淺析深基坑支護的設計與施工

文/羅亮昭 廣西城鄉勘察設計有限公司 廣西北海 536008

1、緒論

近些年來，在建筑行業當中高層建筑所占的比例呈現出了顯著增加的態勢，而這也促使了深基坑支護問題成為了施工過程中所不得不考慮的因素。從目前的實際情況阿里坎，深基坑以及支護的相關技術在世界范圍內相對來說還是比較成熟的，隨著科學技術的不斷發展還陸續出現了很多全新的技術以及工藝等等。但是城市化進程的不斷加快帶來的一個問題就是相鄰建筑物之間的距離比較小，有些建筑物的距離甚至在10米以內，而這種情況在一定程度上就會加大深基坑的施工困難程度。同時在對深基坑進行開挖的過程中對周圍建筑物也將會產生比較大的影響例如不均勻沉降等問題，嚴重情況不僅會導致施工工期延長，同時還會使得施工的費用大大提高。另外目前采用的深基坑支護結構已經無法滿足實際施工的需求，容易導致安全事故的發生，繼而造成比較大的經濟損失。通過以上的論述能夠看到采取積極有效的措施對深基坑支護問題進行研究，不斷的加強工程的可靠度對于提高建筑物整體質量將會起到十分大的幫助作用，相關施工人員必須給予高度的重視。

2、基坑支護方案的選擇原則及要求

2.1 基坑支護方案的選擇原則及要求

一般情況下在設計基坑支護方案的過程中也應當遵循一點的原則：其一就是要充分的滿足基坑護坡的穩定性要求，這也是其的一個最為基本的原則，要保證深基坑的溫度需求滿足最終建筑物的使用需求以及國家相關規范的要求。其二就是要保證在土方進行開挖以及基礎土建施工期間邊坡的充分安全，在土方開挖的過程中由于機器對土體產生一定的擾動作用，因此必須采取有效的措施保證擾動對土體的要求。其三就是要不斷的對護坡方案進行有效的優化，這種方式對于最大程度上的降低護坡成本將會起到十分大的幫助作用。最后一點語言則就是保證施工工序簡單有效，盡最大可能性的縮短施工工期。

2.2 技術難點分析

而從技術難點分析的角度上來看則主要可以概括為以下幾個方面：其一就是基層比較大，土質也比較差，對于一些大型深基坑來說，土層的上部分都是雜土，而土質書友中軟地層，這種無論是土釘護坡還是護坡樁護坡都有著比較大的難度。其二就是在開挖的過程中存在著地下障礙物。隨著我國城市規模的不斷擴大，市政工程的數量也呈現出了逐漸擴大的趨勢，地下各種廢氣管分布，人防地下障礙物的位置也存在著模糊的情況，因此這都會為地下深基坑開挖工作帶來比較大的阻力。其三就是地下睡得存在。在很多工程當中槽深內部存在大量的上層滯水，隨著在實際的施工的過程中會采取適當的措施進行降水，但是從實際效果上來看并不是十分的明顯，產生這種情況的主要原因就是很多滯水都是來源于廢棄的各種地下管線當中，但是對于地下管線的位置、走向以及其中所含有的水量都沒有一個比較詳細的了解，因此在實際施工的過程中就會出現坡面存在局部滲水的情況，這些情況也在一定程度上給深基坑支護工作帶來比較大的不變。

2.3 基坑支護控制要點

從基坑支護控制要點的角度上來說必須要充分的將前期地質勘查工作重視起來，要對工程地質勘查報告進行有效的分析，了解基坑開挖地的地形、地貌以及地質的分布特點，要分析在基坑開挖的過程中可能出現邊坡土體滑坡的各種可能性，對于影響邊坡穩定性的關鍵地段、地層以及土質技術要做到充分的掌握。目前絕大多數的建筑物的前期勘察資料相對來說并不十分的詳細，可能與項目所在地的實際情況有比較大的出入，因此這就需要在實際開挖的過程中要對地質情況進行有效的比對，對于勘察報告當中存在著的差異性比較大的情況要及時通過書面的方式告知相應的建設單位，之后建筑單位再將實際情況告知給勘察和涉及單位由其進行重新的勘察和核算，必要情況下還需要對施工組織設計進行有效的調整。

