建筑物深基坑预制桩支护结构施工研究.pdf

第 54 卷第 20 期 2023 年 10 月Vol.54 No.20 Oct.20232463 建 筑 技 术 Architecture Technology建筑物深基坑预制桩支护结构施工研究顾金海（中建八局第三建设有限公司，210000，南京）摘要：建筑物在深基坑施工过程中，受反作用力影响，容易出现施工位移。为解决上述问题，以长江下游冲积平原工程为研究对象，设计一种建筑物深基坑预制桩支护结构施工方法。对基坑开挖数值进行模拟，确定数值模拟结果，分析挖掘过程中造成的形变，根据模拟状态确定施工过程中产生的位移，对土体所受的压力情况进行深入研究，根据结果设定预制桩支护结构，利用支护结构特有的阶梯式支护模式减少施工位移。研究结果表明：建筑物深基坑预制桩支护结构施工方法能够有效减少施工过程中产生的施工位移，当施工压力达到 100 MPa 时，产生的位移小于 0.01 m，不会对施工工程造成影响，有效提高了施工安全性。关键词：建筑物深基坑；预制桩支护；支护结构；支护施工中图分类号：TU 753 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)20-2463-04RESEARCH ON CONSTRUCTION OF PRECAST PILE SUPPORTING STRUCTURE IN DEEP FOUNDATION PIT OF BUILDINGSGU Jin-hai(Third Construction Co.,Ltd.of China Construction Eighth Engineering Bureau,210000,Nanjing,China)Abstract:During the construction of deep foundation pits,buildings are prone to displacement by reaction force.To address this problem,a construction method using a prefabricated pile support structure for deep foundation pits of buildings is designed based on the research of the alluvial plain project in the lower reaches of Changjiang River.In the research,the excavation value of foundation pits was simulated,numerical simulation results were obtained,the deformation caused by excavation was analyzed,the displacement generated from construction was determined based on the simulation conditions,an in-depth study was carried out toward the pressure on the soil,and then a prefabricated pile support structure was developed according to the results to reduce the construction displacement by using the unique stepped support mode of the support structure.The research results show that the construction method using a prefabricated pile support structure for deep foundation pits of buildings can effectively reduce the displacement caused by construction;when the construction pressure reaches 100 MPa,the resultant displacement is less than 0.01 m,which