深基坑支护施工技术及稳定性分析

李文厚

摘 要：随着房地产行业的高速发展及城市化进程的逐步深化，大量的高层及超高层在城市范围内拔地而起，深基坑支护施工已经成为普遍的基础施工模式，此外城市地铁和轻轨施工也需要大量使用深基坑支护。文章结合深基坑工程实例，以支护体系弹性计算模型和土体本构模型等方式，采用有限元计算方法模拟稳定性分析，总结出一套深基坑支护施工技术及稳定性影响分析的方法，为广大深基坑施工人员提供参考。

关键词：深基坑支护；施工技术；稳定性分析

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0145-02

随着房地产行业的高速发展及城市化进程的逐步深化，大量的高层及超高层在城市范围内拔地而起，深基坑支护施工已经成为普遍的基础施工模式，此外城市地铁和轻轨施工也需要大量使用深基坑支护。而深基坑支护体系的设计、施工能力水平及稳定性分析直接关系到深基坑施工的安全性和工程整体的安全可靠，必须采用一套较为完善可行的方法进行管理。

1 深基坑支护工程的概念及施工技术要求

深基坑支护工程是伴随着深基坑桩基施工所需要的一项临时施工设施，并不属于建筑物和构造物的主体工程。随着城市高层建筑的不断建设，高层建筑的深基坑的支护施工技术越发凸显重要性。深基坑支护施工是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施的施工。常见的基坑支护型式主要有：排桩支护，桩撑、桩锚、排桩悬臂；地下连续墙支护，地连墙+支撑；水泥土挡墙；钢板桩支护；土钉墙；逆作拱墙；放坡；基坑内支撑等。伴随着目前建筑发展趋势，深基坑施工也向大深度、大广度方向发展。随着城市地铁及轻轨建设进度的加快，深基坑施工的规模的加大也导致深基坑施工周期变长，施工难度加大，因此必须对施工技术及稳定性分析技术进行拓展和延伸。

2 深基坑支护施工中存在的问题及原因分析

2.1 部分将深基坑支护工程委托给没有专业资质的单位

一些土建总承包施工单位为了节约成本，将深基坑支护工程委托给没有任何施工技术人员的队伍进行。这些所谓岩土工程公司在不具备勘察设计资质或者岩土工程施工资质的情况下，私自承揽深基坑支护工程施工，导致深基坑支护施工出现设计水平低劣、施工质量差的情况。

2.2 施工质量不佳，违规操作现象严重

①边坡开挖没有达到设计要求。机械开挖不达标，出现开挖深度不足、水平度不足和坡度不到位等情况，甚至出现机械开挖后的边坡表面的平整度和顺直度不规则，而人工修理时又由于条件的限制无法作深度挖掘，继而出现边坡开挖没有达到设计要求的情况。

②不按设计要求及施工方案施工。部分施工单位偷工减料，以次充好，使用低标号水泥进行深层搅拌桩施工，影响支护强度并且发生裂缝，直接影响支护工程的可靠性。还有一些施工单位为了保障施工进度减少开挖程序和开挖深度，不按照设计图纸及施工方案要求施工，导致支护工程变形，进而破坏深基坑支护体系的构造及强度。

③开挖与支护施工不配合，现场管理混乱。部分深基坑支护施工将开挖与支护进行分开承包，最终导致双方争抢施工作业面，最终导致开挖施工与支护施工严重脱节，现场互不配合，管理混乱。最终导致开挖截面长期得不到支护，支护安全系数严重降低。

2.3 事故发生率高，不及时处理问题

在深基坑支护工程施工过程甚至交付后，由于地质变动或者设计、施工等多方面原因导致突发事故，但极少得到深基坑支护工程施工单位的配合及处理。

较常见的事故情况有：

①边坡坍塌。这是最为严重的深基坑支护工程事故，表明该支护没有达到原有要求，最严重的，甚至会造成周围建筑物的坍塌和基础沉降。

②临近建筑物受力变形。由于深基坑工程一般会紧邻其他的建筑物，如果支护工程措施不得力，就会造成附近建筑物结构变形和基础沉降。一旦建筑物出现较大变形后，结构就会被破坏，产生机构裂缝，危机人民生命财产安全。

③产生水平位移。由于支护不充分造成基坑边坡水平位移较大，水平位移如果继续加大，则会影响主体工程的建设，特别是不明原因位移往往是大面积滑坡的开始，因此需要召集基坑支护设计、施工单位和专家对基坑重新进行稳定性分析，并就出现的问题提出处理措施。

3 深基坑支护工程施工措施及对策

①加强施工分包及招标管理。由于深基坑支护工程的技术性和特殊性，其施工应由具有施工资质与能力的专业分包队伍进行。施工单位的技术力量、整体素质是影响工程质量的重要因素之一。因此在项目的分包阶段，必须严格审查各专业的施工队伍及人员资质是否达到了国家规范的要求。所有施工人员都必须要求持证上岗，而且单一作业面必须有有单一资质。

