市政工程施工深基坑開挖支護關鍵技術應用

瞿 強

江西省地質工程集團有限公司 （路橋市政公司） 江西 南昌 330000

在市政工程施工中，深基坑開挖支護關鍵技術的應用至關重要。這些關鍵技術包括了各種支護結構的設計、施工監控以及安全措施的實施等。利用這些技術，可以有效地避免基坑坍塌、地層滑移以及可能的地下水滲漏等問題，保證基坑開挖的安全和順利進行。

1 市政工程施工深基坑開挖支護的重要性

1.1 提供可靠的支撐結構

市政工程施工中，深基坑的開挖是非常常見的工作，但由于土壤條件的復雜性和基坑深度的增加，施工過程中容易遇到土壤塌方和地面沉降的問題。因此，對于深基坑開挖支護的重要性不可忽視。支撐結構的重要性和作用具體如下：（1）提供穩定的土壤支撐：支撐結構可以提供坑壁土壤的支撐和穩定，防止土體發生塌方，從而確保施工安全。（2）分擔土壤壓力：通過合理設計并施工支撐結構，可以有效分擔坑壁土壤的壓力，確保基坑的穩定性和整體安全。（3）形成閉合結構：支撐結構的設置可形成一個封閉的空間，保證施工過程中不受外界干擾，并保護周圍環境的安全[1]。

1.2 預防土壤塌方和地面沉降

一旦地下基坑發生土壤塌方，將會導致嚴重的安全問題和工期延誤。因此，預防土壤塌方和地面沉降是市政工程施工深基坑開挖支護的重要任務。以下是具體預防土壤塌方和地面沉降的措施：（1）合理選擇支撐結構：根據不同的土壤類型、坑深等因素，選擇合適的支撐結構，確保它能夠承受土壤的壓力并提供穩定的支撐。（2）施工過程中監測：通過實時監測開挖過程中的土壤變形和壓力，及時采取措施進行調整和支護，防止土壤的塌方和地面的沉降。（3）控制開挖速度：合理控制開挖速度，防止土壤失去支撐而發生塌方或沉降。（4）土壤加固與改良：對于土壤條件脆弱的區域，可以采取加固和改良措施，增強土壤的穩定性，減少塌方和沉降的風險。

1.3 確保施工安全

市政工程施工中，保證施工過程的安全性是至關重要的。深基坑開挖支護的關鍵技術對于施工安全的保障起著重要作用。以下是確保施工安全的措施：（1）定期安全檢查：定期對支撐結構的穩定性和完整性進行檢查和評估，及時發現問題并采取措施解決。（2）建立緊急應對機制：制定并落實緊急情況下的應對措施，保障工人和周圍環境的安全。（3）培訓和指導：為工程人員提供培訓和指導，掌握深基坑開挖支護的關鍵技術和操作要點，增強施工安全意識。（4）合理規劃和協調：在施工前充分規劃和協調各方面資源，確保施工順利進行，減少安全風險。

在市政工程施工中，深基坑開挖支護技術的應用是確保施工安全和保證工程質量的關鍵環節。通過提供可靠的支撐結構、預防土壤塌方和地面沉降，以及確保施工安全，可以有效地保護工人的生命安全和降低工程風險。因此，合理應用深基坑開挖支護的關鍵技術對于市政工程的成功完成至關重要[2]。

2 市政工程施工深基坑開挖支護的關鍵技術

2.1 地下探測技術

在市政工程施工深基坑開挖支護過程中，地下探測技術的應用是至關重要的。通過地質勘探和地下設施調查，可以獲取地下結構和土壤條件的詳細信息，為支撐結構設計和施工過程提供準確的基礎數據。以下將具體介紹地下探測技術的兩個重要方面：地質勘探和地下設施調查。

2.1.1 地質勘探

地質勘探是通過對地下土壤和巖石條件進行調查和分析，獲取其物理、力學特性和地質構造的信息。在深基坑開挖支護中，地質勘探的重要性體現在以下幾個方面：（1）確定土壤和巖石的力學特性：通過地質勘探可以獲取土壤和巖石的力學參數，如抗剪強度、抗壓強度等，以便合理設計支撐結構和施工方案。（2）判斷地下水位和水文條件：地質勘探可以幫助確定地下水位和水文條件，如水位變化趨勢、水質等，對支撐結構的設計和水土保持措施提供重要參考。（3）分析地質構造：地質勘探可以獲得地下的構造信息，如斷層、裂隙、巖溶等，幫助評估工程地質風險，并制定相應的支護措施。（4）確定地下障礙物：地質勘探也可以用于確定地下障礙物的位置和性質，如管線、地鐵隧道等，以避免對地下設施造成破壞或施工安全問題。

2.1.2 地下設施調查

地下設施調查是對地下現有管線、電纜等各種地下設施進行調查和定位，以確保基坑開挖施工過程中不會對現有設施造成損害。以下是地下設施調查的重要性和作用：（1）確定地下設施位置：地下設施調查可以確保施工過程中不會對現有管線、電纜等地下設施造成損害，避免事故和延誤施工。（2）評估設施狀態：地下設施調查可以評估現有地下設施的狀態，如老化程度、承載能力等，從而決定是否需要進行修復或遷移。（3）設施沖突預防：地下設施調查可以避免施工過程中與現有地下設施發生沖突，避免損壞或重新施工的成本和時間。（4）規劃管線和電纜布局：地下設施調查可以為新建地下管線和電纜的規劃提供基礎數據，確保合理布局和更好的管理維護。

