建筑施工中深基坑支護的施工技術與管理

文／龔敬聰 佛山市建文建設工程有限公司 廣東佛山 528000

引言：

隨著城市化進程的不斷推進，高層建筑、地下結構和基礎設施的建設日益增多，深基坑工程在城市建設中扮演著重要的角色。深基坑施工過程中，由于地下土層的特殊性質和深度，基坑支護成為保障施工安全和工程質量的關鍵環節。然而，深基坑支護施工過程中存在著諸多挑戰和問題。首先，不同地質條件下的基坑支護方法選擇和設計是一個復雜的問題，需要綜合考慮土層性質、地下水位、周邊建筑物等因素。其次，基坑開挖、支護結構施工和土體應力控制等施工技術問題也需要得到有效解決。此外，施工過程中的項目管理、質量控制和安全管理也是不容忽視的方面。因此，深入研究深基坑支護的施工技術與管理，探索有效的解決方案，對于確保基坑工程的安全、高效施工具有重要意義。

1.深基坑支護方法

1.1 鋼支撐法

鋼支撐法通過在基坑周邊設置鋼支撐結構來穩定土體，并抵抗土壓力和地下水壓力，以確保基坑的穩定性和安全性。鋼支撐法的主要優點是具有強度高、剛度大的特點，能夠承受較大的土壓力和水壓力。鋼支撐結構通常由鋼板樁、U 型鋼、橡膠墊板等組成，這些材料具有良好的耐久性和抗腐蝕性能[1]。同時，鋼支撐法施工方便快捷，適用于各種地質條件和基坑形狀，可以靈活調整支撐結構的布置和尺寸，以滿足工程的需求。然而，鋼支撐結構的設計需要考慮土體的力學特性、基坑深度、地下水位等因素，需要進行詳細的工程計算和分析。鋼支撐結構的施工需要高度的技術要求和嚴密的操作控制，確保施工質量和安全性。此外，鋼支撐法在長期使用過程中可能存在腐蝕、疲勞等問題，需要進行定期檢查和維護。

1.2 壓力平衡法

壓力平衡法通過在基坑周圍設置支撐結構，使支撐結構的水平支撐力與土體的側向土壓力相平衡，從而達到穩定基坑的目的。壓力平衡法的主要原理是通過在基坑周圍設置連續的支撐樁或支撐墻，通過施加水平支撐力，抵消土體的側向土壓力。這樣可以減小基坑周邊土體的變形和沉降，保持基坑的穩定性。壓力平衡法具有以下優點，它能夠減小基坑周邊土體的變形和沉降，降低對周邊建筑物的影響。支撐結構相對簡單，施工周期較短，可以提高工程進度。此外，壓力平衡法適用于各種地質條件，具有較強的適用性和靈活性。然而，支撐結構的設計和施工需要考慮土層的性質、地下水位以及基坑周邊建筑物等因素，需要進行綜合分析和計算。施工過程中需要嚴格控制水平支撐力的大小和均勻性，以確保支撐結構的穩定性和安全性。此外，壓力平衡法的成本相對較高，需要合理評估經濟效益。

1.3 土壓平衡法

土壓平衡法是在基坑周邊設置土壓平衡支撐結構，使支撐結構與土體之間形成一個平衡狀態，以控制土體的變形和保證基坑施工的穩定性。該方法適用于粉質土、黏性土和一定程度上的砂質土等不穩定土層的基坑工程[2]。土壓平衡法的主要原理是通過在支撐結構的內外兩側施加相等的水平力，使得支撐結構內外土體的水平推力相互抵消，從而達到土體的平衡狀態。在施工過程中，通過控制支撐結構的剛度和施加的水平力，可有效控制土體的應力分布和變形，降低土體對支撐結構的作用力，保證基坑的穩定性。土壓平衡法的施工過程相對復雜，需要根據具體的工程情況進行支撐結構的設計和施工方案的制定。在設計中，需要考慮土層的性質、水平和垂直應力的變化、支撐結構的選擇和尺寸等因素。在施工過程中，需要嚴格控制土體的水平推力和水平變形，通過合理的監測和調整來保證施工的安全性和質量。

