裝配式支護結構在深基坑工程中的應用

摘 要：深基坑工程不僅涉及地下空間的開發利用，還關系到周邊建筑物和環境的安全。而且深基坑工程還面臨著復雜地質條件和高風險特性，要求施工技術具有更高的安全性、效率和環保性。傳統的支護結構雖然在一定程度上滿足了這些需求，但其在施工效率、結構穩定性和環境影響方面仍存在一些不足之處。裝配式支護結構是一種新興的支護技術，因其高效、環保、安全等優點，逐漸在深基坑工程中得到廣泛應用。

關鍵詞：裝配式支護結構；深基坑工程；支護結構選型

中圖分類號：TU753" " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2025）01-0011-03

0 引言

采用現場預制、現場拼裝的組合支撐結構，既能有效提升施工效率，又能有效降低施工對周邊環境的影響。本文通過探討裝配式支護結構在深基坑工程中的具體應用，總結其設計原則、施工技術及實際應用效果，希望能夠為深基坑工程的設計與施工提供新的思路和方法，促進裝配式支護結構的推廣應用。

1 深基坑工程中的主要技術難點與風險

深基坑開挖處的地質條件十分復雜，地層結構差異及地下水埋深對其穩定有重要影響，若勘探資料不足或不精確，將造成設計參數不合理，進而威脅建筑的安全性。為此在深開挖過程中，要考慮各種影響，如土壓力、地下水壓力和地震作用等。

為了保證工程的安全與穩定，必須對支撐體系的承載能力進行準確的分析與計算。在工程建設中，必須對基坑的變形進行嚴密的監控，以防止發生坍塌和墻體傾斜等情況，其中包括開挖、支護和降水等工序。由于地下水位較高，因此需要對其進行合理的降水與排水。如果水位控制不好，將引起深基坑的穩定性和周圍地基的沉陷。

深基坑開挖過程中，由于開挖引起的側墻坍塌、地面沉降、支護結構失效等問題，往往造成重大的安全事故和經濟損失。深基坑工程易引發周圍地基土位移與下沉，進而引發臨近建筑及地下管道的變形乃至失效。尤其是在高密度城區，其對周圍環境的影響更為突出。在深開挖工程中，由于地下水流的滲透與突涌，會引發深基坑涌水、涌砂等災害，如果不合理的降水及排水方式，將造成地表下沉及支護結構破壞。

在深基坑工程中，由于受到機械作業、高處作業和坍塌等因素的影響，如果沒有采取適當的保護措施，很容易造成人員傷亡。惡劣的氣象條件如暴雨、臺風等，都會對深基坑的建設產生一定的影響，使施工變得更加困難和危險。而地震這樣的自然災害，會給基坑的安全帶來很大的危險，為此需要對其進行特殊的抗震設計。

2 裝配式支護結構

裝配式支護結構是指將支護結構的各構件在廠房內進行預制、運輸、拼裝、安裝的一種支護方式。與以往在工地上采用預制或組裝的方法不同，其更注重工業化、規范化，從而大大提升了工程建設的效率與質量管理[1-2]。

2.1 裝配式支護結構的種類

2.1.1 預制板式支護結構

裝配式鋼筋混凝土板支護結構通常是用高強度的鋼筋混凝土制成，它可以抵抗很大的外部力量，可以做為抵抗土、水壓力的主體承載件。它耐腐蝕性強，耐環境侵蝕，有利于延長使用壽命。它是一種非常適合于淺埋式深基坑的圍護結構，能隨著基礎的大小而任意調節、連接，廣泛應用于小型建筑物基礎、地下管線等的淺埋施工中。

2.1.2 預制樁板式支護結構

采用預制裝配式鋼板組成的基坑圍護體系，可以將上層荷載高效地傳導到深層地層，并為其提供可靠的支承。該技術適合于深層開挖，具有承載大豎向與橫向荷載的特點，適合于深基坑的支護要求，其預制與裝配式可隨基坑開挖深度及形態進行柔性拼接。采用裝配式鋼板與混凝土結構相結合的結構形式，可有效提高結構的穩定與減振性能，適合于大型地下停車場、地下商業街、大型地下設施等[3]。

2.1.3 預制箱式支護結構

由預制鋼筋混凝土箱體組成的支護結構，適用于基坑開挖中需要大面積支護的情況。預制箱體是一種一體化的結構，整體穩定性能好，其特點是能適應大范圍的深開挖，適合大范圍的深開挖，特別適合于地下商場、地鐵車站等較大范圍的深基坑。

