超深基坑開挖與支護在機械化路橋施工中的穩定性分析及控制技術

中圖分類號 TU753 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）08-0086-03

0 引言

超深基坑作為大型橋梁、隧道及高層建筑等基礎設施建設的關鍵環節，其開挖與支護的穩定性直接關系到整個工程的安全與質量。超深基坑施工具備大深度、大面積、技術含量高、施工難度大、施工復雜性較高以及多變性的特點[1，這些特點要求施工單位在施工過程中必須嚴格遵守施工規范，加強施工監測和管理，確保施工安全和工程質量，并且采用高效的施工技術進行施工。機械化施工是路橋施工中一種常用技術，是指通過合理地選用施工機械、科學地組織施工以完成路橋工程作業的全過程，在施工過程中，根據工程的具體情況和要求，合理選擇和配置施工機械，制定科學的施工方案，并嚴格執行施工管理規范，提高施工效率[，加快工程進度，同時保證工程質量和施工安全。因此，為掌握超深基坑開挖質量與支護效果，該文以實際工程為例，分析機械化施工技術在路橋施工中的穩定性，并研究其控制技術，為超深基坑施工管理提供可靠依據。

1超深基坑開挖與支護穩定性分析及控制技術

1.1工程概況

該文以某地區的橋梁道路工程為例展開相關研究，該工程為高架工程，其標準跨徑為 3 0 m ，主要以單跨簡支梁結構為主，基礎形式為鉆孔樁，樁端持力層為中風化基巖。該工程的基坑設計開挖深度最深為 2 2 . 5 m ，局部開挖深度最淺為 1 8 . 2 m 。因此，工程中采用機械化進行基坑開挖，施工機械包含挖掘機、基坑開挖一體機、推土機、平地機以及壓路機等。該施工區域的土層相關詳細參數如表1所示。

1.2 超深基坑開挖支護結構

超深基坑開挖可以看作為一個循環卸荷的過程，在該過程中，原土體自重應力會隨著開挖的進行而發生改變，該改變會導致土體應力的形成基坑的受力變形特性，導致基坑發生破壞[3]。結合該工程的實際情況以及周圍施工環境，為保證基坑開挖安全，避免發生基坑失穩現象[4，采用鉆孔灌注樁為主，結合鋼筋混凝土完成基坑開挖支護，支護方案的示意圖如圖1所示。

該支護方案中，鉆孔灌注樁的直徑均為 0 . 8 m ，嵌入深度達到持力層，并且該結構設計時，采用支撐錨桿對其進行支撐。

1.3穩定性分析

1.3.1 支護結構變形計算模型

為保證基坑支護效果，需分析該支護結構的穩定性，該文深入剖析其穩定性的量化指標，并基于地層響應與損失機制，創新性地構建了支護結構變形預測模型。此模型不僅精準捕捉開挖過程中土體的動態行為，還通過詳盡的變形模擬揭示支護體系各組成要素如何協同作用以影響整體穩定性[5]，能夠更好地分析支護結構的穩定性。

如果基坑深度和支護結構的嵌入深度分別用 和 表示（m），從坑邊測量起，地表上發生的最大沉降位置到坑邊的水平距離用 表示，地表發生的最大沉降用 表示，深基坑開挖過程中支護結構所經歷的最大水平或豎向位移用 表示， 表示范圍，依據上述參數計算超深基坑開挖支護結構的變形情況，計算公式為：

式中， u —變形量（mm）； z ——深度（m）； A 基坑支護結構變形的包絡面積 ）； ω ——經驗系數； 最大變形處和地表之間的距離（m）。

如果地表沉降的包絡曲線面積用 表示 ），其與 A 之間的關聯關系為：

式中， η 1 比例系數。

如果 和 的比值與 和基坑總深度 H （m）比例之間為線性關系，則：

式中， 比例系數。

在上述公式的基礎上可計算地表沉降的影響范圍，公式為：

式中， φ ——摩擦角。結合工程的實測數據計算超深基坑開挖時地面沉降

曲線，其公式為：

式中， x ——實測數據。

在上述公式的基礎上，對 x 進行積分處理，以此實現 的求解，其公式為：

將公式（7）和公式（2）代入公式（1）中即可得出u （ z ） 的計算結果，依據該結果即可分析該超深基坑支護結構的穩定性結果。

1.3.2 基坑變形結果

將獲取的相關數據輸入上述公式中，計算超深基坑開挖支護結構的變形情況，超深基坑變形參數的統計結果如表2所示。

對表2測試結果進行分析后得出：該文設計的超深基坑的支護結構的位移情況、土體內部深層水平位移以及基坑周邊地表沉降存在不同的變化情況，其中，支護樁的樁體位移最為顯著，其中最大位移達到 6 8 . 2 2 m m ，土體深層水平位移相對較少，最大位移為 5 9 . 4 6 m m ，基坑附近地表沉降最大值為 5 4 . 2 2 m m 。

