拉时，先用20%锁定荷载预张拉，然后用50%、100%锁定荷载分级张拉，最后用110%锁定荷载超张拉，维持5 min后锁定荷载。

3 钢管内支撑支护施工工艺

3.1 深基坑开挖

深基坑开挖采用机械+人工作业法，遵循纵向分段、竖向分层、先撑后挖、均衡开挖的原则。技术要点：

（1）先使用短臂反铲挖机、长臂挖机，开挖的土方经自卸车外运；开挖至基坑底部时，预留0.5 m厚度转为人工开挖并找平。

（2）竖向开挖时，第一层开挖深度为地面以下至第一道钢筋砼支撑体系底面，进行冠梁、钢筋混凝土支撑施工；第二层开挖深度至第一道钢支撑中心下0.6 m，进行第一道钢支撑架设；第三层开挖深度至第二道钢支撑中心下0.5 m；第四层开挖深度至基坑底部0.5 m，转为人工开挖，直至设计标高。

（3）放坡开挖时要注意保持坡顶稳定，坡顶无荷载、无松散土。坡底位置设置长、宽、深均为1 m的集水井，配置符合扬程功率的水泵，对坡顶、边坡、坡底水定期抽排。若发现少量渗漏及时处理，先堵漏后开挖，防止渗漏点扩大。

3.2 钢支撑预拼装

（1）钢支撑使用直径为800 mm、600 mm，壁厚为16 mm的钢管，材料进场时由专职人员进行质量检验，达到设计要求才能进场，否则退场处理。（2）多节钢管经法兰盘连接形成钢支撑，其一端是固定的，另一端是活动的。现场施工中，根据土方开挖进度、断面宽度对钢支撑进行拼装，检验质量合格，重点对轴线偏差、挠曲变形进行控制，确保在允许范围内。（3）拼装完成的钢支撑节段，安放时若相邻钢支撑的间距较小，固定端与活动端错开；若钢支撑的长度较大，则分段加工再组合拼装。所有钢管加工完成，设置统一编号才能吊运至基坑内，方便后续使用，防止发生差错。

3.3 钢支撑安设

（1）以设计图纸为主，经现场测量放样后，确定每一道支撑的安装位置，使用红色油漆标记。架设钢支撑的墙面要平整，整个支撑体系受力均匀，以确保钢支撑的稳定性。（2）钢支撑固定端头处的支架，使用角钢焊接成型；活络端头的支架，使用钢板焊接成型。使用红色油漆标记的支撑位置，打设螺栓安装钢支架，或利用预埋钢板进行焊接，确保支架的牢固性[2]。另外，在钢支撑端部设置拉索，和连续墙相连；在预埋钢板上焊接防滑块，防止支撑结构受力时发生侧向滑移。

3.4 钢支撑吊装就位

（1）利用80 t履带吊对钢支撑整体吊装，到位后暂不松开吊钩，而是将活络头拉出顶住钢板，在顶压位置放置液压千斤顶2台，并用托架固定。千斤顶的两端，分别与钢板、底座接触，根据要求施加预应力，到位后用钢楔块填充缝隙并焊牢。然后松开千斤顶，解开钢丝绳，钢支撑安装完成。（2）严格控制钢支撑的就位精度，轴线水平度、挠曲度、两端定位标高的偏差满足表1要求。

表1 钢支撑吊装就位精度允许偏差

（3）支撑架设完成，在下一阶段的土方开挖前，对预应力进行检查，以保证支撑效果。对于预应力损失的情况，若损失超过3%要再次施加预应力，未超过3%不进行处理。

3.5 施加轴力

（1）对钢支撑施工预应力，来控制墙体发生水平位移，按照从上到下的顺序施加预应力，完成后12 h观测预应力损失情况，测量墙体水平位移量，作为设计复加预应力的依据。（2）千斤顶安装在钢支撑的活动端，每次施加10%的预加轴力，检查支撑及各部件，对异常位移、变形等情况进行处理，无异常再继续施加预应力直至完成，第2、第3道钢支撑的预加轴力分别是300 kN、200 kN。（3）钢支撑预加轴力后，若在下一阶段土方开挖前预应力损失超过3%，要进行复加轴力，以确保围护结构的稳定性。

3.6 内支撑拆除

（1）当楼面板结构的砼强度达到设计值80%，完成结构换撑后，可对内支撑进行拆除[3]。使用吊机将镐头机吊放在大底板上，并且设置橡胶垫，以便在拆除作业中保护大底板。（2）内支撑拆除时，先拆角撑部位、再拆对称部位。为保证格构柱受力均匀，主撑两边要对称拆除，如下图2所示，按照图中数字顺序拆除。

