高層建筑深基坑支護施工技術

牟天光

（廣州南投房地產開發有限公司，廣東 廣州 511400；廣州南宏房地產開發有限公司，廣東 廣州 511458）

0 引言

為滿足建筑用地率和功能需求，地下空間被廣泛利用，使得多層、高層甚至超高層建筑地下室的規模和深度不斷增加。深基坑支護作為現代建筑施工中關鍵的環節之一，直接關系到整個工程的穩定性、安全性和質量。通過深入探討高層建筑深基坑支護施工技術，進行系統性的分析和論述，從支護體設計、施工步驟、材料選擇到質量控制等多個角度，強調深基坑支護施工技術的重要性和復雜性。希望能夠促進高層建筑深基坑支護施工技術的研究和應用，為未來的工程項目提供可行性和可靠性的解決方案。

1 高層建筑深基坑支護的設計要求

（1）充分利用新技術、新理念，并根據具體情況進行分析，避免生搬硬套傳統設計理念，是在深基坑支護結構設計中的一個關鍵點。利用建筑信息模型（BIM）和數值模擬技術，對深基坑及支護結構進行精確建模，模擬不同施工階段的受力和變形情況，從而預測可能的問題，并優化設計方案。在施工過程中設置傳感器和監測系統，實時獲取深基坑側壁變形、支護結構受力等數據。通過這些數據，可以動態調整設計方案，確保支護結構的穩定性。運用人工智能和大數據分析，處理監測數據，發現隱藏的模式和趨勢，提前預警潛在問題，為設計和施工提供科學依據。基于先進的風險評估方法，針對不同可能的風險情景制定應急預案。這些風險評估可基于數據和模擬，從而更準確地估計潛在風險的發生概率。

（2）支護結構理論和材料的試驗研究非常重要。實踐確實是檢驗理論的有效手段，而正確的理論也必須建立在大量實驗研究的基礎上。在深基坑支護結構設計方面，實驗研究可以提供有力的實際數據，從而幫助確立更為科學和可靠的設計理論。實驗數據能夠提供真實的材料性能、結構行為和變形特點等信息，為設計和理論提供堅實的依據。使用縮尺模型進行物理試驗可以在相對短的時間內模擬真實施工情況，驗證設計方案的可行性和穩定性。對所使用的支護材料進行全面的性能測試，包括強度、剛度、耐久性等指標，確保材料符合設計需求。在實驗中模擬不同的施工過程，特別是開挖過程中的變形和應力分布，從而更好地了解結構在施工階段的行為。進行長期的實地監測，跟蹤支護結構的變形和響應，從而評估設計方案的實際效果。

（3）勇于創新、開拓思路、多進行新的嘗試等觀點是非常重要的。在深基坑支護結構設計和施工中，確實需要從多個角度出發，探索新的設計思路和計算方法，以滿足不同地質條件和項目需求。通過比較不同方案的優劣，找到最適合特定項目的設計方案。深基坑支護結構往往需要綜合利用不同類型的支護元素，如鋼支撐、混凝土墻、土釘等。將不同結構有機地結合，發揮各自優勢，達到更好的整體效果。將支護結構設計分為不同的模塊，可以根據實際情況進行組合和調整，提高設計的靈活性和適應性。借鑒自然界中的結構和機制，進行仿生設計，創造出更具適應性和效率的支護方案。將經驗總結與創新相結合，從中汲取靈感，創造更好的設計方案。鼓勵不同學科領域的專家進行跨學科合作，共同解決復雜的設計問題。不同領域的交流可以帶來新的思路和方法[1]。

2 深基坑支護施工技術

2.1 深基坑支護施工準備工作

高層建筑深基坑支護施工是一個復雜且關鍵的過程，需要充分準備前期工作以確保施工的安全和順利進行。對工程項目進行全面調研，包括地質環境、地下水位、土壤特性等。基于調研結果進行基坑的規劃和設計，確定支護方法和方案。進行基坑支護結構的詳細設計，包括支撐體系、防水措施、施工序列等。進行結構計算，確保支護結構能夠承受地下水壓力和土壓力。編制詳細的施工方案，包括支護工程的施工步驟、施工序列、工藝流程等，采購所需的支護材料、設備和工具，并且培訓施工人員，使他們了解施工計劃、安全規定和緊急情況處理，建立嚴格的安全管理措施，確保施工安全。

