深基坑穩定性的影響因素及常用支護方式探討

付校龍 羅青松

（中國市政工程中南設計研究院深圳分院，廣東 深圳 518109）

0 引言

深基坑開挖是目前大型工程項目在實施過程中常見的一種施工形式，由于深基坑穩定性的影響因素較多、施工過程綜合危險系數大，施工過程中需要同步進行支護以保障深基坑的穩定性。深基坑支護設計和施工難度大，探究深基坑穩定性的影響因素，分析常用的深基坑支護方式，對于保障工程質量和施工安全，促進行業健康發展而言，具有重要的現實意義[1]。

1 深基坑工程概述

基坑是在基礎設計位置按基底標高和基礎平面尺寸所開挖的土坑。對于大型建筑工程而言，基坑是必不可少的工程形式，只有在基坑開挖之后才能進行地下工程的施工作業以及必要的地基處理。當下行業內將開挖深度5m以上的基坑工程歸類為深基坑，相比于一般基坑工程，深基坑的質量影響因素更多，危險系數更高。

基坑支護工程就是基坑開挖完成之后，保障基坑穩定、避免出現坍塌的一種工程，是保障工程質量與施工安全性的重要措施。由于深基坑穩定性的影響因素眾多，選取恰當的支護方式，將有助于工程質量提高，促使安全生產目標的達成。隨著行業的不斷發展，當下基坑施工深度越來越大，這也使得基坑支護工程的技術體系更加復雜。有效的基坑支護能夠避免基坑不穩定因素對工程質量與施工安全造成影響，從根本上規避事故的發生。

2 深基坑穩定性的影響因素

2.1 開挖深度

在不考慮其他因素的前提下，開挖深度越大則開挖穩定性越差，因此對于不同的開發深度也需采取差異化的施工措施。從當下工程項目的實際需求來看，大型工程項目基坑深度不斷增加，影響因素更為復雜，這也使得新形勢下深基坑開挖穩定性保障難度大幅提升。

2.2 土質情況

不同的土質在開挖后會表現出不同的穩定性，自然土質良好、具有較高的承載力，則開花之后的基坑穩定性更高；反之若土質較差，其承載力低或含水量高，在開挖之后會具有更多不穩定的因素，表現為基坑側壁具有向內坍塌的趨勢，影響工程質量與施工安全。

2.3 環境因素

可分為自然環境和工程周邊環境兩類。進行地下工程施工作業時，若自然降水較為充沛，會使地下自然土體含水量過大，從而導致水體流動性增強、土體承載力下降，進而對深基坑的穩定性造成不利影響。若基坑施工位置周邊存在較多的工程施工場地或荷載較大，同樣會使基坑開挖后穩定性下降[2]。

2.4 支護措施

支護措施是防止基坑側壁坍塌的一種工程形式，進行深基坑支護也是保證基坑開挖穩定性的重要措施。選取了恰當的支護措施并進行全面的管理能夠有效降低深基坑坍塌的風險，提高深基坑開挖工作時的整體穩定性，反之若未進行有效支護或選取的支護措施存在問題，則會對深基坑開挖穩定性造成嚴重的不利影響。

3 深基坑的常用支護方式

3.1 地下連續墻支護

地下連續墻是指在基坑完全開挖完成之后，順著基坑側壁位置四周，利用混凝土材料施工一圈具有承重能力的擋土墻，通過對基坑側壁土體施加橫向支撐力保障基坑系統整體的穩定性。從應用效果來看，地下連續墻技術能夠取得較為良好的支護效果，同時適用范圍較廣，對于含水量較大和承載力較弱的自然土體也能夠進行有效支護。

地下連續墻除了起到擋土的作用之外，還同步具有擋水的作用，對于基坑內的降水需求和施工安全而言，能夠同時得到保障。但是，必須明確的問題是：在地下施工結構墻體，其質量影響因素更多，綜合管控難度大，施工消耗周期長。同時也需注意地下連續墻的施工階段和養護階段需要消耗較長時間，無法在短期內取得較好的支護效果。