需要著重指出的一點就是施工組織設計方案需要由多個專家組成的專家組進行技術論證的相關工作，最終將設計工作交由給具有同等設計資質的設計單位。在進行深基坑支護的過程中應當盡可能的聘請一些具有豐富經驗的專家對項目的施工方案進行評審工作，這種方式對于最大程度上的降低基坑支護風險，減少安全事故發生的概率將會起到十分大的幫助作用。在深基坑支護質量進行檢查的過程中最為重要的一個方面就是對整個過程進行控制，一旦在這個過程中發現質量問題，必須在最短的時間內采取措施加以彌補。在施工正式開始之前相關的人員應當熟悉地質資料、設計圖紙以及周圍的環境，其中的降水系統要保證正常工作以及儲備應急搶險排水系統，保證為施工工作的順利實施提供充分的保證。同時在進行施工的過程中不應當隨意的改變錨桿的位置、長度、型號以及數量等相關參數，保證支護工作的順利完成。

3、深基坑支護施工中的問題及原因

我國深基坑支護施工的過程中仍然存在著比較多的問題，主要可以概括為以下幾個方面：

3.1 支護結構設計中土體的物理力學參數選擇不當

其一就是支護結構設計中土體的物理力學參數存在著選擇不當的情況。在實際設計的過程中深基坑是否安全在很大程度上受到其所承擔的土壓力大小的影響，但是在進行計算的過程中由于土質情況相對來說變化比較復雜，因此想要通過公式精確的計算出土體承受的壓力相對來說還是比較困難的，目前比較常用的兩個公式就是庫倫公式以及朗肯公式。另外在對土體物理參數進行選擇的過程中也是比較困難的，尤其是在土體開挖的過程中，其自身的含水率、內摩擦角以及粘聚力三個變量出現不斷變化的過程中，因此很難精確的計算出支護結構可能需要承擔的力的大小。在進行深基坑支護結構設計的過程中，如果選擇的力學參數存在誤差的話，對于最終的設計結果將會產生十分大的影響。很多研究在進行土力學實驗的過程中發現不同土體的內摩擦角插值不同的話對于其產生主動土壓力將會產生十分大的影響；而且之前土體的內凝聚力與開挖后土體的內凝聚力相對來說差別比較大。再加上在實際施工過程中施工工藝以及所采取的支護結構形式存在著不同，因此對土地的物理力學參數的選擇也將會產生比較大的影響。

3.2 邊坡的施工達不到要求

其二就是邊坡的施工情況沒有達到需求，一般情況下在實際施工的過程中都是通過相應的施工機械來完成的，在開挖到底端的時候就需要人工進行開挖，而這就導致了其受到人為因素的影響，對最終邊坡的開挖質量產生一定的影響。而在開挖之后就需要進行擋土支護以及處噴的工序，但是在實際施工的過程中一些管理人員的工作并不具備相關的能力，所采取的技術工藝方面也沒有達到國家相關標準的需求，在進行分層分階段開挖的過程中存在著高度不統一的情況，再加上監理人員所作的工作不到位，導致無論是邊坡的平整度還是順制度都無法達到施工的要求。而在人工開挖的過程中一些比較精細化的要求是達不到的，只能進行一些要求比較低的工作，無法達到驗收標準的要求，因此邊坡施工達不到要求就會導致最終的支護出現問題。

3.3 基坑土體的取樣具有不完全性

同時基坑土地的取樣也存在著不完全性。在正式對深基坑支護結構進行設計的過程中為了能夠保證最終的設計質量，必須對目標所在地的地基圖層進行必要的取樣分析，這種方式對于保證計算參數的準確性將會起到十分大的幫助作用，能夠為后期支護結構的設計工作能夠提供十分可靠的依據。一般情況下在取樣的過程中都是由專業的技術人員按照國家相關規范的要求進行鉆探取樣的工作，但是絕大多數的施工單位為了降低鉆探的工作量以及降低整體的造價都不會采集過多的樣本，而這也就導致了最終計算的結果與實際情況可能出現偏差。

3.4 土層的挖掘和邊坡的支護存在不協調的情況

在對土方以及擋土進行施工的過程中都是由專業的施工隊伍進行完成的，在正常情況下，兩項工作之間不存在沖突的情況，但是從實際施工經驗上來看不同施工隊伍之間不能做到充分的協調工作，很多單位為了能夠實現利益的最大化會盲目的搶趕進度，但是這種施工方式就會導致之前所制定的施工順利出現混亂的情況，如果建筑物所在地處于雨水高發地區的話，就會施工的整體進度產生影響，使得之后的相關工程無法正常的進行，這種情況不但導致了最終的施工質量受到比較大的影響，同時也將會使得最終的工期拖延。另外還需要著重指出的一點就是在施工的過程中將會出現比較多危險情況產生，導致安全問題的出現。

