建筑工程深基坑支护施工技术

张志军

摘 要：随着城市建设和经济发展的推动，深基坑工程的广泛应用，特别是在寸土寸金的城市中，往地下扩展空间是一种必然。因此深基坑支护成为了每一个工程的一道工序，下面对深基坑支护的施工技术应用进行一些探讨。

关键词：基坑支护；支护结构；施工工艺

1 我国深基坑工程的主要特点

随着城市建设中高层、超高层建筑的大量涌现，深基坑工程越来越多。同时，密集的建筑物大深度的基坑周围复杂的地下设施，使得放坡开挖这一传统技术不再能满足现代城镇建设的需要，因此，深基坑开挖与支护引起了各方面的广泛重视，基坑开挖与支护问题已经成为我国建筑工程界的难点之一，基坑工程数量、规模、分布急剧增加。比如广州的地标工程花城广场地下室基坑南北长980米，东西宽250米，深13.5米，属于超长基坑；广州新电视塔工程高610米，基坑深度约为11.6米；广州珠江新城西塔项目高430多米，地下室四层，基坑底深度为19.5m，基坑为深基坑。

经过十几年的发展，目前我国深基坑工程具有以下特点：

1.1 建筑趋向高层化，基坑向大深度方向发展；

1.2 基坑开挖面积大，长度与宽度有的达数百米，给支撑系统带来较大的难度；

1.3 在软弱的土层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线产生严重威胁；

1.4 深基坑施工工期长、场地狭窄，降雨、重物堆放等对基坑稳定性不利；

1.5 在相邻场地的施工中，打桩、降水、挖土及基础浇注混凝土等工序会相互制约与影响，增加协调工作的难度；

1.6 支护型式的多样性。迄今为止，支护型式有数十种。

2 基坑支护结构类型选择

2.1 选择支护结构类型的依据

基坑支护结构的选择是否合理，考虑的因素是否全面，对基坑支护工程起到决定性作用。基坑支护围护及撑锚方法较多，每一种方法都有其独特的优点， 有的速度快，有的经济，有的噪音小，有的用电量小等，可结合现场具体的情况来确定。

2.1.1 工程用地红线图，建筑平面布置总图以及相邻建筑物的平、立、剖面和基础图等；基坑的尺寸，基坑场地的形状、深度和宽度等。基坑支护结构所受的荷载。

2.1.2 场地和边坡的工程地质和水文地质勘察资料；

2.1.3 边坡环境资料；对基坑支护结构施工（噪音、振动、地面污染）的要求；

2.1.4 施工技术、设备性能、施工经验和施工条件等资料；

2.2 支护结构的选择原则

支护结构应根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件综合考虑，做到因地制宜，因时制宜，合理设计，严格控制，使方案具有创造性和灵活性。

2.3 选择支护结构体系要点

2.3.1 粘性土颗粒较细，具有一定粘聚力， 强度随含水量可能变化。在多数情况下，地下水位深，不需要采用防水、降水措施。如果场地开阔，可选择放坡、悬臂式、桩锚式、锚拉式支护结构；如场地狭窄，可选择排桩、地下连续墙加锚杆的支撑方案。基础开挖后，开挖深度不大可采用悬臂式支护或土钉墙；开挖深度较大时，可考虑多层锚杆或多层支撑。假如土质情况较好，可考虑土钉或喷锚支护。土质较差，可用桩、地下连续墙加锚杆或支撑支护方案。

2.3.2 软土具有强度低、压缩性大、渗透性小、荷载作用变形大等特点，且周围环境复杂，故软土地区深基坑开挖，应注意安全。如基坑周围场地开阔，上部采用分台阶放坡，下部采用挡土墙支护，或悬臂式、桩锚式、锚拉式支护结构；如场地狭窄，则必须采用能够相应控制地面位移与沉降的支持结构，并且做好防水处理。基础开挖深度均较大，可设置排桩、地下连续墙或其它支护结构加防水帷幕。较大范围开挖时，也可采用复合式支护结构，排桩及单、多层锚杆支护结构加防水帷幕。比如广州新电视塔工程北临珠江边，地下水位高，周围环境复杂，基坑支护采用地下连续墙和钢筋混凝土内支撑支护结构。