1.4支護結構穩定控制策略

結合超深基坑穩定性的整體分析結果可知，支護樁的樁體位移最為顯著，支護樁作為基坑支撐體系的重要組成部分，其位移過大會導致支撐體系在垂直面和平面上的差異位移增大。這種差異位移會改變支撐結構的受力狀態，產生較大的次應力和附加彎矩，從而增加支撐體系失穩的風險；并且支護樁的位移過大會直接加劇基坑的變形，包括基坑底部的隆起和基坑周邊的地表沉降。因此，該文針對此類情況進行控制，設計超深基坑外側搭接控制方案，該方案通過剛性連梁實現前后排樁的搭接，將前后排樁連接成一個超靜定結構，這種結構整體剛度大，能夠更好地抵抗基坑開挖過程中產生的側壓力，使支護結構在復雜多變的外荷載作用下能夠自動調整結構本身的內力，使之適應難以預計的荷載變化，增強了支護體系的穩定性和安全性[]。超深基坑外側搭接控制方案的示意圖如圖2所示。

該控制方案首先在基坑內側精準安置一個尺寸恰當的過渡支撐墊塊，并隨即檢測當前支撐結構的強度是否超越設計強度的 80 % 基準；若滿足此條件，則視為基坑的初期支護效能處于安全且高效的區間內，隨后進行下一階段的換撐搭建作業。具體步驟包括在深基坑的現有支撐體系中增設第二層支撐結構，巧妙地將側向輔助支撐板與深基坑的直立樁體進行穩固搭接。這一過程不僅強化整體支撐系統的冗余度，還通過重復但優化的施工流程，確?；拥姆€定性與安全性得到進一步提升。該控制方案的詳細施工步驟如下所述：

步驟1：樁體設計參數確定。依據工程設計規格，精確界定樁的具體位置與幾何尺寸，包括其直徑、預定長度以及相鄰樁之間的間隔距離。

步驟2：鋼筋籠安裝。完成參數設定后，隨即進行鋼筋籠的精準安裝，將其穩妥放置于預定樁孔之中。安裝過程中，嚴格執行垂直與水平雙重校正，確保鋼筋籠的垂直精度與水平穩定性均達到設計要求標準。鋼筋籠的制造亦需嚴格遵循設計圖紙，從材質到形狀，每一細節均不容忽視，以保障其結構強度與安裝質量。

步驟3：焊接施工。為增強樁身的整體穩定性，在其上部特設搭接區域，通過精密焊接工藝將相鄰的兩根樁體緊密相連。在焊接前，至關重要的是對樁身表面進行全面細致的預處理，包括徹底清除銹跡與雜質，確保焊接界面干凈無污，這是保障焊接質量的首要步驟。隨后，將兩根待焊接的樁體精確對準至搭接段，實施預熱措施以優化焊接條件。在焊接過程中，需嚴格監控溫度與時間參數，確保焊接作業既充分又不過度，從而達成高質量的焊接效果。并對焊接后質量進行檢驗，確保焊接質量。

步驟4：施工質量檢驗。挖掘期間，務必維持樁孔的垂直度與直徑的精確性，嚴防偏差產生。挖掘完畢后，實施全面的樁身質量檢驗，利用目視檢測、敲擊測試等多種手段，細致排查樁身是否存在裂縫、缺損等質量問題。特別需要強調的是，樁體搭接作業需嚴格遵循基坑水平高度的限制要求，不可逾越既定高度界限，以免增大建筑外側壓力，影響后續內部承壓結構的合理設計與安全搭建。

2 結果分析

依據上述策略完成深基坑開挖支護結構控制后，為分析其控制效果，布設監測點采集相關數據，同樣依據支護結構變形計算模型進行計算，獲取控制后支護結構的位移情況、土體內部深層水平位移的動態演變以及基坑周邊地表沉降結果，如表3所示。

對表3測試結果進行分析后得出：通過超深基坑外側搭接控制方案進行基坑處理后，超深基坑的支護結構的位移情況、土體內部深層水平位移的動態演變以及基坑周邊地表沉降明顯降低，其最大值依次分別為 3 0 . 5 2 m m 、2 7 . 6 6 m m 一 2 5 . 7 3 m m 。對比表3中的結果，其明顯降低了基坑的變形程度，可提升超深基坑開挖與支護的穩定性。

3結論

超深基坑在開挖時，支護結構的穩定性對于基坑的開挖安全和質量存在直接影響，因此，超深基坑開挖時需精準掌握支護結構的穩定性；當穩定性較低時需采取相應的控制措施進行處理。該文結合實際工程情況展開相關研究，對支護結構穩定性進行分析后設計相應的控制方案，以此提升超深基坑支護結構的支護效果，從而保證基坑開挖的穩定性。

參考文獻

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