3.5 基坑開挖存在的空間效應考慮不周

從以往的實際勘測經驗能夠看出基坑周邊向基坑內發生的水平位移呈現出的是中間大兩邊小的情況，而如果深基坑邊坡出現失穩情況都是在長邊的巨中位置發生，而這種情況也說明了深基坑開挖的整個過程是一種空間問題，但是在傳統深基坑開挖的過程中都是將其看成是平面應變問題進行處理的。從力學的角度上來看當基坑的形狀是長條狀的時候這種平面應變假設與實際情況還是比較相符的，但是對于正方形或者一些長方形深基坑的話其與實際情況之間相差的還是比較大的。因此通過以上的論述能夠清楚的看到如果在進行設計的過程中沒有按照空間方式進行計算的話對于最終的支護結構作用將會產生比較大的影響，應當對其進行必要的調整，從而滿足開挖空間效應的相關要求。

3.6 支護結構設計計算與實際受力不符

在進行支護結構設計的過程中所遵循的理論認為為極限平衡理論，但是在支護結構受力的過程中并不是向計算那樣簡單。從很多實際施工經驗當中能夠看出很多支護結構如果按照極限平衡理論設計計算得到的安全系數從理論的角度上來說是絕對安全的，但是卻受到多種因素的影響而導致了安全事故的產生。而有的支護結構所存在的安全系數雖然比較小，但是最終得到的支護質量卻是十分良好的，因此從中就能夠看出在應用理論對支護結構進行審計的過程中也存在著與實際受力不符的情況出現。

3.7 部分施工達不到設計的需要

在進行深基坑支護的過程中一般情況下都會使用土釘以及錨桿進行相關的鉆孔工作，而孔的深度也在5米左右，對于一些基坑深度更大的工程，深度甚至可以達到十幾米，因此在鉆孔的過程中所經過的土層也存在著差別，因此在進行鉆孔的過程中必須要對土體的實際情況進行充分的了解，否則就會出現出渣不夠徹底的情況發生，而這些剩余的殘渣對于后期施工過程中將會產生十分大的影響，嚴重情況還會導致難以成孔或者是孔洞發生坍塌的情況發生，而這種情況也將會導致后期難以進行抽筋或者注漿的問題產生。同時在進行注漿的過程中配料也是比較隨意的，很多時候由于施工人員的能力限制管子也會出現插入不到位的情況使得最終形成的壓力不足，這些情況都會對注漿的效果產生影響，進而對工程的質量造成比較大的影響，嚴重情況還會出現返工問題的產生。

4、深基坑支護施工中問題的解決方法

通過以上的相關論述就能夠清楚的看到目前在深基坑支護施工的過程中仍然存在著比較多的問題，必須采取有效的措施加以應對：

4.1 轉變觀念

從最近幾年的實際情況來看對于深基坑支護的技術很多研究學者都已經進行了針對性的研究，也已經形成了一個較為系統的理論體系，對于土層物理性質發生變化之后支護結構受力的變化情況也有了比較深層次的研究，在加上科學技術的不斷發展使得全新技術以及新工藝不斷出現，但是需要清醒意識到的一個問題就是在實際施工的過程中理論與實際情況還存在著比較大的變化，如果不結合實際情況加以處理的話往往會導致最終的施工質量受到一定的影響，因此必須要注重實踐，采取準確的施工方法進行施工。另外目前在進行土壓力以及支護結構受力進行計算的過程中所使用的一些計算方法都是比較陳舊的方法，雖然已經進過了無數個實際工程的檢驗，但是已經逐漸的出現無法滿足實際施工需要的情況出現，所計算出來的結果與實際情況相比存在著比較的差距，不但會給整個工程留下比較嚴重的安全隱患，同時也會造成浪費的情況。因此在進行設計的過程中要徹底的轉變自身的觀念，在目前已有的計算方法的基礎上建立一個全新的體系，保證基坑支護工作的順利完成。

