深基坑支护体系施工技术及监测研究.pdf

专题研究SPECIAL RESEARCH134 建筑机械深基坑支护体系施工技术及监测研究邵明伟1，王 旻2（1.诸城市龙城建设投资集团有限公司，山东 诸城 262200；2.诸城市实验中学，山东 诸城 262200）摘要深基坑工程作为危险性较大的分部分项工程，成为工程施工关注的焦点。考虑到深基坑支护工程的复杂性和危险性，本文总结了深基坑支护工程问题产生的原因和处理措施。主要阐述基坑支护存在的问题及处置过程中的病害等，基坑施工过程中出现的不良地质影响，对周边环境影响等。从实际工程背景出发，提出以钢板桩对深基坑进行支护为例，对深基坑支护处理方式进行详细研究。同时为保证深基坑施工过程安全性，对基坑施工过程进行监测，确保基坑施工过程安全。研究结果表明，提出现有深基坑存在的不足，从施工案例出发提出研究深基坑的施工方法，监测数据符合规范要求，从而有利于指导工程施工。关键词深基坑；支护体系；施工；监测；处置措施中图分类号TV551.4 文献标识码B 文章编号1001-554X（2023）09-0134-05Research on construction technology and monitoring of deep foundation pit supporting systemSHAO Ming-wei，WANG Min目前，随着我国建筑行业需求量的增加，虽然带来了建筑行业各种技术的发展和完善，但深基坑支护的技术和质量仍存在诸多问题，这也给我国工程建设的进一步发展带来了障碍。高层建筑、地下工程、大跨度桥梁等大量出现，基础填埋越来越深，同时地下空间开发规模也越来越大，推动了基础工程施工技术水平的发展。深基坑工程属于危险性较大的分部分项工程，基坑事故极易引起安全生产事故，对此应认真思考和反思深基坑支护工程中发生的一些质量事故，制作深基坑支护工程档案，通过工程案例中的实践掌握深基坑施工过程的重点难点，为今后深基础深基坑支护工程施工提供经验，以期改善我国深基坑支护工程施工情况。近年来，众多学者对深基坑施工过程的支护、特殊地质深基坑施工、基坑监测等进行了研究，左皓、刘晓岩等研究深基坑支护对周边环境的影响并对支护进行优化1-3，张发金、彭真等对特殊地质条件的深基坑施工提出创新方法4，5，曹建中、李伟文等关注深基坑施工过程的监测从而有效保证施工过程顺利6-10。基于已有研究成果，本文重点讨论工程中常遇见的基坑支护存在的问题及处置过程中的病害等，基坑施工过程中出现的不良地质影响等，基坑施工质量差，对周边环境影响等。基于现有的难题，从实际工程背景出发，提出以钢板桩对深基坑进行支护为例，详细对深基坑支护处理方式进行阐述，进行了钢板桩插打施工、围檩支架和围檩施工、钢支撑安装等，为深基坑施工提供了参考作用。同时，为保证深基坑施工过程安全性，对基坑施工过程进行监测，主要从顶部水平位移、顶部竖向位移作为监测项，在基坑土方开挖过程中对基坑位移进行监测，确保基坑施工过程安全。1 基坑支护存在的问题分析深基坑支护是建筑工程中常见的一种施工结构。基坑支护为了确保岩盘挖掘，地下构造施工的安全，在设置保护基坑形成的支柱构造的同时，还起到了止水作用。近年来，深基坑支护结构的设计理论有了很大发展，但在实际施工中还有很多不足 DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.09.022收稿日期2023-01-18通讯地址邵明伟，山东省诸城市经济开发区万兴路17号CONSTRUCTION MACHINERY 1352023/09总第571期之处，主要表现在以下几点：（1）重力式水泥土墙及支护桩抽芯检测强度低。