地基加固與支護降水的設計

顧小鋒

（南通市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 南通 226000）

0 引言

基坑支護技術是結合了工程綜合基礎和類似地下工程建設兩者之間的一種工程問題，這種工程問題所涉及到的建筑學知識十分廣泛。相對于高層建筑來說，其具有多層地下室以及類似的地鐵隧道挖掘和地下停車場、變電站、地底倉庫等。此外，城市生活空間的不斷發展，也導致有關基坑工程需求逐年增長，伴隨而來的則是更具挑戰性的新問題，這使工程技術人員不得不以全新視角來對此進行詳細研究[1]。

1 深基坑支護的設計與施工現狀

在建筑工程中，一旦一個基坑開挖深度超過了5m，那么就可以稱其為深基坑。不過，在某些特殊情況下，一些工程的地質條件和地下所涉及到的管線環境極其復雜，此時這種工程也可以算作深基坑工程。深基坑工程有兩大類支護結構：構筑擋土墻結合內部支撐的被動支護形式，以及構筑擋土墻結合錨桿的主動支護形式。其中，錨桿支護是一種主動支護。這種主動支護體系是由縱向和橫向的支撐共同組成的，由這兩種支撐體系所構筑完成的內支撐體系，基坑面積大，開挖深度深，而且不會占用太多外部空間，自身結構強度高，不容易發生變形。此外，這種主動支護體系還利用了地殼本身所具有的固定力量，其自身結構能夠有效保持穩定，并且防止巖石和土壤的坍塌。

在城市的不同區域進行類型不同的建設工程，這些建設工程的地基建筑類型和所使用的地基施工技術是隨著施工場地的地質變化而變化的。在此過程中，如果地下水位比較高，那么想要開挖基層，就必須要在含水層被切斷的地下高水位地區進行開挖。含水層在被切斷之后，會出現壓力差作用，這導致地下水很容易滲入基坑當中，如果不對其進行排水，就會導致基坑的沁水現象加重，從而影響現場正常的施工條件。而且有可能會導致其他管道出現漏水和基坑邊緣出現不穩定現象，對此，必須要采取相關的有效排水和降水措施，保證現有的地基建設技術能夠在這些復雜的地基加固和基坑支護的降水設計環境下，滿足高效和安全的建筑地基的極高要求。目前，我國部分城市在進行道路工程建設的過程中，仍然存在對地基施工技術及其優化的重視程度不夠現象[2]。地基施工現場見圖1。

圖1 地基施工現場

2 施工中易出現的問題

2.1 基坑支護結構設計

基坑的開挖本質上是一個讓土壤得到松動和動態平衡的過程。隨著基坑開挖深度的不斷加強，基坑邊緣的土壤強度會逐漸下降，而形變程度則會逐步加大，但在實際建筑工程當中，有一部分基坑設計在極限平衡理論之下，計算結果是滿足了設計要求的。而且經過安全系數的評估，其安全系數較高，可是在正式施工過程當中，這些工程的安全情況卻不容樂觀。在施工的時候，基坑的環境變動沒能滿足規范要求，雖然未發生事故，但依然有可能埋下安全隱患，所以在設計過程中，不能排除基坑出現嚴重形變和老化的情況。

2.2 基坑土壓力計算

對土壤壓力的計算是有效保證基坑支護結構穩定性的關鍵，換句話說，基坑支護結構在設計方面的難點就是如何計算土壤的壓力。目前一般運用庫侖-朗金公式進行計算，卻存在著很明顯的問題。（1）這一有關土壤壓力的理論公式通常是針對縱向平面擋土墻設計問題所構筑的工事。但實際上高層建筑的基坑支護工程容易涉及到更多的復雜空間結構，是不能夠將其簡單視為平面幾何問題的。（2）這兩個公式都是以極限平衡理論為基礎，但是在實際的建筑工程中，土壤往往會出現位移情況，打破極限平衡理論。而在基坑支護結構的設計和實踐過程中發現，土壤的壓力是變化的，這種變化是很難有效捕捉的。所以通過使用庫侖-朗金公式進行基坑土壤壓力的計算，很難得到準確而令人滿意的計算結果。

2.3 地下水控制設計

在基坑的設計方面容易受到地下水位的變化影響，基坑很容易出現滲水問題。基坑一旦陷入滲水問題的困擾，則使施工難度和施工成本大大增加。

3 地基加固和基坑支護及降水設計的建議

3.1 做好精細化管理

“質量安全大于天”，這是建筑業永恒不變的根基和真理。工程質量不過關，是間接殺人的行徑。而在精細化管理面前，建筑質量應該做到意識、制度、監管、行為四方面的完全確立。