②重视施工方案设计。要杜绝设计事故，必须重视施工方案的设计工作，熟悉当地水文地质情况的勘察设计公司结合建筑要求及周围环境特点设计出经济合理的深基坑支护方案。工程人员在施工前应对方案进行认真审核，理解设计意图，及时与设计人员沟通以掌握方案，在施工组织时，使各个组成部分、各道工序协调有序。

③编制专项施工方案，并经监理及业主审批。施工专项方案是具体指导施工的重要文件，深基坑支护施工方案要综合考虑工程所在地的地理条件、工程类型、基坑开挖规模、周边环境、支护结构等因素。方案中要明确施工平面图、基坑的支护方式、基坑开挖方式、降水措施、施工工期、监测布置的合理性等，要对施工基准面进行控制，控制的关键是基坑的稳定性、地面变形及地下水的控制，并要根据实际情况适时地调整方案。监理工程师应认真审核施工单位提交的专项方案，对不能满足施工要求的，坚决要求其修改完善后按程序申报，特别复杂的方案可组织专家汇审，待总监审批后方能实施。

④加强施工过程中的组织及质量管理。深基坑支护的施工流程一般包括：施工前准备、支护桩的施工、联系梁等的施工、锚杆的施工、土方开挖。工程施工前，施工人员需要熟悉当地的地质资料、本次施工设计图纸及施工现场周围的环境，在施工过程中不得随意改变锚杆位置、长度、型号、数量，钢筋网间距，加强筋范围，放坡系数等。基坑支护施工单位要与挖土施工單位紧密配合，坚持分层分段开挖和分层分段支护的施工原则进行施工。土方开挖的顺序和具体开挖的方法必须与设计的工作情况相一致，减少开挖过程中土体的扰动范围，缩短基坑开挖卸荷后无支撑的暴露时间，对称开挖，均衡开挖，合理利用土体自身在开挖过程中控制位移的能力。岩土深基坑开挖的过程中应采取措施以防止碰撞支护结构、工程桩或挠动基底原状土。

⑤加强监控检测，发现问题，采取补救措施及时处理。深基坑支护施工检测要安排专业施工监测人员对基坑现场及周围建筑物进行监测，根据基坑开挖期间监测到的基坑支护结构或岩土变位等情况，比照勘察、设计的预期性状，动态分析监测资料，全面掌握位移变化的大小、方向、变化频率，对照报警标准，预测下一阶段工作的动态，及时对施工中可能出现的险情进行预报，超过位移设定的预警值时，应及时采取有效的应对措施，确保工程安全。

⑥增加风险预案，针对突发事件进行管理控制。对于基坑支护结构的施工要做好应对突发事件的技术准备。常见的突发事件有：基坑内管涌、流沙；基坑支护局部出现成因不明的裂缝、沉降；气象异常，出现持续多日的狂风暴雨；相邻工地施工的影响，如降水、打桩、开挖土方；地下障碍物妨碍基坑支护结构或止水帷幕的施工等等。事件发生后，及时启动应急预案，并会同相关单位研究解决办法。

4 深基坑支护施工稳定性分析

在对深基坑支护施工进行稳定性分析时，需要根据工程的施工方法多用计算机技术模拟施工过程，对影响支护体系稳定性的关键因素进行结合分析。一般而言，影响深基坑支护体系稳定性的关键因素主要有三个方面：支护结构体的入土深度、整体刚度及基坑内支撑轴力的大小。在进行深基坑支护施工稳定性分析时，一般可以采用以下步骤：

进行施工过程分解以及施工过程模拟，分析审计空破坏工况条件。

采用稳定性分析的常用方法是有限元分析软件PLAXIS进行有限元分析。

建立有限元分析模型，并分状况进行破坏性模拟；比如可以计算在良好工况了基坑破坏时地连墙的侧向位移分析。破坏情况可以分为改变地连墙的入土深度即墙长；改变地连墙的刚度直到坑壁土体发生滑动破坏；改变支撑轴力直至基坑发生整体稳定破坏。

根据破坏性模拟机基坑失稳标准的模拟核算，计算出影响基坑稳定最为关键的因素，并且确定基坑破坏的安全系数及临界技术，并作为后期监测及监控的主要控制目标。

进入施工周期后需要对深基坑施工工程的工况进行监护，发现较大条件的变更，则需要重新进行工况模拟及有限元计算，保证基坑稳定性分析的科学性。

5 结 语

深基坑支护工程的施工虽然不是建筑物主体施工，但是却是配合桩基工程的最重要构成部分，也是一个循序渐进的过程。综合对影响基坑稳定性的三种因素的理论计算机分析可以推断，支护结构的入土深度、刚度以及支撑轴力大小对不同的深基坑施工稳定性影响不同，因此必须根据项目实际情况对基坑整体稳定性破坏进行总体分析。另外，施工单位应按先设计、后施工的程序施工，并尽量做到边施工、边监测，遵循“分层开挖，先撑后挖，随挖随撑，对称均衡，限时限量”的施工原則，杜绝盲目施工和野蛮施工的现象，从设计、施工、检测、补救等四个阶段加强对整个深基坑施工过程的管理，才能保证深基坑施工的质量及安全。

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