通過地質勘探和地下設施調查的應用，可以準確了解施工地點的地下情況，為支撐結構設計提供準確的地質和地下設施信息。這有助于合理規劃施工過程，預防地下問題的發生，并保證基坑開挖施工的順利進行。因此，地下探測技術在市政工程施工中扮演著重要的角色。

2.2 地質力學參數測試

地質力學參數測試是通過實驗和測試來獲取土壤的力學性質和特性，進而建立土壤力學模型。這對于深基坑開挖支護中的結構設計和施工過程非常重要。以下將具體介紹地質力學參數測試的兩個重要方面：土壤力學性質測試和建立土壤力學模型。

2.2.1 土壤力學性質測試

土壤力學性質測試是通過實驗室測試和現場觀測來獲得土壤的力學特性和參數。下面列舉了一些常見的土壤力學性質測試：（1）荷載試驗：通過在土壤上施加荷載并監測應力和應變的變化，確定土壤的抗壓強度、剪切強度和變形特性。（2）液塑性指數測試：液塑性指數測試用于評估土壤的流動性和塑性特性，以確定其可塑性和可變性。（3）密度測試：通過測量土壤的重量和體積，計算土壤的干密度，對設計和土方計算非常重要。（4）水分含量測試：測量土壤中的水分含量，對于確定土壤的重量含水量和濕度變化非常重要。（5）鉆孔觀測：通過在現場進行鉆孔觀測和取樣，以獲取土壤的層狀分布和物理特性。這些測試可以提供關于土壤的重要信息，幫助工程師了解土壤的力學特性和行為，從而進行準確的結構設計和施工安排[3]。

2.2.2 建立土壤力學模型

建立土壤力學模型是根據土壤力學參數和實際工程狀況來模擬土壤的力學行為。通過以下步驟可以建立土壤力學模型：（1）收集土壤樣本和測試數據：進行土壤測試和觀測，獲取土壤力學參數，如抗剪強度、抗壓強度、彈性模量等。（2）確定土壤的本構模型：根據土壤的力學特性和實驗數據，選擇適當的本構模型來描述土壤的力學行為，如彈性體模型、塑性模型或彈塑性模型。（3）進行數值模擬和分析：利用計算機輔助軟件，將土壤力學模型轉化為數學方程，并進行數值模擬和分析，以模擬土壤的變形和應力分布。（4）進行模型驗證：將模擬結果與實際觀測結果進行比較，對模型進行驗證和調整，以提高模型的準確性和可靠性。建立土壤力學模型可以幫助工程師更好地理解土壤的力學行為，從而進行合理的結構設計和施工控制。例如，在深基坑支護中，通過建立土壤力學模型可以預測土壤的變形和應力分布，進而優化支護結構設計和施工方法。

2.3 支護結構設計

支護結構設計是在深基坑開挖中非常重要的一環，它的目標是選擇適當的支護結構，以保證基坑的穩定性和施工安全。以下將具體介紹支護結構設計的兩個重要方面：土壤壓力計算和支護結構選擇。

2.3.1 土壤壓力計算

在支護結構設計中，計算土壤壓力是一個關鍵的步驟。土壤壓力是指由于土壤的自重和活動載荷而在基坑壁上產生的壓力。以下是一些常見的土壤壓力計算方法：（1）假設土壓力分布法：根據土壤壓實曲線和基坑土壤的載荷條件，根據土壓力分布理論計算土壤的水平和垂直壓力分布。（2）彈塑性理論：根據土壤的彈性和塑性特性，使用有限元方法計算土壤的變形和應力分布。以上的土壤壓力計算方法可以提供支護結構設計所需的土壤力學參數和荷載信息，從而確定支護結構的尺寸和強度。

2.3.2 支護結構選擇

在深基坑開挖中，根據土壤條件、施工要求和安全性要求等因素選擇適當的支護結構是至關重要的。以下是一些常見的支護結構選擇方法：（1）樁墻支護：將一系列的樁按一定的排布間距沉入土壤中，形成樁墻，以抵抗土壤的側向壓力。樁墻可以根據土壤條件和工程要求選擇不同類型的樁，如鋼管樁、混凝土樁等。（2）土壤釘支護：通過在基坑壁面預埋或鉆孔灌注鋼筋混凝土鋼絞線釘，并連接土壤和釘桿，形成懸臂支撐，并承受土壤的側向壓力。（3）擋土墻支護：將預制的混凝土或鋼筋混凝土擋土墻沉入土壤中，以抵抗土壤的側向壓力。（4）輔助支撐：在施工過程中使用輔助支撐結構，如斜撐、水平撐、錨桿等，以提供額外的支持和穩定。在選擇支護結構時，需要考慮土壤的力學特性、基坑的尺寸和深度、地下水位、附近建筑物的影響等因素。合理選擇支護結構可以確保施工的安全性和經濟性[4]。