has no harmful effect on the construction project,thereby elevating the safety of construction effectively.Keywords:deep foundation pit of building;prefabricated pile support;support structure;support construction确保周围环境安全的情况下进行有效施工在较大程度上影响深基坑施工工程，良好的支护结构能够有效避免深基坑施工中产生较大位移，进而降低施工的危险系数。目前的施工研究无法有效获取深基坑支护结构定位数据，施工效果不佳。文献 1 根据支护结构的施工特点进行设计分析，将预制桩位移情况转化为线性方法实现施工研究，利用位移计算公式修正位移量，减少结构施工计算的失误，结合有限元模拟软件对比分析施工效果，实际应用效果较好，但施工安全性较低。文献 2 根据支护结构的受力特征进一步分析深基坑的稳定性指标，利用有限元分析的方式对基坑开挖的动态信息进行数值模拟，获取实时监测数据，即时性较强，但研究过程比较复杂，效率较低。传统支护结构施工无法定位准确的施工位置，施工效果较差。为此，本研究基于灰色分析提出一种新式建筑物深基坑预制桩支护结构施工方法。本研究在有效获取基坑开挖数值模拟参数后进行精准施工定位，调整施工结构，进一步提升整体基坑开挖的可靠性，为后续支护结构施工打下良好的基础，支护结构施工安全性较高，利于不同环境下的施工操作。1 工程概况本工程位于长江下游冲积平原，气候比较温和，海洋气候显著，季风影响较强，年平均降水量在收稿日期：20230713作者简介：顾金海（1989），男，江苏泰州人，工程师，e-mail:.建 筑 技 术第 54 卷第 20 期24641 0001 100 mm，雨热同期，67 月有梅雨现象，年平均气温在 15左右，光照比较充足。工程总用地面积为 100 281 m2，建筑物总面积为 60 033 m2，该工程地下建筑主要分为两个面积比较庞大的基坑区域，地面的绝对标高为 4.000 m，其内部基坑支护整体选择放坡开挖的方式，散水面布设钢丝网，护面主要为C20 细石混凝土，厚度约为 60 mm。2 基坑开挖施工位移数值模拟2.1 施工模拟状态为有效研究建筑物深基坑预制桩支护结构施工状态，首先对基坑开挖施工位移数值进行模拟处理，设置相应的物理学参数，调节深基坑的结构处理状态。在深基坑边缘 3 m 处设置荷载数据，固定深基坑开挖位置，并标记位置数据，检测基坑外侧安全等级，匹配重要性系数进一步保护基坑外壁的安全。控制基坑内地下水的施工水位，使其处于可操作范围内，采用极限平衡法处理收集到的深基坑开挖数据，综合选取有限元软件对数据进行数值模拟，测量深基坑施工深度，标记深度位置，挖掘内层基坑结构，调整数值模拟准则，将深基坑开挖数据与模拟准则结合，强化内部数据结构处理操作，并获取相应的数值模拟计算式：01niiRAJn=（1）式中：A0为数值模拟结果；R 为支护施工深度；n 为模拟数据总量；Ji为模拟准则。根据数值模拟结果分析基坑开挖对周边结构的变形影响程度，记录形变参数。将采集到的参数与开挖结构数据对应，划分数值模拟区域，将同等属性的数值模拟数据全部传输至相同的存储空间，等待后续基坑测量处理3。施工位移模拟状态如图 1 所示。冠梁锚杆及横撑悬臂支护桩（a）钢横撑钻孔灌注桩施工压力土层锚杆水平位移（b）图 1 施工位移模拟状态（a）模拟图；（b）施工现场图按照深基坑内壁的挖掘程度预测数值模拟区域，简化初始数值模拟步骤，构建模拟模型，设置等比例模型参数。2.2 施工位移计算分析模拟状态，获取基坑位移距离以及最大位移数值，绘制内部位移剪力图像。根据基坑开挖深度判断建筑物深基坑的支护状态，减小地下水的影响。检验预测的基坑下主动土压力对预制桩底部的抗倾覆弯矩数值是否与实际测量数据相符，若相符，进行下一步骤的数值模拟，若不相符，则重新录入数据进行参数检验处理4。固定深基坑开挖测量线的位置，判断重点监测区域的测量数值，分配测量任务，在开挖深度较大的区域设置监控器，实时监测测量线的位置变化情况，并构建测量线位置监测函数，计算施工位移：()()1d2=f tLf cttc（2）式中：L 为施工位移；f(c)为测量线位置函数；f(t)为测量时间函数；t 为测量总时长；c 为重点区域测量时长参数。将监测的数据录入数值模拟平台，进而提高数值模拟的可信程度，实现初始基坑开挖数值模拟56。