2.3.3 硬质地基基坑开挖一般是止水性支护结构和非止水性支护结构并行使用。因为硬质地基地层具有紧密、承载能力高和压缩性低等特点， 一般不致引起开挖面隆起、沙涌出及因降水而导致周围地面沉降水现象发生， 从设计安全性、施工可行性和造价经济性等方面综合考虑，在硬质地基埋藏较浅的地区，采用非止水性支护结构往往更合理。如地表与硬质土层中有一层较厚的软土层，且地下水位较高时，则应才用止水性支护结构。比如广州花城广场及珠江新城西塔项目基坑支护结构为人工挖孔桩+预应力锚杆。

3 施工工艺发展趋势

3.1 土钉墙方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。

3.2 基坑向着深、大、周围环境复杂的方向发展，使得深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。受地下空间的限制，内支撑或新型锚杆（如可拆式锚杆、抗拔力较大的全程应力复合型锚杆）将逐渐得以推广运用。

3.3 为减少基坑工程对带来的环境效应（如因降水引起的地面沉降），或出于保护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护，除地下连续墙外，一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑止水帷幕。目前，有将水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中的趋势。

3.4 基坑降水时，为减少因降水引起的地面附加沉降或对临近建（构）筑物造成的影响，可采用井点回灌技术。

3.5 在软土地区，为避免基坑底部隆起、造成支护结构水平位移加大和临近建（构）筑物下沉，可采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固，即提高支护结构被动区土体强度的方法。

3.6 为减少坑壁土体的侧向变形，可以通过基坑内外双液快速注浆加固土体；也可以对支撑（或拉结）施加预应力；还可以调整挖土进度以及支撑的施工程序等措施来限制基坑的侧向变形。

4 深基坑支护当前存在的问题

4.1 支护结构设计计算与实际受力不符

目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论，但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明，有的支护结构的按极限平衡理论计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但却发生破坏；有的支护结构却恰恰相反，即安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中获得成功。极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计，而实际上开挖的土体是一种动态平衡状态，也是一个松弛过程，随着时间的延长，土体强度逐渐下降，并产生一定的变形。这说明在设计中必须给予充分的考虑，但在目前的设计计算中却常被忽视。

4.2 设计中土体的物理力学参数选择不当

深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度，但要精确地计算土压力目前还十分困难，至今仍在采用库仑公式或郎肯公式。关于土体物理力学参数的选择是一个十分复杂的问题，尤其在深基坑开挖后，三参数是可变值，很难准确计算出支护结构的实际受力。

在支护结构设计中，如果对地基土体的物理力学参数取值不准，将对设计的结果产生很大的影响。试验数据表明：内摩擦角ψ值相差50，主动土压力P就会相差10；原土体的Ca值与开挖后土体的Cb值，则差别更大。施工工艺和支护结构形式不同，对土体的物理力学参数的选择是支护结构设计中的关键。

4.3 深基坑开挖存在的空间效应考虑不周

深基坑开挖中大量的实测资料表明：基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小。深基坑边坡失稳常常以长边的居中位置发生。这说明深基坑开挖是一个空间问题。

传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基坑来讲，这种平面应变假设比较符合实际，而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以，在未能进行空间问题处理前而需按平面应变假设设计时，支护结构的构造要适当调整，以适应开挖空间效应的要求。

4.4 深基坑土体的取样具有不完全性

在支护结构设计前，必须对地基土层进行取样分析试验，以取得土体比较合理的物理力学指标，为支护结构的设计提供依据。一般在深基坑开挖区域内，按照国家规范的要求进行钻探取样。为减少勘探的工作量和降低工程造价，不可能钻孔过密。因此，所取得的土样具有一定的随机性。但是，地质构造是极其复杂、多变的，取得的土样不可能全面反映地基土层的真实性。因此，支护结构的设计也就不一定完全符合实际。

5 结语

深基坑支护工程是近二十年来随着城市高层建筑发展而发展的一门新的实践工程学，涉及到工程地质、水文地质、工程结构、施工工艺和施工管理等几门学科的综合技术。基坑支护施工必须按《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》建质[2009]87号文执行，严格遵守施工方案审批、论证及验收的手续，做好基坑监测等安全措施，确保施工安全。随着科学技术及施工工艺的发展，深基坑支护技术方面一定会有新的提高。

参考文献

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