2.1.4 組合式支護結構

采用多種預制構件組合而成，能夠按照實際的要求。在不同的基坑條件下，選用不同的預制板，使其能夠滿足不同深度和形狀的基坑支護要求。通過多種結構構件的結合，可以同時滿足承載、抗震和防水等多種使用需求，非常適合在較為復雜的工程環境下進行深開挖。

2.2 裝配式支護結構的設計要求

為保證基坑支護結構的長期穩定性，應選用高強、耐久性能好的高性能混凝土及高強鋼筋。選用與當地氣候、地質條件相適應的材料，避免由于環境因素引起的材料性能劣化。選用綠色環保的材料，以降低其對環境的不利影響，兼顧材料的可回收與再使用。

在施工技術設計方面，應制訂具體的施工程序與方法，以保證裝配的效率與安全，如預制件的搬運、安裝順序、臨時支架的搭設等。通過對施工工序的優化，縮短了工地的工期，提高了工程的效率。在工程建設過程中，要充分考慮到工程中存在的安全隱患，并制訂了相應的安全防范措施及事故處理方案[4]。

在防水設計方面，針對地下水水位、水壓等條件，提出一套高效的防水體系，包括防水涂料、隔水膜、排水系統等，并選擇性能優良的防水材料，保證防水體系的長效運行。在防水工程的各個環節都要進行嚴格的管理，以保證防水體系的質量與效果。在此基礎上，對預制構件的生產、運輸、安裝等各個階段進行嚴格的質量管理，并對其進行定期的測試，對材料強度、構件尺寸、安裝精度等進行檢驗。從設計、生產到施工全過程實施質量控制，保證整個基坑工程的質量與安全。

3 裝配式支護結構在深基坑工程中的設計與應用

3.1 支護結構選型與參數確定

對基坑工程的地質情況進行評價，對基坑工程場地的土壤成分進行分析，包括砂土、黏土、巖石等，并測定其力學特性。通過對土體的承載力、變形特征等進行分析，從而選擇合理的支護形式。

研究地下水埋深及變化規律，評價其對基坑工程及支護結構的影響。在對工程地質情況進行評價的基礎上，選用預制板式、預制樁板、預制箱式或組合式等多種支撐形式。根據不同的基坑深度，選用不同的支護形式，如預制板柱式、復合式、淺埋式等。根據深基坑的矩形、圓形、不規則形等不同平面形狀，選用適當的支護形式，使之有效地抵抗土、水壓力。評估基坑周圍建筑的地基型式及間距，選取對周圍建筑影響最小的圍護結構型式，并綜合考慮地下管道布置及埋深，選用對管道安全無不利影響的支護方案。對周圍其他設施如道路、地下設施等進行評價，并選擇最佳的支護類型[6-8]。

在滿足工程要求的前提下，根據基坑的深度、土壓力等因素，確定預制樁的管徑、長度，保證其具有充分的支護作用。在基坑開挖時，應根據基坑的實際情況，對其進行合理的設計，以保證基坑的穩定與承載力。選用高強鋼筋，保證其抗拉、耐久性能，保證支護結構具有良好的承載力和耐用性。在惡劣的環境條件下，選用抗腐蝕性好的材料，以有效提高支護結構的使用壽命。根據規范中的要求，確定相應的設計參數、各種荷載的標準值，如土壓力、水壓力、施工荷載等。在地震作用下，確定適當的安全系數，以保證不同條件下支護結構的安全穩定。

3.2 支護結構的力學分析與計算

3.2.1 支護結構的力學分析

3.2.1.1 土壓力分析

通過對基坑開挖前的靜態土壓力進行分析，得到無擾動條件下的土體受力狀況。在基坑工程施工中，通過對膨脹土外擴過程中所產生的主動土壓力進行計算，以此來確定基坑支護的主要參數。計算基坑周圍土體在支護結構作用下的被動土壓力，用于評估支護結構的抵抗能力。研究基坑開挖過程中各層土壓力的分布規律，并根據土體的分布及物性的差異，確定基坑圍護結構在不同深度上的承載能力。