4.2 科學選擇深基坑支護結構

同時還需要著重注意的一點就是要結合深基坑的實際情況選擇一種較為合理的深基坑支護結構，應當優先選擇施工單位目前已有的較為成熟的施工技術，優先考慮工程基礎樁相同類型樁作為自身基坑支護結構。而如果在實際施工的過程中采用的是鋼筋混凝土灌注樁的話，則基坑支擴結構應當盡量的選用這種樁型，在對直徑進行確定的過程中要盡可能的選擇直徑比較小的，這種方式能夠在最大程度上降低施工機械的相關操作費用。同時當基坑的深度比較深而圍護樁布置位置允許的情況下，應當盡量的使用兩排支護樁，這種布置方式最終的力學性能比較理想，前后排樁以及樁頂圈梁能夠形成一個較為理想的剛架結構，能夠保證樁間土也能夠參與到支護工作當中來，不斷的改善圍護樁的受力狀況，這種方式對于減少樁的配筋數量也將會起到十分良好的幫助作用。

4.3 綜合考慮多方面的因素影響

在進行深基坑支護的設計以及后期施工的過程中應當綜合考慮工程地質、水文條件、基礎類型、基坑開挖深度、降排水條件、周邊環境、基坑周邊荷載、施工季節、支護結構使用期限等因素，這些因素都將會導致深基坑支護的整體質量產生比較大的影響。在對深基坑進行支護的過程中施工控制的重點主要應當集中在基坑上部坑沿的穩定性、地面變形及地下水的控制、防止基坑周邊隆起、管涌與流砂等險情，并要根據地質、環境因素的變化及時地調整支護方案。深基坑支護結果的最為主要的作用就是擋土，保證基坑在開挖以及基礎施工的整個過程都能夠得以比較順利的完成，并其要保證在施工的過程中不會對臨近建筑、公共設施以及周邊環境不產生危害。從目前的實際情況來看國內比較常用的深基坑支護技術主要有地下連續墻排柱支護、水泥攪拌柱、土釘墻及復合土釘墻、噴錨網支護、逆作法與半逆作法施工、環形支護結構等等。在實際施工的過程中應當根據基坑深度以及地下水的實際情況結合綜合考慮不同支護方式的優缺點，選擇一種經濟比較合理的施工組織設計。深基坑支護的基本要求：技術先進，結構簡單，受力均勻可靠，保證基坑圍護體系能夠起到擋土作用，使基坑四周邊坡保持穩定。確保基坑四周相鄰建（構）筑物、地下管線、道路、高壓線塔、低壓輸電線路等的安全，在基坑土方開挖及地下工程施工期間，不因基坑周圍土體的變形、沉陷、坍塌及位移而發生事故。通過排水、降水、截水等措施，使基礎施工在地下水位以上進行，既能經濟上合理又能保證施工人員和設備安全。

4.4 合理安排工序以及工期

在實際施工的過程中要保證基坑支護施工應當與挖土的相關工作進行充分的配合，結合實際情況合理安排工序以及工期。要保證開挖的順序以及所使用的方法能夠與最終的設計結構保持一致，并嚴格遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則，這種方式能夠在最大程度上避免開挖過程中對原土體的擾動作用，要盡可能的減少基坑處于無支撐的暴露時間，進行對稱開挖、均衡開挖，采取有效的措施利用土體自身在開挖過程中對位移的能力進行控制。基坑開挖過程中，應防止碰撞支護結構、工程樁或擾動基底原始土層。發生異常情況時，應立即停止挖土，并應立即查清原因和采取措施，方可繼續挖土。

總結：

本文在研究的過程中對深基坑支護的設計與施工進行了針對性的研究，主要得到了以下幾點結論：首先從在開挖基坑的過程中應當遵循一定的原則主要包括以下幾點即滿足深基坑護坡的穩定性要求、確保土方開挖及基礎土建施工期間邊坡的安全、優化護坡方案，盡量降低護坡成本以及施工工序簡單有效，盡量縮短施工工期。其次從技術難點的角度進行分析能夠看到主要存在著以下幾點方面即基坑大土質差、地下障礙物的存在以及地下水的存在。再次從目前深基坑支護存在的問題上來看則可以概括為支護結構設計中土體的物理力學參數選擇不當、邊坡的施工達不到要求、基坑土體的取樣具有不完全性、土層的挖掘和邊坡的支護存在不協調的情況、基坑開挖存在的空間效應考慮不周、支護結構設計計算與實際受力不符以及部分施工達不到設計的需要。最后為了能夠有效的應對這些問題本文也針對性的提出了幾點建議主要包括轉變觀念、科學選擇深基坑支護結構以及綜合考慮多方面的因素影響。希望通過本文的研究能夠對我國深基坑支護今后的健康發展起到十分良好的幫助作用。路塹高邊坡支護機理與效果[J].長安大學學報(自然科學版),2017,37(03):39-46.

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