深基坑支護施工技術在建筑工程中的應用研究

0 引言

自改革開放以來，我國的經濟實力得到了質的飛躍，人們對生活條件的需求也在與日俱增，這標志著我國迎來了快速發展階段。而在城市建設過程中，超高層大樓建筑的占比也在日益增長，相較于其他類型的建筑施工而言，由于超高層大樓具有一定的特殊性，因此在施工的過程中更要注重合理地運用各類現代化施工技術開展施工作業，以確保施工的順利開展。而在此類建筑的施工過程中，深基坑支護施工技術則是用來加固基坑強度，保證基坑周邊安全，預防各類施工安全事故的有力舉措，因此在高層建筑施工過程中尤其重要。相較于傳統基坑支護技術而言，由于基坑深度更大，對結構穩定性要求更高，因此無論在施工規劃層面還是在技術層面都有著較大的差距。通過對國內外相關深基坑支護施工技術進行研究后發現，其他研究中針對深基坑支護中的重力式擋土結構研究較少，理論基礎相對薄弱，如果未能建立起針對重力式擋土結構的全面認知，那么就會極大地影響深基坑支護施工質量，影響整體施工效率。在這樣的背景下，本文通過結合前人的研究成果，結合日常施工作業經驗，提出了一種創新型深基坑支護施工技術，以期能夠達到為相關從業者提供理論參考和實踐依據的目的。

1 創新型深基坑支護施工技術設計概述

1.1 建筑工程土壓力計算

建筑工程土壓力的計算是整個深基坑支護施工的基礎，毫不夸張地說，土壓力的計算結果直接影響了深基坑支護施工的質量，并對支護效果、結構穩定性產生重要的影響，因此首先需要對土壓力進行計算，來確保后續支護施工的正常進行。基于此，本文在計算過程中，主要通過利用庫侖土壓力理論作為理論參考，并通過結合重力式擋土墻的土壓力與柔性支護結構自身剛度來完成計算過程。為了更加快速精確地得出結果，首先應考慮土體周邊環境，由于在不同環境和不同種類的土體中，側向土壓力具有較大的差異，固采用相同計算方法所涉及的支護結構可能無法滿足其他種類的土體要求，影響結構的穩定性，因此首先要明確土體性質，并對深基坑做一定的處理，確保土體表面的光滑和平整，并將土壓力分為主動和被動兩個方面。最終根據朗肯土壓力理論，計算主動土壓力的系數，計算所用公式詳見公式（1）：

在公式（1）中，Ka主要用于表示深基坑主動土壓力系數；φ則用來表示土壓力中內摩擦角的取值。通過測量和計算，最終得出深基坑主動土壓力系數，在此基礎上開展后續的計算工作，從而獲取深基坑支護施工主動土壓力強度，計算所用公式詳見公式（2）：

在公式（2），pa表示了深基坑支護施工主動土壓力強度，c則用來表示支擋結構土體的黏聚力；a1表示深基坑土體的自重應力系數。當c發生穩定變化時，深基坑擋土單位寬度內的土壓力計算見公式（3）：

在公式（3）中，Ea表示深基坑擋土單位寬度內的土壓力；γ表示深基坑的有效豎向自重應力系數，H則表示支擋結構土體的高度值。在計算Ea的過程中，不但需要考慮支擋土體結構的豎向自重應力的具體數值，還要考慮到墻背與土間的摩擦角的數值變化，在深基坑土體接觸面具有傾斜角的情況下，應該及時調整支擋結構作用的土體滑裂面，以確保計算結果的準確。設計深基坑土壓力計算示意圖如圖1所示。

圖1 深基坑土壓力計算示意圖

在無地面超載的情況下，主動土壓力會以三角形分布的形式呈現，因此就可以充分利用圖解法中合力作用點原理，來計算建筑工程深基坑土壓力，計算公式見公式（4）：

在公式（4）中，Kq表示深基坑土壓力；q則表示庫侖系數；β表示深基坑與地面土體結構之間的夾角；α表示深基坑與墻背外法線夾角。而在實際對深基坑土壓力進行計算的過程中，為了使計算結果更加精確，更加符合工程需要，就需要實時對支擋結構與土體之間的拉力進行檢測，并根據其變化，適當調整基坑與地面土體結構之間的夾角β。