根据相关规定，在基础挖掘前，对重力式水泥土墙的桩身强度进行抽芯检查，但由于水泥材料、土层或施工管理的原因，在实际施工中，抽芯方式的压力强度有时达不到设计要求，质量标准如表1所示。表1 水泥土墙支护工程质量标准泥土墙支护桩抽芯质量标准水泥用量按项目设计要求桩体强度按项目设计要求机头提升速度偏差0.5m/min桩底标高偏差200mm桩顶标高偏差+10050mm桩位偏差50mm桩径偏差0.04D（2）基坑变形超出规范要求。在基坑施工中，特别是地下水位高，土质差，在恶劣天气条件下发生坍塌的概率增高。对于上述问题的原因是：基坑局部载荷较大，基坑支护不到位，使得土体荷载超过支护结构的抵抗力。此外，由于其自身的技术实力和设备的限制，很难为施工单位找到在基坑支护过程中隐藏的安全隐患，因此基坑支护中发挥的作用也将减弱。施工单位甚至会忽略周围建筑物和基坑项目进度，从而导致不必要的损失。（3）基坑支护结构渗水。桩间渗水、流砂。在一个工程中，钻井注水桩与止水幕-桩间回旋喷撒桩重合，导致桩与幕间完全重叠，产生桩间渗出水、流沙，基础坑周围的土体下沉，相邻的建筑物、道路、地下管道可能不均匀下沉。止水桩桩长未达到不透水层。深基坑支护在检查完支保桩后，发现作为各个止水幕的旋转喷射桩的长度没有达到地质报告的不透明水层的位置（设计图纸要求桩底进入1m以上的不透明水层），地下水通过桩底进入基础坑内。水泥砂土搅拌桩隔水薄板漏水。使用水泥搅拌桩作为支护结构时，由于水泥搅拌桩施工中重叠不充分等原因，桩间的止水效果较差，在挖掘过程中容易产生漏水。（4）深基坑边坡修整差。在建筑深基坑支护中，主要是由于施工者管理的不完备和机器操作水平的不合理等因素，钻孔的坡面平坦和适应度变得不规则。作业者进行修理时，由于某种条件的限制，不能进行深挖，因此，在支护后经常会发生超挖掘。这在深基坑支护工程的施工中也是常见的问题。（5）深基坑施工影响建筑物变形。在深基坑支护工程中，坑有时紧挨着建筑物，如果处理稍有错误，就会引起附近建筑物的变形。一般来说，如果建筑物发生很大变形，就会对建筑物楼上的居民和现场作业人员的安全造成危害，对施工中的工程也会产生重要影响，工程难以继续进行。2 深基坑支护处理措施基于上述工程难题，本文以钢板桩对深基坑进行支护为例，对深基坑支护处理方式进行详细阐述，为类似工程提供参考。工程基坑深度为6m，属于二级基坑。拉伸钢板桩的外形呈现“U”形，如图1所示。拉伸钢板桩通过“U”形的端部卡口与另外一个钢板桩相连，两个卡口之间形成锁闭状态从而保证了钢板桩之间的连接，也有利于密封性的提高。图1 拉伸钢板桩连接钢板桩支护体系主要由钢板桩、围檩、内支撑组成。钢板桩主要承受外部土水压力，围檩使钢板桩的荷载传递至内支撑上并使钢板桩形成整体受力状态，内支撑支撑着两侧钢板桩承载钢板桩传递的荷载保证基坑内的稳定，钢围檩支架主要是支撑围檩防止围檩下坠。钢板桩支撑的主要结构如表2所示。专题研究SPECIAL RESEARCH136 建筑机械表2 钢板桩支护体系结构组成项目结构形式尺寸/规格围护挡墙钢板桩拉森III型钢板桩、28c槽钢围檩钢围檩36C工字钢内支撑第一道支撑25型工字钢第二道支撑25型工字钢钢围檩支架（牛腿）钢支架L805角钢钢板桩采用吊机带振锤施打，施打前需要通过测量放样出钢板桩的施打位置，吊机带振动锤施打过程需要保证钢板桩的垂直度，施打速度保持匀速。