图2 内支撑主撑的拆除示意图

（3）分区块拆除时，为保证基坑边缘的稳定性，先将围檩断开再拆除支撑，可均匀释放基坑的应力。施工班组从一端向另一端推进，先拆除次要构件如连续梁，后拆除主要构件如大梁。

4 预应力旋喷锚桩支护施工工艺

预应力旋喷锚桩支护施工，是钻孔后向孔内注入水泥浆、置入锚索，形成旋喷桩加固体，提高深基坑的稳定性，如下图3所示。本次施工中，使用中低压旋喷机具，最大搅拌直径为1.5 m，最大施工深度为32 m。

图3 预应力旋喷锚桩结构示意图

4.1 钻孔

（1）以设计图纸为准，预应力旋喷锚桩的直径为500 mm，为保证钻孔作业精度，先开挖宽度≥5 m、深度在锚索腰梁以下1.2 m的沟槽，为施工设备提供作业平台。（2）钻进过程中，监测钻孔的中心位置和深度，防止孔位偏移。钻进速度为0.3～0.5 m/min，退出速度为0.5～0.6 m/min，转速为20～50 r/min[4]。

4.2 注浆

（1）旋喷施工采用进退两喷两搅方法，利用钻杆中空孔实现水泥浆的内旋喷注，水平倾角控制为20°。水泥浆的水灰比为0.7，水泥用量占比30%，在锚杆段、扩大头段，注浆压力分别为20 MPa、25 MPa，水平提升速度为0.4 m/min。（2）利用旋喷锚桩机具，在钻孔的同时可进行注浆搅拌，形成水泥桩后将钢绞线、锚头构件插入孔内，从而加快施工进度。旋喷锚桩施工完成，检查桩径、桩长不小于设计值。

4.3 插筋

（1）每根锚桩内设置3 根直径为1 5.2 m m 的钢绞线，每根钢绞线由7根钢丝绞合形成，抗拉强度标准值为1860 MPa。为满足锚桩的张拉施工要求，钢绞线外露长度为70 cm。（2）张拉设计值为400～700 kN。张拉时先用20%锁定荷载预张拉，然后用50%、100%锁定荷载分级张拉，最后用110%锁定荷载超张拉，维持5 min后锁定荷载。（3）钢绞线的保护软管，上部在围檩外700 mm，在钢绞线插入水泥桩前，对保护软管进行加固。穿过围檩侧面的钢绞线，与侧板形成90°角，在侧模相应位置开孔，孔径为16 mm，钢绞线从孔中引出[5]。

4.4 养护填充

（1）预应力旋喷锚桩施工时，深基坑要分段分层开挖，分段长度为20 m，分层厚度为1.5 m。锚桩养护时间不少于14天，且张拉锁定后方可开挖下方土方，注意保护钢绞线，避免施工机具触碰钢绞线。（2）锚桩施工时，间隔2根跳打，确保锚桩终凝后才能对相邻锚桩进行施工。腰梁使用工字钢，腰梁与钻孔桩之间的缝隙，使用C25细石砼填充密实，提高防渗能力。

5 两种支护方案的支护效果及施工效益比较

5.1 支护效果比较

本工程中，除了B区一侧外，其他区域均设置了锚桩，综合钢管内支撑与预应力旋喷锚桩的施工要求，深基坑支护施工顺序是B区→C区→1区→2区→3区。为评价支护效果，以B区、C区为例，施工中监测墙顶水平位移及沉降、墙体侧向变形、地面沉降、地下水位及土体隆起等项目，并根据变化速率及累计大小设置报警值，提醒技术人员及时处理。结果显示，在最后3个监测周期内，周边建筑物的平均变形速率＜0.04 mm/d，深基坑地表沉降的平均变形速率＜0.1 mm/d，说明两种支护方案均取得满意支护效果。

5.2 施工效益比较

在施工进度上，钢支撑结构的跨度大，能在基坑平面内形成大面积无支撑的空旷区域，方便多种机械设备同步施工，因此土方开挖效率高，可缩短施工工期。在施工成本上，内支撑结构使用大量的钢筋砼、钢管等材料，虽然一次性投资大，但是施工工艺简单；而预应力旋喷锚桩工艺复杂，需要投入的人工、机械成本高，因此内支撑方案的成本更低。综上，钢支撑支护方案的施工效益高于预应力旋喷锚桩支护方案。

6 结语

综上所述，深基坑是建筑工程的重要组成部分，选择合适的支护方案关系到施工质量、进度及成本等控制效果。本文结合实际案例，重点介绍了钢支撑支护方案的施工方法，与预应力旋喷锚桩支护方案进行比较，结果显示前者的施工效益更高。希望通过本次研究，为深基坑支护施工提供借鉴，促进施工作业有序进行。