3.2.1.2 水壓力研究

研究地下水埋深及變化規律，評價地下水對基坑及支護結構的影響，計算地下水在靜止狀態下對支護結構產生的靜水壓力。考慮地下水流動對基坑和支護結構的影響，評估動水壓力，確保支護結構的穩定性和防水性。

3.2.1.3 荷載組合

通過對基坑圍護結構自重的計算，對基坑開挖過程中的土體壓力進行分析，得出基坑開挖過程中土體壓力的分布及大小，測定水壓荷載的分布及大小。對施工中可能出現的設備荷載、施工作業荷載等進行估算，并按照抗震規范，進行地震荷載的計算，對支護結構的抗震性能進行評價。

3.2.2 支護結構的力學計算

3.2.2.1 穩定性計算

評估支護結構的整體穩定性，確保其在各種荷載組合下不會發生傾覆、滑移或失穩。檢查支護結構各個部分的局部穩定性，確保不會發生局部失穩或破壞。

3.2.2.2 變形控制

計算支護結構在土壓力和水壓力作用下的側向變形，確保其變形在可控范圍內，不影響施工安全和周邊環境。評估支護結構的沉降情況，確保其沉降量在允許范圍內，防止對基坑底部和周邊建筑物造成不利影響。

3.2.2.3 強度校核

對支護結構的各個部分如預制板、預制樁、連接件等進行強度校核，確保其能夠承受設計荷載，不發生破壞，檢查連接件的強度和連接可靠性，確保支護結構的整體性和穩定性。評估支護結構材料在長期荷載和環境作用下的耐久性，確保支護結構的使用壽命[9-10]。

3.3 施工方案的制定與優化

根據設計要求，對預制件的制作工藝進行了詳細制定，包括模具制造、鋼筋綁扎、澆筑混凝土、養護等。在預制階段，通過對預制件的尺寸、強度和表面質量進行檢查，保證預制件滿足設計要求。對預制件的存放空間進行合理規劃，以避免其發生變形、破壞，保證其在裝運前處于最佳狀態。在現場預制過程中，按照設計圖制作預制構件，保證模具的尺寸準確，并按照設計要求將鋼筋固定在模具內，保證鋼筋的位置及數量滿足設計要求。為確保各部件的強度與質量，在養護期間對預制件進行合理的養護，在確定混凝土強度滿足要求之前，不得進行脫模[11]。

制訂安全、有效的運輸計劃，選用適當的運輸方式和運輸路線，以保證部件在運輸中不會受到損傷，對易損部位采取包裹、加固等必要的保護措施，避免在運輸中造成損傷。在工地上建立專門的存放場地，并根據零件的擺放次序進行存放，方便現場施工。制訂出構件的吊裝、定位、連接等具體的現場安裝程序，保證施工的順利進行，選用并配備合適的吊裝設備及工具，如起重機、吊索具、定位工具等，以保證吊裝過程的安全性和準確性。根據設計要求，對各組成部分進行連接與固定，以保證整個支撐結構的穩定與安全。選用高效適用的自動化吊裝設備、精密定位工具等施工設備，提升施工的效率與安全，并對施工設備進行定期的檢測與維修，保證設備的正常運行，避免由于設備故障而造成的工程延遲。

針對工地的具體條件，對施工過程進行持續的優化，簡化工作程序，減少不必要的作業，提高工作效率。采用模塊化安裝、快速連接等先進的施工技術與技術，以進一步提升工程的質量與效率。在安裝預制板之前，應先對基坑底及支護部位做好準備，保證地基的平整、穩定，并根據設計的要求，將預制好的預制板連接起來，為保證連接的牢固性，可采用焊接或螺栓連接的方式，在部件連接和固定之前，應設置臨時支架，保證施工期間的安全與穩定性。在工程建設中，設置質量控制點，對各個環節都進行嚴格的檢驗與驗收，保證工程的質量，對測量結果、材料利用率等進行詳細的記錄，為以后的質量評價和改善工作奠定基礎。

4 結束語

通過對裝配式支護結構技術在深基坑施工中的應用進行系統性的研究，可以提高施工效率，保證質量，降低對環境的影響，提高安全水平。裝配式支護結構是一種高效、安全、環境友好的基坑支護技術，應不斷地進行技術革新與實際應用。

參考文獻

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收稿日期：2024-06-06

作者簡介：趙洪林（1987—），男，山東濰坊人，本科，工程師，研究方向：建筑工程施工。