探究深基坑支護施工技術在高層建筑工程中的應用

周意 單立鋒 曾治國 楊鵬

湖南省第二工程有限公司 湖南 長沙 410006

深基坑支護施工技術是一項重要的土木工程領域技術，用于在城市建設和地下工程中創造深度、大規模地下空間，其主要應用目標是確保在挖掘深基坑時，地下結構、周圍建筑物和地下設施的安全和穩定性。深基坑支護施工技術在城市規劃和建設中發揮著不可替代的作用，能夠確保地下空間的安全、可持續利用和合理開發，同時為城市發展提供更多的空間和機會。本文將從工程實踐的角度出發，剖析深基坑支護施工工藝流程，以及該技術在高層建筑工程中的具體應用步驟。希望通過此項研究，為高層建筑工程的設計和施工提供部分參考，為城市的可持續發展做出貢獻。

1 工程概況

此次工程為某市CBD高層辦公大樓建設項目，項目地點位于某大城市的商業中心區域，總建筑面積為130,000m2，地上35層為辦公空間，總面積為91023.20m2，地面建筑高度達到150m，地下3層為地下停車場，總面積為7432.28m2。地下建筑高度為15m。由于市中心地段用地有限且地下條件復雜，工程面臨著一定程度的工程難度挑戰，需要采用深基坑支護技術，以確保工程的安全進行和建筑結構的穩定。該工程的深基坑南北寬度為85m，東西長度為120m，基底標高為-16.5m，施工區域地表下3.0m處為地下水位，地表土層在遇水后表現出軟弱特性。為確保施工的成功，逐步進行深基坑的挖掘和支護工作，同時采用高度監測和安全措施，以確保高層建筑工程的安全和穩定。

2 深基坑支護施工工藝流程

深基坑支護施工是土木工程領域中的一項重要工程活動，其技術原理是通過一系列工程措施，確保工程施工過程中深度挖掘的基坑周圍的土地和周圍環境的穩定和安全。深基坑支護施工工藝流程圖，如圖1所示。

圖1 深基坑支護施工工藝流程

深基坑支護施工的關鍵工藝流程，主要包括以下幾個方面：

（1）施工準備：在進行深基坑支護施工之前，需要進行詳細的工程規劃和準備工作，包括確定施工區域的地質情況、地下水位、周邊環境等信息，并制定施工方案，包括土方開挖序列、支護結構類型、施工時間表和安全計劃。

（2）土方開挖施工：采用挖掘機等重型設備進行土方開挖，是深基坑支護工程的第一步。在進行土方開挖時，要注意控制挖掘深度和坑壁的穩定性，防止土體坍塌或坑壁塌方。

（3）周圍土體止水：通過使用沉井、灌漿、防滲墻等技術，進行地下水位控制和土體止水是深基坑支護施工的關鍵步驟，防止基坑內出現積水現象，降低地下水的滲透和滲漏風險，保持坑壁的穩定。

（4）支護結構設計：支護結構的設計根據土壤性質、深度、工程類型等因素而定。常見的支護結構包括鋼支撐、混凝土墻、樁基、巖錨等。設計支護結構時，需要考慮結構的穩定性和承載能力。

（5）鉆孔灌注樁施工：鉆孔灌注樁是一種常用于深基坑支護的施工方法，其通過在地下形成強固的樁基支撐來穩固坑壁。施工過程主要為鉆孔、清理孔內土層、灌漿注漿，形成樁身等。