1.4 土釘支護法

土釘支護法是一種常用的深基坑支護方法，通過在土體中安裝預應力或無預應力的土釘，將土體與鋼筋錨桿相互作用，形成一個整體的支護結構。土釘支護法具有施工簡便、適用范圍廣、成本相對較低等優點，因此在深基坑工程中得到廣泛應用。表1 列出了土釘支護法的特點和應用情況，可以看出土釘支護法在深基坑工程中具有多種優點和適用性。然而，針對具體項目，仍需要根據地質條件、土體性質和工程要求等因素綜合考慮，選擇合適的土釘長度、間距和預應力等參數，并加強質量控制和監測，以確保土釘支護的施工質量和工程安全性。

表1 土釘支護法的特點和應用情

1.5 壁柱支護法

壁柱支護法通過設置壁柱結構來承擔土體的荷載并防止土體失穩和塌方。在該支護法中，鋼柱或混凝土柱作為主要的支撐元素，與連續的基坑圍護結構相結合，形成一個穩定的整體。壁柱支護法的優勢在于其施工簡便、經濟高效和適用性廣泛。壁柱支護法適用于土層較穩定、基坑深度較大的情況。在施工過程中，首先進行壁柱的設置，一般為縱向排列的柱狀支撐結構，以抵抗土體的水平和垂直力。然后，通過在壁柱之間填充適當的土方填充物或使用預制的支撐板，形成連續的圍護結構，進一步增強基坑的穩定性。壁柱支護法的關鍵問題是壁柱的設計和施工控制。在設計過程中，需要考慮土體的力學性質、地下水位、基坑形狀等因素，合理確定壁柱的尺寸和間距，以滿足工程的要求。

1.6 其他支護方法

在深基坑支護施工中，除了常見的鋼支撐法、壓力平衡法、土壓平衡法、土釘支護法和壁柱支護法之外，還存在一些其他支護方法。這些方法主要是針對特殊情況或特殊需求而設計的。其中一種方法是懸臂支護法，它適用于狹長基坑和深度較大的情況[3]。該方法通過在基坑側墻上設置懸臂梁和支撐樁來實現支護。懸臂支護法具有施工方便、支護效果好的特點，但在設計和施工過程中需要充分考慮結構的穩定性和承載能力。另一種方法是地下連續墻支護法，它采用連續墻結構作為基坑的支護形式。連續墻支護法可以有效地控制土體位移和土壓力，適用于大型基坑和復雜地質條件下的支護需求。然而，該方法在施工過程中需要注意墻體的施工質量和連接節點的處理，以確保支護結構的穩定性和完整性。

2.施工技術問題分析

2.1 地質勘察與設計

地質勘察與設計在深基坑支護的施工技術與管理中扮演著重要的角色，通過對工程地質條件的詳細調查和分析，可以獲取地下土層的物理性質、力學特性和水文地質信息。這對于選擇合適的基坑支護方法和設計合理的支護結構至關重要。地質勘察還能揭示潛在的地質災害風險，如地下水位變化、土層滑動和斷層活動等，為施工過程中的風險評估和應對提供依據。在地質設計階段，根據勘察結果和工程要求，制定支護方案，包括支撐形式、支護材料和施工參數等。綜合考慮地質、工程和環境因素，合理設計基坑支護方案，可有效減少地質災害風險，確保基坑工程的穩定性和安全性。因此，科學、全面的地質勘察與設計是深基坑支護施工的關鍵基礎，對于提高施工質量和工程安全性具有重要意義。

