高層建筑深基坑支護措施

0 引言

隨著我國國民經濟和社會發展的進步，城市土地供應越來越緊張，全國各地都在興建高層或超高層建筑。我國對高層建筑的定義是指樓身的高度超過28m或層數達到10層以上，事實上，目前在建的大多數高層建筑層數都達到了20層以上，部分超高層建筑層數超過50層，這些高層建筑的龐大自重對建筑的基礎提出了更高的要求。為了保證建筑的基礎穩定，須通過加深建筑基礎才能使高層建筑有效地抵抗其自身的豎向荷載和風荷載。而深基坑由于存在著較大的風險，在建造過程中應特別注意加強深基坑的支護工作。

1 深基坑的定義及支護工程的特點

根據我國住房和城鄉建設部在2009年印發的《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法的通知》中的相關規定，深基坑一般指開挖深度大于等于5米、建造地下室層數大于等于三層或基坑深度雖未超過5米，但施工場地的地質條件較差和周圍環境特別復雜的工程。由于深基坑存在著較大的風險性，須在施工過程中對基坑壁進行支護和維系，保持四周邊坡的穩定，保證基坑的開挖不對深基坑附近的建筑物、構筑物和地下管線等造成影響，并通過降低坑底的地下水位等措施，使施工面在地下水位以上，防止出現坑四周的土體變形、塌陷和位移造成的工程安全事故。深基坑支護工程具有地質條件多樣、施工周期長、規模大、造價高，條件差等特點。

2 高層建筑深基坑支護的重要性

高層建筑多在城市的中心地帶建設，由于其周邊的建筑和市政配套設施均已建設完畢，深基坑開挖時不可避免地會對周圍的建筑物等產生影響。因此，需要根據現場條件和開挖深度等因素對基坑進行一定形式的支護。雖然基坑支護工程不是建筑施工的產品，但其作為一個輔助建設施工的安全措施工程，對建筑的質量以及建筑施工的安全起著非常重要的作用。根據巖土力學的土體穩定原理可知，當穩定的土體被開挖后，應保證其邊坡的穩定，通常做法可以放坡，實現自然穩定。但超高層建在城市中心地帶，施工場地面積受到嚴格限制，放坡穩定法不現實。工程中多采用各種支擋結構，實現基坑四周的穩定。某高層建筑所在地為南方，基坑開挖深度為6.5m，當地的地質條件屬河水沖積平原，土層松軟，穩定性差。深基坑在開挖施工過程中，由于支護措施不當，造成基坑壁局部失穩，出現坍塌，導致大量土方流入基坑內，影響了工程進度，同時邊坡垮塌還造成了施工現場附近的公路路基出現沉陷，影響了正常的交通運行。由此可見，深基坑的邊坡支護工程對于維護正常的施工秩序和保持周邊建筑物的穩定具有重要的意義。

3 深基坑支護的類型

不同的地質情況下，邊坡的穩定性不同，對其支護所采用的材料與方法也不盡相同。施工前應根據地質的勘察情況選擇適宜的設計參數進行邊坡支護設計。深基坑的支護方法有很多種，下面介紹幾種常見的深基坑支護類型：

（1）鋼板樁支護

鋼板樁支護是利用鋼板擋護土體，并由錨接桿在上部施加拉力以達到土體穩定效果的施工方法。鋼板樁所采用的材料十分簡單，其施工過程也不復雜，其用途較為廣泛。鋼板樁支護的缺點是鋼板樁易發生變形。由于鋼的韌性比較大，在基坑很深時，鋼板樁受到很大的側向土壓力，雖然不會導致支護失效，但由于過大的變形會帶來安全隱患，也容易造成基坑四周出現裂縫，因此，在超過7米的基坑支護中，單層鋼板樁支護不宜采用，可以雙層或多層鋼板樁支護代替。

（2）地下連續墻支護

地下連續墻在地鐵施工等深基坑明開挖中應用十分普遍，在高層建筑中也逐漸得到了普及。通過特制的挖槽機械在泥漿護壁的輔助下挖出需要支護部位的深槽，然后向深槽中吊放鋼筋籠再向基中澆筑混凝土，形成連續的地下墻支撐體系后，再對墻內圍合的部位進行土方開挖。地下連續墻的優點在于它可以做為永久支護設施存在，適用于建造地下室時使用，既可以做支護結構又同時兼作地下室的墻體，一舉兩得，而且其能應對各種不良的地質條件，適用范圍廣。由于采用的專用機械和大量的鋼筋混凝土，地下連續墻的造價較高。

（3）土釘支護

土釘支護又叫土體墻支護，它利用在土體中鉆孔，并在孔中制作鋼筋混凝土桿的辦法，借助細桿與土體間的摩擦力來完成支護的方法。土釘支護在我國推廣的時間并不長，由于其施工方便、造價低、效果可靠，而且可以隨挖隨支，能有效地保持土體強度，減少土體的擾動，該方法迅速地在各地的施工現場得到了普及。土釘支護法由于并未形成封閉的支護墻體，所以它不適用于含水豐富的粉細砂層、飽和軟弱土層、沙礫卵石層等地區的深基坑支護工程。

（4）拱圈支護

拱圈支護利用了拱形能將受力分散至兩側水平方向上的特點，利用預制或現制的拱形支擋結構對基坑四周的土體進行支擋。拱圈支護分為閉合型和非閉合型兩種，具有施工周期短，可靠度高等特點。施工時應注意現場是否有妥善安置拱腳的條件，保證拱腳得到有效的支撐。