2.2 高層建筑深基坑支護施工工序

高層建筑深基坑放坡加土釘墻支護施工工序為土方開挖→土釘成孔→桿體入孔→注漿→編制鋼筋網→噴射混凝土→養護。高層建筑深基坑支護施工工序如圖1 所示。

圖1 高層建筑深基坑支護施工工序

（1）土方開挖。

在基坑開挖過程中，進行有序施工，將基坑開挖過程分為不同的層次和段落是為了控制土方開挖的深度和范圍，避免超深和超長開挖，減少不必要的風險。在分層分段的開挖中，要注意分段長度的控制。開挖分段長度不宜過長，通常不超過10m，每層土體開挖完成后立即進行土釘支護工作，土釘及相應的混凝土面層必須達到設計要求的強度，開挖一層土體后完成一層支護工作，再進行下一層土體開挖。

在基坑開挖過程中，外側基坑的邊坡坡度應控制在1：1.0 以內，這意味著每上升1 單位的高度，外側的水平距離應不大于1 單位，這樣的邊坡控制有助于防止邊坡垮塌，保護基坑周圍的環境和結構。在基坑內部，每層土體的開挖高度應控制在不大于2m，在挖土過程中，合理規劃挖土的順序，進行分層開挖，挖出的土方必須及時外運，避免在基坑內堆積過多的土方，對支護結構產生沖擊或影響。

在進行基坑開挖之前，灌注樁和冠梁的強度必須達到設計要求的強度。如果基坑支護中采用了預應力錨索（也稱為預應力拉索或預應力桿），在開挖前必須確保錨索已經施加了預應力，如果基坑支護采用了土釘墻結構，必須確保土釘和噴射混凝土面層的養護時間大于2d 后才能進行開挖，防止在開挖過程中損壞土釘墻的結構[2]。

在基坑外側的2 倍范圍內禁止堆放土方，避免過多的土方堆積在基坑附近，造成不穩定。在基坑內部，特別是距支護結構3m 以內的范圍，也有土方堆載限制，不能超過一定的高度。在基坑支護結構周圍的地面超載不得大于20Pa（帕斯卡），超載會增加地面的沉降和變形風險。起吊機械和載重車輛的操作需要注意輪緣離槽邊的距離，要求大于3.0m，同時采取相應的措施，如使用墊鋼板等，降低地面超載，以符合設計要求。

在基坑開挖過程中，挖土機械應避免與土釘墻、預應力拉索（桿）、腰梁等支護結構發生碰撞，挖土機械操作時，特別注意不得損害土釘墻面、連接件以及支撐構件等。已經施工的基礎樁是支持整個基坑的關鍵結構，不能被挖土機械碰撞或損壞。挖土機械操作人員需要嚴格遵循施工規范，在操作過程中注意不碰撞或損害任何重要的支護結構、構件和設施，進行實時的施工監測，特別是對支護結構和周邊構件的變形情況進行監測。

（2）土釘成孔。

在支護結構所需的位置，使用水平鉆機進行土釘孔的打孔工作。孔徑一般為100mm，制作土釘之前，需要確保土釘表面光滑，沒有銹蝕和油污。在制作土釘時，要進行除銹、除油等預處理，然后進行焊接，焊牢的要求是搭接焊長不少于10 倍的鋼筋直徑。在土釘上焊接托架使土釘準確無誤地插入孔后居于孔的中央位置，相鄰兩個托架之間的距離一般為2m。在插入土釘錨孔的同時，注漿管也必須隨之下降。如果在土釘安裝的過程中，注漿管意外脫落或出現其他問題，必須重新進行安裝，確保注漿管隨著土釘一同插入孔底。

（3）桿體入孔。

在進行桿體入孔之前，準備好所需的桿體（如鋼筋或其他支護材料）、工具、設備，清理孔洞干凈，沒有雜物、碎石等障礙物。使用合適的測量工具，測量孔洞的深度，將鋼筋等桿體進行切割、彎曲、除銹、除油等準備工作，在插入桿體前，可以在桿體表面涂抹適量的潤滑劑，減少摩擦，使桿體更容易插入孔洞。插入桿體后，可以使用適當的方法將桿體固定在孔洞中，如灌注注漿材料，或者根據設計要求進行焊接、固定夾具等操作。插入并固定桿體后，需要測量桿體的位置和方向，如有需要，可以進行微調和調整。