1.2 選擇合適的支護土釘

在建筑施工的過程中，利用土釘進行支護是一種常用的支護方案，這些支護土釘主要通過加固基體結構，并通過錨固原位土體等方式維持基體穩定，從而滿足后續的施工需要，在施工過程中通常需要根據施工需求以一定的傾斜角度鉆孔，然后將鋼筋放入孔內，再利用注漿的方式使其形成穩定結構，利用土釘進行連接，從而達到加固的效果。在整個深基坑支護過程中，除了鋼筋以外，支護土釘就是整個支護結構的關鍵，因此選擇合適的支護土釘同樣對施工結果有著重要影響。為了使支護土釘能夠滿足施工需要，首先要計算深基坑土壓力，并根據壓力的具體數值來選擇支護土釘。同時在選擇的過程中，除了要考慮基坑本身的土壓力以外，地基位置、地下水水位，土體種類等都是重要的衡量標準，只有全面考慮這些環境因素，支護土釘的實際效果才會更加理想。在開挖的過程中，施工人員還要實時對斷面進行測量并進行核驗，如果遇到斷面平面位置和坡面不滿足支護施工需要，還要對其進行修正，保持邊坡坡面的平整，坡度能夠符合設計要求。而在后續施工作業的過程中，還需要在土體上方進行鉆孔，并在開挖后八小時以內將土釘安放完畢，如果遇到特殊天氣條件等惡劣條件時，應在開挖后兩小時以內完成土釘的安放，以此提高穩定性，對于成孔過程中出現的碎屑，應使用氣洗等手段進行清理，在使用氣洗的過程中，還要控制壓力在適度的范圍之內，一般以0.3MPa左右為宜，這樣能夠避免因氣洗而導致的孔隙增大，而影響支護效果。本文所涉及的創新型深基坑支護技術主要采用的為MTB362型號的熱軋鋼筋，其具有良好的承載能力和穩定性，能夠滿足深基坑的支撐需要。而土釘的角度應控制在5~35°范圍內，可這樣可以使土釘和周邊土體形成更為緊密的結構整體，從而提高結構強度，另外還應該適當增大土釘的孔徑，以此確保土釘對坑底土層具有較為優異的承載能力。在明確了土釘與深基坑土體之間作用力的情況下，就可以通過機械施工的形式，垂直打入支護土釘，來維持深基坑內部土體的結構穩定。將土釘外部與鋼筋相連接，以此來設置土釘的滑動面，從而在外部荷載的條件下，為深基坑內側提供拉力，保證穩定性。在實際施工的過程中，施工人員還應該根據深基坑的具體深度，來調節土釘最大拉力的分布情況，結合深基坑內部的具體情況，控制土釘的水平作用力。由于土釘的支護拉力與打入的方向及力度具有一定的關聯性，因此還需要結合建筑施工的整體需要，來計算深基坑支護土釘的拉力，深基坑支護土釘的拉力計算公式見公式（5）：

