建筑工程深基坑支護施工技術的研究

楊永清

【摘要】保證基坑支護結構安全工作，除必須有合理的設計外，還需施工的密切配合，嚴格按設計要求精心施工。施工全過程實際上是一個對支護結構施加荷載的全過程，任何超挖都使得支護結構超載工作，必然導致嚴重后果，因此，施工前嚴密組織，編制施工組織設計。本文從深基坑工程支護的主要內容分析，講述了深基坑支護的類型，分析了深基坑支護存在的問題，并提出了基坑支護施工的安全技術和深基坑支護設計中的注意事項。

【關鍵詞】深基 支護 施工 設計

一、深基坑工程支護的主要內容

1.巖土工程勘察與工程調查。確定巖土參數與地下水參數，測定臨近建筑物、周圍地下埋設物、城市道路等工程設施的工作現狀、并對其隨地層位移的限值作出分析。

2.支護結構設計。包括擋土墻圍護結構、支撐體系以及土體加固等。支護結構設計必須與基坑工程的施工方案緊密結合，需要考慮的主要依據：當地經驗、土地和地下水狀況，四周環境安全所允許的地層變形限值，可提供的施工設施與施工場地，工期與造價等。

3.基坑開挖與支護的施工。包括土方工程、工程降水和工程的施工組織設計與實施。

4.地層位移預測與周邊工程保護。地層位移取決于土體和支護結構的性能與地下水的變化，也取決與施工工序和施工過程，如預測的變形超過允許值，應修改支護結構設計與施工方案。必要時對周邊的重要工程設施采取專門的保護或加固措施。

5.施工現場測量與監控。根據檢測的數據和信息，必要時進行反饋設計，用信息化來指導下一步的施工。

二、深基坑支護的類型

1.按功能分常用的有，深基坑支護的類型

1.1擋土系統。常用的有鋼板樁、鋼筋混凝土樁、深層水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁、地下連續墻。其功能是形成支護排樁或支護擋土墻阻擋坑外土壓力。

1.2擋水系統。常用的有深層水泥攪拌樁、旋噴樁、壓密注漿、地下連續墻、鎖扣鋼板樁。其功能是阻擋坑外滲水。

1.3支撐系統。常用的有鋼管與型鋼內支撐、鋼筋混凝土內支撐、鋼與鋼筋混凝土混合支撐。其功能是支撐圍護結構側力與限制圍護結構位移。

2.常見的深基坑支護類型

2.1鋼板樁支護。鋼板樁由帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼制成，把這種鋼板樁互連接就形成鋼板樁墻，被廣泛應用于擋土和擋水。但是鋼板樁的施工可能會引起相鄰地基的變形和產生噪聲振動，對周圍環境影響很大，因此在人口密集，建筑密集很大的地區，其使用常常會受到限制，而且鋼板樁本身柔性較大，如支撐或錨拉系統設置不當，其變形會很大，所以當基坑支護深度大于7m時不宜采用。同時由于鋼板樁在地下室施工結束后需要拔出，因此應考慮拔出時對周圍地基土和表層土的影響。

2.2深層攪拌支護。深層攪拌支護是利用水泥作為固化劑，采用機械攪拌，將固化劑和軟土劑強制拌和，使固化劑和軟土劑之間產生一系列物理化學反應逐步硬化，形成具有整體性、穩定性和一定強度的水泥土撞墻，作為支護結構。適用于淤泥、淤泥質土、粘土、粉質粘土、粉土、素填土等土層，基坑開挖深度不大于6m。

2.3排樁支護。排樁支護是指柱列式間隔布置包括樁與樁之間有一定凈距的疏排布置形式和樁與樁相切的密排布置形式。柱列式灌注樁作為擋土圍護結構有很好的剛度，但各樁之間的聯系差必須在樁頂澆筑較大截面的鋼筋混凝土冒梁加以可靠連接。為了防止地下水并夾帶土體顆粒從樁間空隙流入（滲入）坑內，應同時在樁間或樁背采用高壓注漿，設置深層攪拌樁，旋噴樁等措施，或在樁后專門構筑防水帷幕。排樁支護可分為懸臂式或支錨式又分單點支錨和多點支錨。大多數情況下，懸臂式列樁適用于三級基坑，支錨式柱列樁適合與一、二級基坑工程。