其中钢板桩施打过程有一个关键点是钢板桩与钢板桩之间的连接，当进行另一片钢板桩施打时，后一片钢板桩的“U”形卡口需要嵌入至前一片钢板桩的“U”形卡口上，此时两片钢板桩的“U”形卡口端部能够紧密贴合，保持钢板桩施打过程的垂直度，垂直度要求如表3，从而实现每一片钢板桩的施打任务，钢板桩施打情况如图2 所示。表3 钢板桩施打垂直度要求项目允许公差钢板桩轴线偏差10cm桩顶标高10cm钢板桩垂直度1%图2 钢板桩施打钢板桩施打完成后进行围檩支架和围檩施工。钢板桩支护遵循先支撑后开挖的方式进行，不允许开挖土体后再进行支撑结构施工，容易导致土体坍塌威胁基坑安全。钢围檩支架采用L805角钢制作，采用焊接方式与钢板桩连接。根据围檩的设计位置确定围檩支架的位置，围檩支架起到支撑围檩的作用使荷载在支撑上传递更为顺畅。围檩支架通过焊接方式与侧面的钢板桩相连，形成一个能够满足围檩安放的位置，围檩支架施工如图3所示。围檩支架安装完成后进行围檩安装，围檩由多片工字钢焊接组成，采用吊机将围檩安放在围檩支架上，安放后进行焊接作业，保证围檩焊接在围檩支架和钢板桩上，围檩焊接完成如图4所示。图3 围檩支架施工图4 围檩施工接着进行内支撑安装。用吊车垂直起吊内支撑固定于围檩上，支撑与围檩之间连接处采用焊接连接。内支撑的结构形式一端是固定端，一端是活动端。内支撑的固定端与围檩通过焊接的方式固定，活动端通过千斤顶施加荷载顶出相应的距离，采用钢楔在顶出的位置进行顶紧从而固定内支撑在两侧的围檩上。本项目背景有两道内支撑，内支撑安装情况如图5所示。3 深基坑监测方法研究深基坑属于危险性较大的分布分项工程，深基坑的支护结构施工过程中、基坑土体开挖过程CONSTRUCTION MACHINERY 1372023/09总第571期图5 内支撑安装中、地下结构施工过程中都需要对基坑进行必要的监测。基坑监测的益处在于连续观测基坑内外环境的变形、应力、位移等情况，能够提前判断即将发生较大变形的区域，并提前采取必要措施，比如增加支撑的稳定性、基坑周边卸荷等方式，避免基坑变形进一步增大。如果变形值或者荷载超警戒的范围，基坑支护结构将会出现失稳的现象，基坑围护结构发生垮塌从而造成基坑内部外部的损失。在基坑施工过程中，只有对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻的建筑物进行全面、系统的监测，才能对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解，以确保工程顺利进行。根据GB 50497-2019建筑基坑工程监测技术标准和JGJ 311-2013建筑深基坑工程施工安全技术规范，本工程二级基坑监测项目如表4所示，其中顶部水平位移、顶部竖向位移为应测项。为保证本工程基坑施工过程的安全性，对基坑进行监测。表4 二级基坑监测项目及报警值监测项目测点位置二级基坑测点布置监测报警值变化速率累计值围护墙顶部水平位移冠梁（边坡坡顶）6mm/d50mm间距1520m围护墙顶部竖向位移冠梁（边坡坡顶）4mm/d30mm间距1520m围护墙深层水平位移围护墙内6mm/d85mm间距1520m土体深层水平位移靠近围护墙结构周边土体-间距1520m地下水位基坑周边，止水帷幕外侧约2m处500mm/d1000mm间距2050m围护墙后地表竖向位移基坑深度的13倍范围内6mm/d60mm间距1520m周围建筑物竖向位移四角，沿外墙每1015m柱基上-60mm基坑边缘以外3倍基坑深度范围内支撑内力钢支撑上2000kN间距30m基于本工程特点，在基坑四周布置观测点对基坑周边的沉降、支撑内力等进行监测，对基坑周边可能产生的不利变形进行实时监测，测点布置如图6所示。