地下連續墻的施工位置一般會是沿著基坑側壁形成環形的連續墻，在設計過程中，除了需要考慮到自然土體對于墻體造成的橫向荷載作用之外，也需明確在地下復雜環境和地下水侵蝕的影響下會使其性能折損更快，因此提出了更高的性能要求。一般地下連續墻使用結構自防水混凝土開展施工，對于材料管控和混凝土的配合比設計也具有較多的特殊要求，同樣是應用地下連續墻技術過程中需要考慮的重點問題。地下連續墻僅作為擋土墻使用，不與地下工程共用成為結構墻，設計和施工相對簡單；若擋土墻即為地下結構的主體墻體則在設計過程中還應考慮到后續工程的實際需求。

3.2 深層攪拌樁支護

深層攪拌樁支護是屬于地下樁基礎的一種支護形式，作用機理是通過加固軟弱地基，避免基坑周邊土體出現坍塌問題。通常利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機械將地下水、軟土或沙等和固化劑混合，使自然土體硬結而提高強度，以此實現基坑支護的目的。當下在工程中應用的固化材料一般以水泥為主，通過添加輔助料和外加劑的形式，使其具有更為良好的性能，固化材料進入到地下之后與水和松軟土體相結合形成樁體材料，直接作用可以減少自然土體中的含水率，同時增強整體結構強度，使其承載力提高、流動性下降。

從力學角度進行分析，這種支護形式能夠減少對土力學系統穩定態的影響，是可靠性較高的一種支護形式。但這種技術的缺點也顯而易見，由于施工位置位于地下無法被直接觀測到，若前期地質勘查資料不足，或過程中因材料機械等存在問題，所產生的質量下滑也很難被檢測到。

按照固化材料是否與水進行預先拌合可將其分為干法施工和濕法施工，利用泵送設備將配置好的固化材料輸送到地下位置，并通過反復攪拌的形式使其與自然土體和水分充分混合，也需要按照自然土體狀態和含水率進行固話材料配置比例的調整。應用深層攪拌樁技術進行基坑的支護需要進行預先設計，結合工程需求和地理地質情況實際狀態確定固化材料的配合比，而后將固化材料利用泵送設備輸送到到指定標高，再通過反復攪拌混合的形式使之與自然土體充分結合以此實現加固的目的，達到基坑支護的效果[3]。

3.3 土層錨桿支護

土層錨桿支護的作用位置是基坑側壁，通過金屬桿件的應用對基坑側壁位置的自然土體進行加強，使其減少出現向內側運動的趨勢，從而達成支護的作用。這種支護技術也能夠保障土質穩定，避免因開挖造成周邊土體的流動。需要明確的問題是，利用土層錨桿支護技術對于自然土體的土質要求較高，含水量過大或過于軟弱的自然土體應用此方式無法進行有效的支護。錨桿材料來源較為廣泛，就一般建筑工程而言，使用鋼筋材料進行簡單的加工即可用于基坑支護。理論上錨桿材料的自身強度越大、設計的越密集，則會取得更好的支護效果，但也需按照項目的實際需求在施工前進行設計工作。為了便于錨桿施工的順利開展，需要利用鉆孔設備在待安裝位置先鉆出孔洞，而后下放金屬錨桿，安裝到指定深度后使用水泥砂漿或細石混凝土澆筑以起到固定的作用。此技術因其自身特性一般應用于臨時支護，隨著時間的推移，自然土體仍具有相對運動的趨勢，從而導致支護效果逐漸變差。同時也可能受到自然降水或地下水變動導致的質量問題。

實際應用過程中，應先進行地質勘查，根據項目的實際施工內容和要求確定支護需求，確定采取相關技術后，進行材料和設備的準備工作，確保應用的金屬錨桿符合工程要求。根據前期設計方案確定需要進行錨桿施工的位置，通過放線測量的形式打點放樣；利用鉆孔設備在指定位置向下鉆出孔洞，確保孔深與直徑滿足工程要求，避免孔深過深或直徑過大影響未來錨桿的可靠固定；將錨桿材料安裝到孔洞當中，調整位置并進行驗收。前續工作處理完成，企業驗收合格之后，即可利用水泥砂漿或混凝土澆筑在孔洞縫隙周圍，從而完成土層錨桿的施工固定。