2.2 基坑開挖技術

在進行基坑開挖時，需要綜合考慮地質條件、土壤穩定性和周邊結構的影響，以確保施工的安全性和可控性。首先，地質勘察是基坑開挖技術的前提。通過詳細的地質調查和勘察，了解地下土層的性質、層位、含水情況等信息，為后續開挖工作提供科學依據。在地質勘察的基礎上，制定合理的開挖方案，確定開挖的深度、坑壁傾斜度和開挖步驟，以最大限度地減少土體的變形和沉降。其次，基坑開挖過程中需要選擇適當的開挖方法和機械設備[4]。常見的開挖方法包括機械挖掘、爆破和水壓割巖等。根據具體情況選擇合適的方法，確保開挖效率和安全性。同時，選擇合適的挖掘機械設備，具備足夠的功率和穩定性，能夠應對不同地質條件下的開挖需求。此外，基坑開挖過程中要進行有效的支護措施。根據開挖深度和土壤性質，選擇合適的支護結構，如擋土墻、支撐樁或土釘墻等，以防止坍塌和土體失穩。支護結構的施工應與開挖工作協調進行，確保支護的穩定性和持久性。

2.3 支護結構施工技術

支護結構的施工過程需要考慮施工方法、材料選擇、施工順序和質量控制等因素。施工方法的選擇應根據具體情況進行綜合考慮，包括靜態施工方法和動態施工方法。靜態施工方法包括鋼支撐、混凝土攪拌樁和鋼板樁等，而動態施工方法包括動力灌注樁和擠漿樁等。材料選擇對支護結構的穩定性和持久性至關重要，如鋼材的強度和耐腐蝕性能、混凝土的抗壓強度和流動性等。施工順序的確定需要考慮地下水位、周邊建筑物和土體穩定等因素，以確保支護結構的穩定性和安全性。質量控制應包括支護結構的尺寸精度、連接強度和防水性能等方面，通過嚴格的施工監督和檢測手段來確保施工質量。綜合考慮這些因素，有效的支護結構施工技術可以提高深基坑工程的安全性和穩定性，為項目的順利進行提供保障。

2.4 應力監測與控制技術

深基坑的開挖和支護過程中，土體受到的應力狀態發生變化，而合理監測和控制應力對于確保施工的安全性和穩定性至關重要。應力監測技術主要包括應力計的安裝和數據采集，通過測量土體內部的應力變化，可以及時掌握施工過程中的應力情況。監測數據的分析和解讀可以幫助工程師判斷土體的穩定性，并及時采取相應的措施。而應力控制技術則側重于采取措施控制土體內部的應力分布，如增加支撐結構的剛度、調整支撐參數等，以減小土體的變形和應力集中，從而確保基坑施工的安全性和穩定性[5]。綜合應力監測與控制技術的應用，可以有效預防和解決施工過程中的應力問題，提高基坑工程的質量和施工效率。

2.5 基坑降水技術

由于地下水位的高度可能會對基坑開挖和支護結構施工產生不利影響，因此需要采取適當的降水技術來控制地下水位。基坑降水技術的主要目標是降低地下水位，以達到使基坑內保持干燥和穩定的狀態，這一過程需要綜合考慮地下水的滲流特性、土層的滲透系數以及降水工程的成本效益。常見的基坑降水技術包括井點降水、井壁吸水帷幕、水平排水和抽水井等。井點降水是一種常用的基坑降水技術，通過在基坑周邊鉆探井點并利用泵站將地下水抽出，以降低地下水位。井壁吸水帷幕則是通過在基坑周邊設置水平或垂直的排水帷幕，將地下水引導到帷幕中并通過排水設備排出，以降低地下水位。水平排水是在基坑底部設置水平排水系統，將滲透入基坑的地下水收集并通過排水管道排出[6]。抽水井則是通過在基坑周邊鉆探井點，并利用抽水設備將地下水抽出。