（1）在意識方面，要向每一位施工者、檢查者和管理者都闡明質量的重要性。通過大量的國內外因建筑質量不過關而導致重大安全事故的案例來警醒他們質量第一的重要性。同時，對于建筑質量中的一些灰色地帶如水泥質量問題、欺瞞和收買質檢人員等細節性問題進行闡明，同樣通過案例說明這些行為的危害極大，以警示相關人員。（2）在制度方面，管理者應通過發現實際施工和檢查過程中出現的易被忽視問題來完善制度。制度的監管要嚴格執行，發現新的問題無法被制度所解釋和約束時應該及時報告，絕不能利用漏洞來投機取巧。（3）對于監管人員的思想教育也要到位，應銘記：“制度是用來遵守的，而不是用來尋找漏洞后進行利用的。”（4）行為上應加強引導，盡可能地讓相關人員達到一種“無意識”（最低也得是“下意識”）遵守規則的行為。而為鞏固這一“無意識”或“下意識”地遵守規章制度的行為，必須加強前三方面的影響力。

3.2 設立配套管理機構

在精細化管理部門的設立過程中，需要將有關的項目經理作為主負責者，將其下屬的質量監督者作為相關項目工程師來進行新的精細化部門的組建。明確部門職責范圍，將工程技術試驗、物資調配、施工計劃設計、建筑質量檢查以及施工技術發展等部分作為下屬分支機構。項目經理對這些下屬機構的工作質量和進度進行負責，而工程師應該配合新的質量監督者領導人——施工隊長來對現場的施工工作進行負責，這樣將原有的職務進行重新劃分，并通過下屬辦公室進行職責細化，達到精細化管理的目的，保證總體質量的優異。

3.3 運用深地基基礎施工技術

該技術由于通過其進行側向支撐的樁墻與內部支撐所組合而成的樁撐體系來進行地基施工，因而其應用范圍不斷擴大，且在施工范圍擴大的同時還對地基施工質量提供保障[3]。在地基施工技術方面的設計應遵循下列基本原則：

（1）負荷原則。該原則指的是道路工程中的地基建設必須要對其所能夠承受各類力的最大范圍給出相應準確數值，同時在建設地基時應對地基所承受的力量值進行檢測，如果可能出現或者已經出現超過地基可承受力量數值范圍的情況，應立刻將注意力放置在降低地基所受力量的方面上[4]。等到地基可承受力量恢復到正常值之后，再進行施工。由于地基在超出力量負荷之后往往會發生地基土剪切與地質穩定和平衡性上的破壞，因此必須對負荷原則進行首要堅持。

（2）遏制原則。該原則讓由于建設地基而引發的部分地質結構損壞的問題能夠得到遏制，為達到這一目的，施工人員必須對地面開采的次數和掘土量進行有效把握，通過對地面和地下形變程度進行人為控制，保證地基的承受能力不會下降，做好地基加固和基坑支護的降水設計工作。

（3）監測原則。該原則指的是通過對地基的基礎不間斷進行有關地基耐久度、地基強度等方面的數據監測，從而使建設在該地基上面的建筑或路段能夠在結構上得到契合。

負荷、遏制和監測是目前地基加固和基坑支護的降水設計工程中應遵循的基本原則[5]。

4 基坑降水設計所需要考慮的兩個關鍵因素

（1）需考慮場地周圍既有建筑物的高度、分布和結構以及這些建筑物與基坑工程的距離[6]。當基坑周圍的地下設施，包括電纜和管道設計用于降水時，也應考慮其排水通道和供電。對于基坑降水，設計方案起著很大的抑制作用，有效考慮這些因素可以更具體地保證周圍建筑物和地下設施的安全。（2）考慮基坑的土體結構和地下水分布，包括土體的形成條件、顆粒含量和土體結構、不同基坑、不同區域不同土層、不同深度和滲透系數等。如果滲透系數的計算結果不準確，很可能導致基坑降水方案的設計誤差。如果水壓估算錯誤或對基坑周圍的地質水文資料了解不充分，基坑降水方案設計將發揮不了實際作用。

5 結束語

無論是地基加固的基坑支護，還是和基坑相關的降水設計，都必須要能夠有效地考慮到周邊的建筑環境、建筑結構、地質結構以及地下重要管網的分布。在綜合分析了這些周邊環境因素之后，才能夠更好地進行地基加固的基坑支護以及降水設計的關鍵方案[7]。