本文重点研究桩顶水平位移及地表沉降情况，监测的时间段选取为基坑土体开始开挖时为开始，结束时间选取为基坑土体开挖至基坑底部完成后5天。本工程基坑基坑深度为6m，土体开挖时间花费15天，监测时间选取为20天。由于基坑呈现长方形布置，每一边选取一个测点作为统计点，分别选取S1、S4、S7、S8作为测点，测定其桩顶水平位移和沉降。D1D2S2S2S1N1N2N3N4N5N6S7S6S5S1-S8，桩顶水平位移及沉降观测点D1-D8，周边地表沉降观测点N1-N6，支撑内力监测点Z1-Z2，测斜孔S4S8D7D6D5图例：D4D8Z2Z1D3图6 基坑监测平面布置示意图专题研究SPECIAL RESEARCH138 建筑机械从图7桩顶水平位移和图8桩顶沉降可得，在基坑开挖的15天和完成后的5天共20天时间里，各个测点的桩顶水平位移呈现出前5天位移量变化较少，在5-15天范围内变化较大，15-20天呈现缓慢变化的情况。随着基坑土体的开挖，桩顶水平位移总体呈现“S”变化过程，所以测点水平位移变化速率均小于6mm/d，累计位移值最大为45mm，小于50mm的报警值。桩顶沉降随着基坑土体开挖呈现出稳定的沉降变化趋势，基坑开挖完成的15-20天范围，变化较为平缓，所有测点的桩顶沉降速率均小于4mm/d，沉降值均小于报警值的30mm。本工程基坑处于可控范围内。0051010152020桩顶水平位移/mm304050监测天数/天S1S4S7S8图7 监测点桩顶水平位移变化情况0510202515桩顶沉降/mm3005101520监测天数/天S1S4S7S8图8 监测点桩顶沉降变化情况4 结束语本文对建筑施工深基坑支护问题作了进一步研究，重点研究了基坑支护存在的问题及处置过程中的病害、不良地质影响、对周边环境影响等。从实际工程背景出发，提出以钢板桩对深基坑进行支护、进行了钢板桩插打施工、围檩支架和围檩施工、钢支撑安装等。同时为保证深基坑施工过程安全性，对基坑施工过程进行监测，主要从顶部水平位移、顶部竖向位移作为监测项。监测数据表明，水平位移值和沉降值均在报警值范围内，从而确保了基坑施工过程安全。参考文献1左皓，农力，唐光暹.新型静压钢板桩结合钢筋混凝土内支撑深基坑支护施工技术J.建筑施工，2021，43（07）：1190-1192.2刘晓岩.深厚软弱土层地铁车站深基坑施工对既有建筑物影响分析J.中国建材科技，2022，31（03）：137-139.3徐森.上海市中心城区建筑工程深基坑施工技术分析J.工程与建设，2022，36（02）：372-374.4张发金.富水砂层地质条件下邻近历史建筑群深基坑施工变形特性研究J.黑龙江交通科技，2022，45（03）：120-123.5彭真.基于精细化理念的卵石砂岩地层超深基坑施工成套技术J.建筑施工，2022，44（03）：468-470.6曹建中.大型深基坑施工中邻近隧道变形数据异常原因分析J.建筑施工，2022，44（01）：168-171.7李伟文.BIM监测技术和3D激光扫描技术在深基坑监测中的应用J.工程技术研究，2021，6（11）：50-51.8赵宏宇，高春雷，许利东.采用预应力型钢组合支撑的某软土深基坑监测分析研究J.工程勘察，2020，48（11）：7-12.9龙华东，周辉，涂洪亮.钢支撑伺服系统在富水软弱地层深基坑施工中的应用J.铁道建筑，2022，62（02）：137-140.10 刘志刚.软土地区地铁深基坑监测分析及控制措施研究J.公路，2019，64（10）：239-244.