2.6 混凝土墻及支撐梁施工

（1）綁扎鋼筋：鋼筋連接機械連接，并有效錯開，禁止采用綁扎，同一斷面處鋼筋接頭不應超過總鋼筋量的50%。

（2）模板搭設：梁側模采用15mm 厚覆面木膠合板，模板加固采用上下兩排拉桿進行雙向對拉。斜撐和平撐與主龍骨之間用扣件連接，為防止澆筑混凝土時漏漿，在側模內側底端應加設海綿條，保證模板可靠地承受支撐結構及施工的各項荷載。

（3）混凝土澆筑：混凝土坍落度控制在180-220mm 范圍之內，振搗棒的操作要做到“快插慢拔”，混凝土振搗采用插入式振搗器，振搗間距約為50cm，以混凝土表面泛漿，無大量氣泡產生為止，嚴防混凝土振搗不足或在一處過振而發生跑模現象。

待內支撐以及支護板結構混凝土達到設計強度，重復進行土方開挖至混凝土澆筑，直至施工到基坑底部。

3.施工管理問題分析

3.1 項目計劃與進度管理

在深基坑支護的施工過程中，項目計劃與進度管理是確保工程按時完成的關鍵因素。通過有效的項目計劃和進度管理，可以合理安排施工活動的順序和時間，提前預測和解決潛在的進度風險，確保施工進度的控制和協調。在項目計劃階段，需要進行詳細的任務分解和工期評估，根據施工工藝和資源可用性確定關鍵路徑和工期限制。同時，考慮到深基坑施工的復雜性和不確定性，還應采取適當的緩沖措施，以應對可能出現的延遲情況[7]。在施工過程中，項目管理團隊需要定期進行進度監控和分析，及時發現并解決可能影響工期的問題。如果出現偏差或延誤，應及時調整資源分配、優化施工流程，以保證整體進度的穩定和準確性。

3.2 資源配置與協調管理

深基坑工程涉及到多個資源的調配和協調，包括人力、材料、機械設備等。合理的資源配置能夠提高施工效率，降低成本，并確保工程進度的順利進行。資源的合理配置需要充分考慮施工過程中的各個環節和需求，根據施工計劃和工序安排，確定各項資源的需求量和使用時機，以確保在需要的時候能夠及時提供所需的資源。同時，要考慮資源之間的關聯性和依賴關系，避免資源之間的沖突和矛盾，保證施工進程的順利進行[8]。資源的協調管理是保障施工效率和質量的重要環節，在資源配置的過程中，需要建立有效的溝通和協作機制，確保不同資源之間的協調和配合。這包括與供應商和承包商的溝通，以及與施工人員之間的協調。及時解決資源分配上的問題和矛盾，避免資源的浪費和延誤，提高施工效率。

3.3 施工質量與安全管理

施工質量管理涉及到設計方案的合理性、施工材料的選擇和質量控制、施工工藝的正確執行等。通過建立嚴格的質量控制體系，包括監測和檢測手段，可以及時發現和糾正施工中的質量問題，確保基坑支護結構的穩定性和可靠性。另一方面，施工安全管理是保障工人生命安全和減少事故風險的重要措施[9]。在深基坑支護施工中，存在著各種潛在的安全隱患，如深基坑坍塌、起重機械倒塌等事故。因此，施工安全管理需要包括施工現場的安全組織與布置、施工人員的安全培訓與技能要求、安全設備的配置與使用等方面。通過加強安全教育和培訓，制定嚴格的安全操作規范，加強現場巡查和監控，可以有效預防和控制施工安全風險，確保施工過程的安全性。

結語：

綜上所述，深基坑支護方法的選擇應基于詳細的地質勘察和設計分析，結合實際情況綜合考慮各種因素。鋼支撐法、壓力平衡法、土壓平衡法等支護方法在不同情況下具有各自的優勢和適用性，施工人員應根據實際情況進行選擇和設計。此外，施工管理在深基坑支護中起著關鍵作用。項目計劃與進度管理、資源配置與協調管理、施工質量與安全管理，是確保工程順利進行的重要環節。合理的管理措施和有效的溝通協調能夠提高施工效率和質量，并減少潛在的安全風險。