（5）深層攪拌支護

深層攪拌支護是利用向土體的鉆孔中噴射水泥粉或水泥漿等固結劑，通過集料將土體固化，形成堅實的水泥樁的一種支護形式。深層攪拌支護的類形有水泥攪拌樁、粉噴樁等類型，它是依靠樁體與土體間的共同作用來承受基坑土體的壓力的。深層攪拌支護措施適用于淤泥、淤泥質土、粘土、粉質粘土、粉士、素填土等土層，但當基坑的開挖深度不超于6m時，則支護效果不明顯，不宜采用。若施工地層中含有機質土、泥炭質土時，雜質的含量會影響水泥漿的固結效果，其固結劑的選用與配比宜通過試驗確定。

（6）排樁支護

排樁支護的原理類似于土釘墻支護，它也是利用多排混凝土灌注樁來形成主要的擋土結構，結構形式可以是懸臂式的也可以是多錨桿式的。懸臂式排樁支護應用于粘土層時，開挖深度不宜超過10m，應用于砂性土層時，開挖深度不宜超過8m，適用于淤泥質土層時，開挖深度不宜超過5m。

（7）錨桿或噴錨支護

錨桿支護是向邊坡的土體中打入混凝土錨桿，供助錨桿對土體施加預應拉力，防止邊坡土體出現位移和變形的一種支護措施。它適用于與其它支護技術聯合使用，單獨使用時不適用于有機質土和液限大于5、相對密度小于0.3的砂土。

4 深基坑支護施工準備工作

高層建筑的基坑支護施工前，一定要根據現場的地質情況和開挖深度等條件，設計出一定的支護結構形式，在施工前，還要對深基坑的專項施工組織設計方案交由專家論證會進行審查通過后，才能進行下一步的施工操作。

4.1 支護方案的設計

深基坑的設計方案是否合理是影響深基坑支護工程成敗的關鍵因素，根據相關數據統計，在我國發生的深基坑工程事故中，由于設計原因導致的事故占到總數的43%，因此，應加強對深基坑支護這種具有一定風險性項目的方案設計質量把關。我國的深基坑支護設計出現的時間較晚，但發展速度較快，許多設計院都在承接深基坑支護的設計任務。當有些設計人員對設計參數把握不準確，不了解真實的地質情況時，極易出現設計失誤。為了避免這種情況的發生，在選擇設計單位時，應仔細審查設計單位的資質，并指定具有一定深基坑支護工作經驗的設計師來完成；另外，應對施工現場的地質情況作詳細的勘察，掌握真實的地質情況；最后，施工時遇到圖紙表述不清楚和不理解設計意圖時，要請設計人員作出解釋，切不可自行隨意施工，以確保支護工程的質量。

4.2 深基坑支護專項施工組織設計的審查

根據住房和城鄉建設部對深基坑施工的安全管理規定，深基坑支護的設計方案和施工單位編制的施工組織設計專項方案必須交由專家論證會論證，確認無施工安全隱患后方可實施。這對施工單位編制深基坑支護施工組織設計的能力提出了更高的要求。目前的情況是，施工組織設計往往照搬其它施工單位的設計成果，并未根據自身的實際情況實事求是地進行修改，不能滿足施工的要求。當專定提出修改意見后，施工單位應嚴格按照專家的意見進行修改，修改完畢后，還要交由總監理工程師審批后方可施工。

5 深基坑支護施工中的質量控制要點

深基坑的施工過程包括打孔、灌樁、監測和開挖等幾大步驟，對施工過程的控制是質量控制的關鍵。由于深基坑的施工具有較大的危險性，施工時應注意控制以下幾方面內容，防止出現基坑邊坡失穩，造成人員傷亡與財產損失。

5.1 嚴格按設計方案組織施工

施工人員應在施工前參加技術交底與圖紙會審工作，并親自到施工地點了解施工周邊的環境情況。施工過程中嚴格按照設計圖紙以及相關規定的要求進行，保證降水工作以及其它保障設備的正常運行，當出現設計變更時，應經專家評審通過后再施工。

5.2 嚴把施工材料質量關

凡進場的施工材料，如水泥、鋼筋、砂和石等均應按施工質量管理規定進行報驗，并進行抽樣送檢，檢驗不合格的材料產品一律不得在施工中采用。各種質量檢驗數據應作詳實記錄并妥善保管，以備后查。

5.3 關鍵參數控制

開挖過程中應對設計規定的基坑尺寸、開挖深度和邊坡的坡度進行嚴格控制，并定期校準水準點，以防邊坡松動對水準點的準確性造成影響，造成測量錯誤。

5.4 分段施工，先支護后開挖

深基坑的規模一般都比較大，在施工時應遵循“開槽先支撐、分層分段開挖、嚴防超挖”的原則來進行，盡量減少開挖作業面對土體的擾動范圍，縮短基坑開挖卸載后無支撐的暴露時間，做到對稱開挖，均衡開挖，合理利用土體自身在開挖過程中控制位移的能力。

6 結束語

建筑基坑的開挖與支護工程是一個復雜的系統工程，它涉及工程水文地質和工程結構、施工工藝及管理等多方面的知識，是一項施工管理水平要求高、技術風險大的施工項目。在高層建筑深基坑支護的施工過程中，就特別注意控制施工質量的措施，做好施工時的降水工作，有效地保障工程順利進行。