2.4 土壤處理技術

土壤處理技術在深基坑開挖中起著至關重要的作用，它可以改善和增強土壤的性質，提高土壤的承載能力和穩定性。以下將具體介紹土壤處理技術的兩個重要方面：巖土改良和深層土壤加固。

2.4.1 巖土改良

巖土改良是通過改變土壤的物理性質和/或化學性質，以增強土壤的工程性能。以下是一些常見的巖土改良方法：（1）土壤擠密：通過應用外部壓力，使土壤顆粒緊密排列，以減少土壤的孔隙比例和提高土壤的密實度。土壤擠密有不同的方法，如振動擠密、靜壓擠密、沖刷加固等。（2）土壤穩定劑：向土壤中添加穩定劑，以增強土壤粒間的黏結力和抗剪強度。常用的土壤穩定劑有石灰、水泥、石膏等。（3）土壤固化：通過化學反應或物理作用，使土壤顆粒之間形成堅固的結合，并增加土壤的抗剪強度和抗滲性。常見的土壤固化方法包括膠結法、固化劑加固法等。（4）土壤增強材料：向土壤中添加纖維材料、顆粒材料等，以增加土壤的內聚力和抗拉強度，提高土壤的整體性能。巖土改良旨在改善土壤的強度、穩定性和可塑性，以滿足深基坑開挖的要求。

2.4.2 深層土壤加固

深層土壤加固是一種通過在土壤深層注入材料，形成增強層，以提高土壤的承載能力和穩定性的技術。以下是一些常見的深層土壤加固方法：（1）樁基加固：將預制的樁或灌注樁沉入土壤中，通過樁與土壤的相互作用，提高土壤的承載能力和剛度。（2）土釘加固：預埋或鉆孔灌注鋼筋混凝土土釘，并在土釘上施加預應力，以增強土體的內聚力和抗剪強度。（3）深層固化柱：在土層中進行鉆孔，并灌注固化材料形成深層固化柱，提高土壤的承載能力和穩定性。（4）地錨加固：通過在土壤中埋設錨桿，并連接到支護結構中，形成拉力以提高土壤的穩定性。深層土壤加固可用于解決深基坑開挖中土壤的不穩定性和承載能力不足等問題。

3 應用案例研究

3.1 相關技術應用

3.1.1 工程概況

某市地鐵施工深基坑開挖支護工程位于市中心地帶，是該市地鐵網絡新線路的一部分。基坑的開挖深度約為30m，面積約為1000m2。

3.1.2 具體應用

（1）地質勘探階段：在施工前，進行了詳細的地質勘探工作，包括地下水位、土質和地質構造等的調查研究。地質勘探主要目的是了解地下地質情況和土壤性質，為支護結構設計和施工方案制定提供依據。（2）土壤處理階段：根據地質勘探數據，進行了土壤改良處理。通過土壤擠密和土壤固化等方法，提高了土壤的承載能力和抗剪強度，減少了土體的變形。（3）支護結構施工階段：根據設計要求，采用了混凝土墻和鋼支撐結構進行基坑支護。混凝土墻主要用于基坑周邊較穩定的土體，而鋼支撐則用于邊坑的支護。支護結構的施工包括基坑開挖、鋼支撐的安裝和混凝土墻的澆筑等。（4）監測與調整階段：在施工過程中，利用監測設備對地下水位、土壤變形和支護結構變形等進行實時監測。根據監測數據，及時進行調整和修正，以保證施工的穩定性和安全性[5]。

3.2 施工結果與效果評估

在某市地鐵施工深基坑開挖過程中，應用了上述相關技術，并取得了良好的施工結果和效果。以下是對施工結果和效果的評估：（1）安全性：施工期間，通過實施合理的支護措施和監測措施，保證了施工的安全性。沒有發生嚴重的事故和工地塌陷，保護了施工人員和周邊建筑的安全。（2）工期控制：通過合理的施工方法和有效的土壤處理技術，順利控制了施工的進度。避免了因土壤條件復雜而導致的延誤，確保了地鐵建設的進度和交通的正常運行。（3）土體穩定性：經過相關技術的應用和支撐結構的設計，土體的穩定性得到了有效控制。通過土壤改良和支撐結構的加固，減少了土體的沉陷和變形，確保了周圍建筑物的安全。（4）資源利用效益：通過土壤處理技術的應用，最大限度地利用了區域內的土壤資源。減少了外部填土的需求，降低了施工成本，并減少了對環境的影響。

4 結束語

綜上所述，與一般的基坑工程相比，深基坑工程具有更高的風險性，在施工過程中必須采用適當的支護措施來確保工程的安全性。在制定施工計劃時，需要充分考慮各種因素，以實現施工和管理的良好結合，確保施工過程的合理性，從而最大程度地提高項目的建設質量。同時，還要有效地實施支護和降水排水施工，合理設計支護結構，準確地按照圖紙進行施工，只有這樣才能從根本上保證深基坑的支護效果符合相關規范，并滿足工程施工建設的要求。