3 建筑物深基坑预制桩支护结构施工3.1 支护结构施工约束条件利用数值模拟的结果进行深基坑施工结构处理。建筑物深基坑在施工过程中会对基坑下部产生一定的位移影响，当基坑发生位移时，工程施工将会受到干扰。为此，需要检测深基坑施工结构，使结构状态稳定，增强内部桩体对基坑土体的约束力，提升基坑土体稳定性78。控制桩体的设置距离，并构建相应的最大桩距计算式：()max5 cosesinqds=（3）式中：dmax为最大桩距；q 为支护结构参数；为桩柱剪切角度；s 为支护内部土体荷载分布 参数9。按照最大桩距调节施工结构管理区间，在结构处理的过程中考虑稳定性参数，在初始挖掘中将挖掘深度控制在 6 m 左右，同时采用稳定性较强的支护进行土体处理，建立基坑内部支护注浆管理平台，时刻监控支护注浆情况，避免错误注浆导致基坑施工结构处理偏差。支护注浆间距参数计算式如下：4341500ilIh=（4）式中：I 为支护注浆间距参数；为支护埋深；2023 年 10 月2465顾金海：建筑物深基坑预制桩支护结构施工研究i 为支护间距测量参数；h 为建筑高度；l 为注浆量参数10。3.2 建筑物深基坑预制桩支护结构分析建筑工程压力，设定支护结构，如图 2 所示。利用图 2 所示的支护结构，结合支护注浆间距参数，根据实际施工状况拟定挖掘次数，按照混凝土的具体强度设置开挖工序，由于在进行多方开挖作业时会产生地下水渗漏的情况，为此，构建止水帷幕减少该现象对施工结构的影响。支护桩顶支护结构排桩支护结构前、后撑钢管配筋垫层图 2 支护结构利用内部动力箱液压发动装置在竖直方向切割深基坑土体，固定基坑箱底挖掘深度，水平方向切割土体并充分搅拌混合浆液，混合的浆液将形成坚固的水泥墙，由此确保止水帷幕的有效构建。按照土层的实际状态配制固化灰浆，调整基坑结构参数录入系统的数据采集标准，平衡不同土质类别对施工结构的影响，设置结构监测装置，当深基坑结构内部发生形变时，监测装置将发出预警信号，及时更新结构参数，完善桩体内部结构管理操作。调节结构支护体系，连接顶部与压顶板，调配硅酸盐水泥，并控制结构间距，精准定位施工结构的最佳处理位置，提高施工结构的精确性，完成深基坑施工结构处理操作11。4 实例研究为验证提出的建筑物深基坑预制桩支护结构施工的实际应用效果，以南通市公安局监管中心搬迁、实战训练基地和办案中心业务用房项目为研究对象，进行施工实例分析。根据基坑施工结构数据进行建筑物深基坑预制桩支护结构施工操作。首先测量预制桩轴线位置，并设置定位点。将钻机与预制桩定位点调平，结合实际施工工况设置钻杆标尺，并记录标尺位置，收录位置信息以便后续控制。深入勘测基坑地下地质状况，当遇到不良地质时停止支护结构施工，检测预制桩桩口高度，标记高度参数，焊接钢筋笼，提高支护结构的坚固度。支护结构稳定性参数计算式如下：D=(P+f0)JSc(60+/3)（5）式中：D 为支护结构稳定性参数；P 为基坑深度；f0为支护测量初始值；J 为稳定准则数据；Sc为支护桩柱净宽；为支护土体约束力参数。将支护结构稳定性参数与支护桩混凝土材料数据相结合，获取最佳支护结构处理参数。检验支护外部土体稳定性，调节支护外侧钢管的插入距离。施工操作流程如图 3 所示。开始清理基坑外部障碍物控制垂直偏差二次引孔处理需要安装囊体提升构建结构稳定性结束是否图 3 施工操作流程（1）清理基坑外部的障碍物，确保基坑施工区域处于便于操作的状态，按照设计标准调整锚杆的水平位置，对支护钢筋进行编号，将锚杆位置偏差控制在 100 mm 以内。（2）根据锚杆的具体位移状况测量其变化路线，减少锚杆内孔的晃动程度，将垂直偏差控制在 0.5%以内。（3）利用清水引孔，在完成引孔处理后，选取水泥混合浆液进行二次引孔处理，当引孔孔径达到一定程度后进行扩径处理。（4）将高压泥浆泵作为扩孔的主要装置，调节内部支护锚杆高度，设置扩径段直径为 750 mm，在平整的场地内安装囊体。（5）将已经完成组装的锚杆安插至锚孔中，配制比例适中的水泥浆液，提升构建结构的稳定性。在完成上述操作后，测量支护的外侧压力数值，计算式如下：321/lQzkv=+（6）式中：Q为支护外侧压力参数；kl为土体荷载值；v 为数据测量时间；z 为内部支护结构数据。集中收集测量的参数数据，按照设计要求调节支护内部桩体距离，连接钢筋与锚杆，对反压板上方的土体进行回填处理，回填后向支护中心桩体灌注水泥浆液，选用夯土机夯实支护上方土体，增强支护结构稳固性，实现整体预制桩支护结构施工操作。