3 深基坑支護施工技術在高層建筑工程中的具體應用

3.1 施工準備

深基坑支護施工前，應對施工場地進行全方位的勘察工作，為后期的工程設計與施工提供地質數據，以確保工程的安全和順利進行。首先，在土地規劃范圍圖上，使用場外坐標控制點，進行勘探點標識工作，并對其進行逐一編號，以便后續施工過程中提取勘探點的精確坐標。在施工現場，使用RTK標記出勘探點，使用土壤鉆機或土壤采樣器，提取施工場地內原地貌的土壤樣本，勘探點孔徑在35～100mm之間[1]。其次通過使用巖心鉆機，取得地下巖石的樣本，以提供巖石類型、顆粒大小、結構、風化程度等信息。使用水位計或井孔測井設備測量鉆深范圍內的地下水分布狀況，保證勘察的平面位置偏差在±0.4m之內，高程偏差在±4cm之內。開始清理和平整場地之前，使用地下雷達低于地下是否有埋設的管道、電纜或其他地下設施進行檢測。根據具體情況，采取重新定位、加固或設置防護壁、管道套管等保護措施進行處理，以降低機械設備的風險，避免原有設施在施工期間受到損害[2]。此外，在機械設備入場前，必須確保施工場地的地表清理干凈，沒有明顯的雜物、垃圾或障礙物。在場地周邊設置必要的安全標志和警示牌，清晰地指示危險區域、施工區域、入口和出口，通過地面標記、欄桿、隔離帶等方式提醒施工人員遵守安全規定，明確限制機械設備的允許運行區域。

3.2 土方開挖施工

土方開挖施工是深基坑支護施工的一個重要階段。對于大型基坑，采用挖掘機、挖掘裝載機等機械挖掘的方式，以較低的人力成本保證施工效率。人工挖掘，適用于小規模、復雜形狀或要求高度精度的開挖。爆破開挖，則適用于巖石或堅硬土層的開挖，全程需要專業爆破工程師進行安全控制，從而快速、安全地破碎堅硬的土層。

在土方開挖過程中，合理安排開挖面的步進，每次步進的深度宜在0.5～1.5m之間。在黏土等較穩定的土壤條件下，采用較陡峭的邊坡，保持邊坡坡度比在1:1.5～1:3之間。在不穩定的砂土或松散土壤條件下，為減小坍塌風險，邊坡的坡度應更加平緩，保持邊坡坡度在1:1.5～1:2.5之間。并通過逐層開挖的方式，減小土方開挖面的寬度，及時支護和加固開挖邊坡，以減輕邊坡的壓力，降低坍塌風險。從深基坑的頂部開始逐層開挖，在坑底設置樁或支撐墻等適當的支撐結構，使用挖掘機挖掘支撐樁孔洞，并在孔洞中安裝預制的支撐樁，支撐樁的深度在10～20m之間，直徑為600mm左右控制土方的坍塌。在設置支撐結構后，通過噴射混凝土或添加土體加固材料，噴射混凝土的厚度在50～150mm之間，混凝土的抗壓強度在20～40MPa之間，而土體加固劑應具有足夠的抗剪強度，抗剪強度宜保持在100～300kPa之間，以增加邊坡的穩定性[3]。開挖完成后，及時清理開挖出來的土方，嚴禁場區內長時間堆載多余土方。對于有特殊要求的土方場地，如環境敏感區域或需要進行再利用的場地，應采取分類堆放、封閉運輸等相應措施，進行妥善處理。在施工過程中，施工人員須嚴格遵守安全規范，并定期進行安全巡查。

3.3 支護結構設計

在深基坑支護施工中，要根據土壓力和施工荷載等因素，設計合適的支護結構，以確保基坑周邊土體的穩定和安全。地下水壓力是支護結構設計的基礎，其直接影響了支護結構的穩定性和土壤的承載能力。根據地下水位調查數據和地下水的水頭高度，計算地下水對基坑壁面的壓力，水壓力P的計算公式如式（1）所示：

其中，H表示地下水的水頭高度，即地下水位距離地表的垂直距離。表示水密度，表示重力加速度。之后，通過現場土壤測試，確定土壤的黏聚力和內摩擦角，根據庫侖法則計算土壤的抗剪強度，為支護結構的設計和穩定性分析提供必要的數據和依據。計算公式如式（2）所示：