在公式（5）中，Pk表示第k層土釘在深基坑中土壓力標注值；Sj則表示土釘在j層深基坑土體中的水平間距。通過計算，獲取支護土釘的拉力，以此來滿足后續施工作業需要。

1.3 預應力錨桿支護面層的設計概述

在選擇合適的支護土釘之后，還需要結合支護土釘的拉力數值，來設計深基坑預應力錨桿的支護面層。支護面層是用來承擔無承載土體水平荷載的一種支撐結構，它通過將這些荷載進行傳遞，分攤到預應力錨桿之中，從而對深基坑的土體起到防護作用，保證基坑本身的穩定性，其結構主要由。而在本次設計中主要采用了噴射的方式來對深基坑混凝土面層進行處理。在噴射面層的過程中，需要將混凝土的厚度維持在125~265mm范圍內，并通過密集鋪設鋼筋，加厚混凝土的面層的方式，減少噴射所需混凝土的整體數量，來達到節約成本，提高經濟效益的目的。同時還需要將錨桿下部的承載結構部分與混凝土面層建立連接，進行噴射混凝土深度的調節，以此來保證混凝土支護面層的憑證。考慮到預應力錨桿下部承載結構具有較大的剛度，因此深基坑的深度還要能夠滿足整體施工需要，即具有一定的深度，這樣能夠使深基坑與無承載土體之間貼合緊密，從而提高支護效果。并在錨桿上施加一定的預應力，這樣能夠在一定程度上減小建筑支擋結構的位移距離，從而促使深基坑坑底支擋結構荷載力相對平穩均衡，進而形成無障礙空間。由于深基坑支護結構與土體之間具有一定的相互作用，還需要在支護面層中間設置排樁平鋪，提供充足的抗拔力，避免因支護施工而對深基坑內部的土體環境產生較大的影響和破壞。另外還要在深基坑表面鋪設規則形狀的木板，提高支護面層在土體上的覆蓋面積，增加荷載的傳力面積，避免由于荷載力過大而導致的錨桿下部結構出現變形。需要注意的是在前層的支護土釘注漿操作結束至少48小時之后，并在面層噴射完畢后才可進行后續的土釘工作，完成土釘注漿操作，這樣能夠最大限度地發揮支護土釘的支撐效果，從而達到深基坑支護施工的需求。

2 通過實驗驗證創新型深基坑支護技術的可行性

為了進一步驗證本文提出的創新型深基坑支護技術的可行性和實際作用，因此設計并完成了如下試驗進行測試。本次試驗主要以某市市區范圍內XXXX高校宿舍樓作為擬建建筑，通過分析其周邊環境，并分析創新型深基坑支護技術與傳統支護技術在相同條件下的抗拔力來分析創新型深基坑支護技術的優勢。該高校宿舍樓地面高差相對較大，地表標高維持在352.34~455.68mm區間內，深基坑的地表規格如表1所示。

表1 高校宿舍樓深基坑地表規格表

根據表1中有關高校宿舍樓審計坑地表規格表中的數據，獲取到深基坑附近區域的環境分布情況。考慮到深基坑附近環境較為復雜，施工難度相對較大，因此在制定深基坑支護施工方案時，不但要最大限度地確保施工效率，還要盡可能地降低施工噪聲，固采用垂直支護方法，制定支護施工方案。將本文中所提出的創新型深基坑支護技術應用到這所高校的宿舍樓當中時，就要設置深基坑錨桿的摩阻力指標，并隨機選擇規格、長度不一的六根錨桿作為研究對象，對錨桿進行抗拔測試，以此來檢驗創新型深基坑支護施工技術的抗拔力。為了能夠更好地記錄試驗結果，固將錨桿按照次序依次分為①-⑥，并將本次的抗拔測試試驗結果與傳統深基坑支護技術的測驗結果進行對照，以此來判斷創新型深基坑支護技術的時效性，具體對比結果見表2。

表2 創新型深基坑支護施工技術與傳統深基坑支護技術抗拔力測驗對比

根據表2中具體數值的對比可知，在具有相同長度和摩阻力、外部環境的條件下，采用創新型深基坑支護設計技術后，深基坑支護的抗拔力較大，與傳統施工技術相比，支護效果更好，結構更穩定，這對于高層建筑而言有著重要意義，這也直接說明了創新型深基坑支護施工技術在實際施工過程中的有效性。

3 結語

隨著高層建筑施工需求的不斷提高，深基坑支護技術的應用前景也在逐漸增大，對支護效果、結構穩定性的要求也與日俱增。因此，在這樣的背景下，針對現有的深基坑支護技術進行創新研究具有重要意義。本文中所提到的創新型深基坑支護技術相較于傳統支護技術而言，不但在抗拔力測驗中表現出了更為優異抵抗拔力，同時在一定程度上提高了深基坑本身的支護效果，有助于提高建筑施工效率，杜絕施工安全事故。而在未來的建筑發展過程中，隨著BIM技術、和各類先進施工技術設備的應用，深基坑支護施工技術還將得到進一步的發展與提升，屆時高層建筑施工將會更加高效，安全性、可靠性也會有巨大的提升。