本工程建 筑 技 术第 54 卷第 20 期2466设置了 3 个监测点。分析引入本研究提出的施工技术前后的施工位移情况，结果如图 4 图 7 所示。施工前监测点 1施工前监测点 2施工前监测点 3施工后监测点 1施工后监测点 2施工后监测点 3水平移位/m0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.0300.51.01.52.02.53.03.54.04.5深度/m图 4 施工压力 25 MPa 施工位移实验结果施工前监测点 1施工前监测点 2施工前监测点 3施工后监测点 1施工后监测点 2施工后监测点 3水平移位/m0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.0300.51.01.52.02.53.03.54.04.5深度/m图 5 施工压力 50 MPa 施工位移实验结果施工前监测点 1施工前监测点 2施工前监测点 3施工后监测点 1施工后监测点 2施工后监测点 30.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.0300.51.01.52.02.53.03.54.04.5深度/m图 6 施工压力 75 MPa 施工位移实验结果施工前监测点 1施工前监测点 2施工前监测点 3施工后监测点 1施工后监测点 2施工后监测点 3水平移位/m0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.0300.51.01.52.02.53.03.54.04.5深度/m图 7 施工压力 100 MPa 施工位移实验结果由图 4 图 7 可知，在引入本研究提出的施工技术后，施工过程产生的位移明显减小，当施工压力达到 100 MPa 时，产生的位移小于 0.01 m，基本不会影响正常施工效果，由此证明，本研究提出的施工技术具有极好的施工效果。5 结论本研究深入分析建筑物深基坑预制桩支护结构施工得出如下结论。（1）本研究提出的施工技术提升了深基坑预制桩支护结构的安全程度，加强了施工可靠性，能够满足多数深基坑变形准则，减少深基坑施工过程中对周边建筑物的形变影响，进而有效保护周边建筑物，提高周边区域的安全性，减少深基坑的塌陷风险，经过有效数值模拟获取精准的结构施工数据，应用范围比较广泛。（2）针对深基坑内部支护的受力特征分析基坑开挖的具体深度，调整挖掘强度，避免错误施工对结构调整的影响，根据最大内力配筋标准确保预制桩设计的配筋处于合理范围内，提高整体支护结构施工的有效性。但是，本研究在数据处理的过程中未充分考虑绞索轴力的具体状况，在后续实际施工的过程中，需加强对轴力情况的处理，进一步增强深基坑开挖的安全性，减少结构施工的无效施工数量；充分调节预制桩之间的距离定位参数，提高支护结构施工的科学性。参考文献1 周勇,张昆玉.基于增量迭代法的深基坑桩锚支护结构位移计算简化方法 J.兰州理工大学学报,2020,46(3):116121.2 王建望,苏成,宁啸青,等.两端临空明挖深基坑支护结构受力特征研究 J.铁道工程学报,2021,38(5):16.3 张恩祥,胡涌琼,何腊平,等.深基坑疏桩强锚支护结构参数敏感性分析 J.科学技术与工程,2022,22(18):79988004.4 张超翔,张志强.深基坑桩锚支护结构位移分析及数值模拟 J.科学技术与工程,2022,22(18):80228029.5 王继槐.管廊深基坑大间距支护桩数值模拟及施工监测 J.中外公路,2020,40(3):3942.6 刁志刚,夏文韬.二元地层超深基坑桩锚撑组合支护轴力报警与变形协调分析 J.现代隧道技术,2020,57(S1):864876.7 石冬梅,李元勋,李双好,等.土体冻融对西北地区深基坑桩锚支护内力影响试验研究 J.建筑科学,2021,37(5):4450.8 何飞,穆锐,刘一宏.深基坑施工过程中桩锚支护结构受力数值分析 J.河南理工大学学报(自然科学版),2021,40(1):146154.9 周勇,朱乔红,朱彦鹏,等.“一桩两用”新型支护结构在某深基坑支护中的应用分析 J.岩石力学与工程学报,2020,39(S1):31683177.10 付宪章,武登辉,赵庆亮,等.紧邻既有住宅建筑的深基坑支护及降水设计施工实例 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