（4）注漿。

水泥漿液的配比應按照設計要求進行，水灰比是指水泥用量和水用量的比例，通常為0.45~0.55，速凝劑是為了加速水泥漿液的凝結和固化，用量一般為水泥用量的3%。在注漿過程中，要控制壓力在0.2MPa~0.4MPa。在注漿時，保持穩定的注漿速度，邊注漿邊慢慢往外拉動注漿管，過快的拉動可能導致水泥漿脫離，影響注漿效果。如果注漿開始或中途停止超過30min，需要用水清洗注漿機和注漿管，防止漿液凝結堵塞管道，然后再次注漿。砂漿的配合按照設計要求進行，隨時隨地配合攪拌，并在初凝前用完，避免石塊、雜物等混入砂漿中。注漿過程中要觀察孔口是否有漿液返漿的現象，如果有，可以使用黏土等材料在孔口圍封，使漿液不會從孔口溢出[3]。

（5）編制鋼筋網。

鋼筋網的掛設應在注漿后約4h 進行，使用φ6.5mm 的鋼筋網，網格的間距是200mm，有水平和豎直方向的鋼筋。鋼筋網距離壁面的間距為30mm，鋼筋網需要與井字型鋼筋架焊接在一起或用22 號鐵絲扎牢，將聯系肋筋（如螺紋鋼、螺紋桿等）與鋼筋網進行連接，φ14mm 的肋筋與網面鋼筋進行綁扎或焊接，檢查鋼筋的位置、間距和連接情況，編制完鋼筋網后，對鋼筋網進行整理和完善。

（6）噴射混凝土。

噴射混凝土的厚度和強度需滿足設計要求，厚度為100mm，強度為C20。采用水泥與砂石的重量比為1：4~1：5。同時，控制料漿比率在45%~55%。水灰比要根據設計要求進行控制，混凝土應該在現場進行拌制，隨拌隨用。在噴射前，需要對需要噴漿的土坡表面進行濕潤處理，用噴槍將拌制好的細石混凝土噴射至土坡表面，噴嘴離開坡表面的距離為0.6~1.2m，不超過75mm，在前一層強度達到50%之后，才進行后層的噴射施工。

（7）養護。

在支護結構完成后，立即進行養護，覆蓋保濕膜，避免直接陽光照射和快速蒸發，按照設計和施工要求，對支護結構進行定期保濕。通過噴水、覆蓋濕布等方式保持混凝土的濕潤，定期對支護結構進行視覺檢查，查看是否有裂縫、滲水等現象。如發現問題，及時采取修復措施，以防止問題進一步惡化。避免在養護階段施加過大的荷載或震動，在養護期間設置監測裝置，對地表沉降、支護結構的位移等進行實時監測。具體的養護時間根據混凝土強度發展曲線和支護結構的要求來確定，通常需要持續幾周甚至更長時間。如有必要，在支護結構上設置防水層，以避免地下水的滲透。在養護期間記錄養護措施和監測數據，形成詳細的養護記錄和報告，供后續參考和分析[4]。

3 深基坑支護施工注意事項

施工注意事項如下：①在施工前必須進行詳盡的地質勘察，了解地層情況、地下水位、土質特性等。這有助于制定相應的支護方案，減少意外情況的發生。②根據地質情況、基坑深度和周邊環境，選擇適合的支護體系，如鋼支撐、混凝土墻、樁基等。確保支護結構能夠承受預計的荷載和地下水壓力。③在施工過程中，要進行實時的地下水位監測、支護結構變形監測等。一旦發現異常情況，要及時采取措施進行調整和處理。④施工現場應設立明確的安全警示標志和隔離措施，保障工人的安全。特別是在支護體拆除過程中，要嚴格遵循安全操作規程。⑤針對地下水位較高的情況，要采取適當的降水和排水措施，確保基坑內部保持干燥，減少水壓對支護結構的影響[5]。

4 結語

通過分析設計與施工關鍵技術，得出以下結論：①在施工前通過圖紙會審，可以讓設計、施工、監理等各方對項目有更全面的了解，圖紙會審過程中，各相關方可以共同討論并解決可能存在的不一致或模糊的地方，及早發現潛在的風險和問題。②根據設計圖紙和施工規范，制定詳細的施工組織方案。該方案應涵蓋施工流程、安全管理措施、人員配置、設備使用等各個方面，針對超過一定規模或危險性較大的深基坑工程，編制專項施工方案，可以有效降低深基坑工程施工過程中的安全風險。③基坑施工過程中必須先進行必要的支護措施，才能進行開挖工作，嚴禁超挖，每天進行外觀巡視和動態基坑監測，可以幫助工程團隊及時采取措施，防止潛在的問題發展成安全隱患。