其中，D表示死載，即建筑物自身重量。L表示活載，即建筑物內的移動荷載，如人員、家具、設備等。表示雨雪荷載，S表示雪荷載，T表示地震荷載。通過將各種荷載分量按照權重相加，進行支護結構的荷載組合分析，以確定建筑物在多種荷載情況下的最大可能荷載，確保支護結構能夠安全地承受來自地下水、土壤、建筑物和施工的荷載，并安裝由測斜儀、應變計、位移計等裝置構成的支護結構監測系統，用于實時監測結構變形和應力情況。支護結構的允許傾斜限度為1°，最大允許水平位移為20mm，將水平位移警戒值設定為15mm，將測斜警戒值設定為0.8°。此外，混凝土的極限應變在0.002左右，因此將應變計的警戒值設定為0.001，一旦超過警戒值，立即采取停工或調整支護結構等應急措施，從而保障深基坑工程的安全和成功實施。

3.4 鉆孔灌注樁施工

在開展灌注樁樁基施工時，使用全站儀、GPS或激光測距儀等精確的測量儀器，測量精度應符合項目的精度要求，至少達到±5mm。依照坐標點和樁基平面圖，測量樁位的坐標、深度和方向，確保測量點覆蓋全部需要安裝樁的位置。在進行土釘安裝前，使用螺旋鉆孔機精確地鉆孔到設計深度以下0.2m左右，確保土釘成孔能夠達到預設深度，以避免施工安全隱患，保障工程施工安全。

在堅硬的土壤或巖石中，護筒的埋設深度可以較淺。但在松軟或不穩定的土壤中，需要更深的護筒來提供足夠的支撐。使用枕木固定螺旋鉆孔機底座，將鉆頭準確定位到標記的樁位位置，遵照速度“由慢至快”，力度“由小至大”的施工原則進行鉆孔施工[4]。在鉆進施工過程中，安排專人進行土孔編號的記錄工作，同步進行鉆孔深度復核。鉆孔施工參數，如表1所示。

表1 鉆孔施工參數

鉆孔施工完成后，使用吸塵器清除鉆孔中的雜物和碎石，地面上的泥漿應通過過濾系統和沉淀池進行清潔和回收，以減少浪費和環境污染。

之后，進行鋼筋籠安裝施工，嚴格把控好探孔器，探孔器的精度應在±2mm以內，確保準確探測孔洞內部情況。在進入鉆孔時，如果孔壁出現松動情況，立即停止工作，采取加固孔壁等支撐措施，確保工作區域的安全。采取導管法進行混凝土灌注，混凝土配比為水泥：砂：骨料=1：2：3，從鉆孔底部開始開始持續灌注混凝土，直至灌注到設計標高，每次灌注高度不超過1.5m。在每次灌注后，使用振搗器進行振實操作，振搗時間約為2min，以確?；炷恋木鶆蚍植?。根據施工具體情況，添加混凝土密實劑，每1m3混凝土中添加劑的用量控制在不超過2L，應高出設計高度約0.2m，以保證設計樁頂下樁身混凝土的強度過關。在灌注后的24h內，使用噴水器，每小時噴水2次，確?；炷帘砻娉掷m濕潤。完成樁的施工后，通過靜載試驗進行施工質量測試和驗收，計算公式如式（4）所示：

4 結束語

綜上所述，通過應用深基坑支護技術，不僅有助于防止土壤塌方、基坑變形以及與周圍地下結構沖突，確保工程施工安全，也能夠確保高層建筑的基礎穩固，減少建筑物的沉降和變形，提高建筑質量和壽命。本文基于工程概況，首先介紹了深基坑支護施工工藝流程，繼而從施工準備、土方開挖施工、支護結構設計、鉆孔灌注樁施工等方面，詳細介紹了深基坑支護施工技術在高層建筑工程中的應用，以期為城市高層建筑建設提供更加穩固和可持續的基礎支持。