土層錨桿技術的加固原理是通過對基坑側壁土壤進行固定和承載力增強的形式來保障基坑安全，在實際應用過程中更適用于自然土質情況良好、基坑深度較淺、支護要求不高的工程形式。這種支護措施應用效果較為明顯，技術較為簡單，對于小型工程也無需進行專項方案的編制和計算書出具。

3.4 噴錨支護

噴錨支護是通過直接加固基坑側壁位置的自然土體達成支護目的一種措施形式，由兩種施工方法共同組成：一是通過橫向插入到自然土體中的金屬錨桿，起到固化自然土體、增強綜合承載力的作用；二是在基坑側壁外側通過噴射細石混凝土或水泥砂漿的形式形成一個硬化凝結層。兩種形式共同作用組成了噴錨支護措施[4]，如圖1所示。

圖1 噴錨支護示意圖

從其適用范圍上來看，對于傾斜邊坡開挖的基坑采用這種方式進行支護是簡單且有效的；除此之外對于深度校深，且采取放坡開挖的基坑工程而言，也能夠實現有效的支護。但并不適用于含水量極大的自然土體。此支護形式較為靈活，可在該基礎上進行改良與優化：例如為了實現更為優質的工程效果，進行混凝土噴射之前再增設一層金屬網，能夠實現更好的加固效果。這種支護方式最顯著的優勢就是能夠直接觀察支護措施質量情況，對于潛在的質量下降以及支護失效情況也能及時知悉并作出妥善處理。此外由于該技術的特點，在實際應用過程中也可與其他工程支護措施搭配使用。

對于建筑工程中的大型基坑，用噴錨支護技術，其綜合成本相對于其他支護方式而言更低，同時通過改變金屬錨桿和混凝土自身的性能，也能達成不同的支護性能，實現“按需支護”。利用該方式進行基坑側壁的支護，需要在上部設置截水溝，下部設置排水措施，避免在自然降水條件下雨水直接沖刷混凝土側壁使其性能下降。

4 深基坑支護方式應用實例

4.1 案例概況

該案例工程位于陜西省西安市，是一房屋建筑工程，主體結構為混凝土框架剪力墻結構。該項目中有4棟超高層建筑，自身高度130m。為了保障工程質量和施工穩定性，設計階段確定的地基埋深深度為10m，同時為了滿足該工程項目地下二層的施工需要，在施工過程中，基坑開挖深度可達15m以上，為深基坑的范疇。

4.2 深基坑支護方式選擇

進行基坑支護方式選擇之前，首先開展了地質勘察工作，經勘查此處自然土體情況較好，含水量較低；對于其環境因素進行全面分析后可知，西安市在基坑施工周期內不具有強對流天氣的隱患，自然降水量較小，不會對地質情況和地下水情況造成明顯影響。因此在施工過程中選取了土層錨桿與地下連續墻技術結合使用作為支護方案。

4.3 深基坑支護施工

基坑開挖完成之后，即開展支護施工。首先施工土層錨桿，利用金屬錨桿插入到基坑側壁的自然土體中，通過承載力加強和擠壓的作用達成了初步支護的目的，能夠保障短期內基坑質量的穩定性。而后緊貼著基坑內壁設置一圈擋土墻，所應用的混凝土標號強度為C30，通過改變混凝土配合比的形式，使其具備一定的防水特性，墻體厚度150mm。在上述方案確定之后，同步開展鋼筋工程和模板工程，同時采購商品混凝土作為擋土墻澆筑用混凝土。而后按照混凝土澆筑的技術要點進行擋土墻的施工。施工完成之后擋土墻進入養護階段。

該案例工程采用了兩種基坑支護方式結合使用，一方面考慮到工程項目更高的質量要求和安全要求；另一方面所選取的兩種支護方式分別為臨時支護和永久支護。所選取的支護方案綜合了經濟、施工可行、質量要求，為項目的健康推進提供保障。

5 結束語

本文圍繞深基坑穩定性和支護展開分析，在深基坑工程開挖過程中采取必要的支護措施，能夠保障施工質量與施工安全。當下行業內具有多種成熟的支護方式，在項目開展過程中可根據實際需求選取恰當的支護方式，并展開完善技術管理工作，以保障基坑施工質量和施工安全。隨著行業的不斷發展未來也會有更為先進的支護方式和技術被應用到深基坑工程當中，從多個角度促進工程質量的提高，保障施工的安全。