2.4土釘支護。土釘支護是用于土體開挖和邊坡穩定的一種新的擋土技術、由于經濟、可靠且施工快速簡便、已在我國得到迅速推廣和應用。土釘支護的使用要求土體具有臨時自穩能力，以便給出一定時間施工土釘墻，因此對土釘墻適用的地質條件應加以限制。

2.5地下連續墻。地下連續墻具有整體剛度大的特點和良好的防水防滲效果，適用于地下水位一下的軟粘土和砂土等多種地層條件和復雜的施工環境，尤其是基坑底面以下有深度軟土需將墻體插入很深的情況，因此在國內外的地下工程中得到廣泛的應用并且隨著技術的餓發展和施工方法及機械的改進，地下連續墻發展到既是基坑施工時的擋土圍護結構，又是擬建主體結構的側墻，如支撐得當，且配合正確的施工方法和措施，可較好地控制軟土地層的變形。在基坑深（一般h>10）、周圍環境保護要求高的工程中，經技術經濟比較后多采用此技術。但是地下連續墻的堅硬土體中開挖成槽會有較大的困難，尤其是遇到巖層需要特殊的成槽機具，施工費用較高。

在施工中泥漿污染施工現場，造成場地泥濘不堪。目前采用的逆作法施工使得兩墻合一，既施工時用作圍護結構，同時又是地下結構的外墻。逆作法施工一般用在城市建筑高層時，周圍施工環境比較惡劣，場地四周臨近建筑物、道路和地下管線不能因任何施工原因而招到破壞、為此在基坑施工時，通過發揮地下結構本身對坑壁產生支護作用能力（即利用地下結構自身的樁、柱、板作為支撐，同時可省去內部支撐體系），減少支護結構變形，降低造價并縮短工期，是推廣應用的新技術之一。除現場澆筑的地下連續墻外，我國還進行了預制裝配式地下連續墻和預應力地下連續墻的研究和試用。

三、深基坑支護存在的問題

1.支護結構設計中土體的物理力學參數選擇不當。深基坑支護結構所承擔的土壓力大小直接影響其安全度，但由于地質情況多變且十分復雜，要精確地計算土壓力目前還十分困難，至今仍在采用庫倫公式或朗肯公式。關于土體物理參數的選擇是一個非常復雜的問題，尤其是在深基坑開挖后，含水率、內摩擦角和粘聚力三個參數是可變值，很難準確計算出支護結構的實際受力。

在深基坑支護結構設計中，如果對地基土體的物理力學參數取值不準，將對設計的結果產生很大影響。土力學實驗數據表明：內摩擦角值相差5，其產生的主動土壓力不同；原土體的內凝聚力與開挖后土體的內凝聚力，則差別更大。施工工藝和支護結構形式不同，對土體的物理力學參數的選擇也有很大影響。

2.基坑土體的取樣具有不完全性。在深基坑支護結構設計之前，必須對地基土層進行取樣分析，已取得土體比較合理的物理力學指標，為減少勘探的工作量和降低工程造價，不可能鉆孔過多。因此，所取得的土樣具有一定的隨機性和不完全性。但是，地質構造是極其復雜多變的，取得的土樣不可能全面反映土層的真實性。因此，支護結構的設計也就不一定完全符合實際的地質情況。

3.基坑開挖存在的空間效應考慮不周。深基坑開挖中大量的實測資料表明：基坑周邊向基坑內發生的水平位移使中間大兩邊小。深基坑邊坡的失穩，常常以長邊的居中位置發生，這是已深基坑開挖是一個空間問題。傳統的深基坑支護結構的設計是按平面應變問題處理的。對一些細長條基坑來講，這種平面應變假設是比較符合實際的，而對近似方形或長方形深基坑則差別比較大。所以，在未進行空間問題處理前而按平面應變假設設計時，支護結構要適當進行調整，以適應開挖空間效應的要求。

4.支護結構設計計算與實際受力不符。目前，深基坑支護結構的設計計算扔基于極限平衡理論，但支護結構的實際受力并不那么簡單。工程實踐證明，有的支護結構按極限平衡理論設計計算的安全系數，從理論上講是絕對安全的，但有時卻發生破壞；有的支護結構安全系數雖然比較小，甚至達不到規范的要求，但在實際工程中卻滿足要求。

四、基坑支護施工的安全技術

保證基坑支護結構安全工作，除必須有合理的設計外，還需施工的密切配合，嚴格按設計要求精心施工。施工全過程實際上是一個對支護結構施加荷載的全過程，任何超挖都使得支護結構超載工作，必然導致嚴重后果，因此，施工前嚴密組織，編制施工組織設計。

1.基坑土方開挖應在降水排水施工完成且運轉正常達到預期要求后方可進行。基坑周圍地面應采取防水、排水措施，避免地表滲入基坑周圍土體和流入坑內。坑內應設置排水溝和集水井，及時抽除積水。

2.基坑開挖應連續施工，盡量減少無支護暴露時間，開挖必須遵循“自上而下，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則。利用錨桿做支護結構時，應按設計要求，及時進行錨桿施工，而且必須代錨桿張拉鎖定后方可進行下一步開挖。

3.坑邊不宜堆放土方和建筑材料，如不可避免時，一般應距坑基上部邊緣不小于2m，棄土堆高不超過1.5m，并且不超設計荷載值。在垂直的坑壁邊距離還應適當增大，軟土地區不宜在坑邊堆置棄土。當重型機構在坑邊作業時，應設置專門的平臺或深基礎等。同時，應限制或隔離坑頂周圍震動荷載的作用。

4.基坑挖土時，要做好挖土機械、車輛的通道布置，安排好挖土順序等，不得在挖土過程中碰撞圍護結構。并做好機械上下基坑坡道部位的支護。

5.采用機械開挖時，為保證基坑土體的原狀結構，應預留150～300mm原土層，由人工挖掘修整。基坑開挖完畢后，應及時清底超挖，應用素混凝土回填或夯實回填，使基地承載性能達到設計要求。

五、深基坑支護設計中的注意事項

1.徹底轉變傳統的實際理念。對于深基坑支護結構的設計，國內外至今尚沒有一種精準的計算方法，多數是處于摸索和探討階段，我國也沒有統一的支護結構設計規范。土壓力分布還按庫倫或郎肯理論確定，支護樁仍用“等值梁法”進行計算。其計算結果與深基坑支護結構的實際受力懸殊較大，既不安全也不經濟。由此可見，深基坑支護結構的實際不應才采用傳統的“結構荷載法”，而應徹底改變傳統的設計觀念，逐步建立以施工檢測為主導的信息反饋動態設計體系。這使設計人員需要加強科研攻關的方向。

2.建立變形控制的新的工程設計方法。目前，設計人員用的極限平衡原理是一種簡便實用的廠用設計方法，其計算結果具重要的參考價值。但是，將這種設計方法用于深基坑支護結構，只能單純滿足支護結構的強度要求，而不能保證支護結構的剛度。眾多工程事故就是因為支護結構產生過大的變形而造成的。鑒于上述實際，在建立新的變形控制設計法時，應著重研究支護結構變形控制的標準、空間效應轉化為平面應變和地面超載的確定及其對支護結構的影響等問題。

3.大力開展支護結構的實驗研究。開展支護結構的實驗研究（包括實驗室模擬實驗和工程現場試驗），雖然要耗費部分資金，但由于深基坑支護工程投資巨大，如經過科學實驗再進行設計時，行定會節省可觀的經費。因此，工程現場試驗是非常必要的。通過工程時間積累大量的測試數據，可對同類工程的成功打好基礎，為理論研究和建立新的計算方法提供可靠的第一手資料。

參考文獻：

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