刍议高层建筑深基坑的开挖与支护

摘 要：对高层建筑而言，深基坑的开挖与支护具有重要意义，它影响了整个建筑物的稳定性和质量。本文对高层建筑深基坑的支护性能、基坑开挖稳定性等要点进行了深入细致的探讨。

关键词：高层建筑；深基坑；开挖与支护

引 言

随着城市进程的不断加快，城市建筑用地逐渐趋于紧迫，因此建筑物增高是必然的趋势。但是目前经常发生高层建筑坍塌的事故，甚至影响周围建筑物的安全，所以应高度关注作为基础性环节的深基坑的开挖与支护，使其保质保量。

1 高层建筑深基坑开挖与支护的基本要求

1.1 性能要求与结构

高层建筑深基坑的开挖与很多因素有直接联系，如地质、开挖深度、现场环境，一般在下列情况下，开挖时要采取支护措施：基坑开挖危及邻近建筑物的安全；深度较大不具备自然放坡施工条件；地基土质松软，并有地下水或丰盛上层滞水。当具备自然放坡条件时，应进行稳定性分析确定坡度，为保证土坡的稳定性，应采取恰当的施工方法和施工程序，需布置地面和坑内排水系统，防止雨水对土坡、坑壁冲刷而造成塌方。还应加强施工监测，以便在出现失稳迹象时，及时采取补救措施。图1是几种常见的支护结构：

1.2 支护结构受力分析

高层建筑一般多建于城市的闹市区，施工场地狭窄，邻近的建筑密集，而地下室埋深多达十多米，边坡不容许放坡，必须用护坡桩进行支护。按目前土压力理论计算，护坡桩的钢筋仅发挥1/10～1/5。对于粘性土地基，由于桩和土体水平位移量不同，使桩土之间产生从地面向下延伸的裂缝，裂缝处土压力为零，从而土压力和护坡桩弯矩减小，使设计的钢筋未能充分发挥作用。通过试验研究，采用考虑土体裂缝的土压力计算方法，降低土压力值，由此边坡弯矩可减少20～40%，大大节约了投资成本；在桩数不变的情况下，将单排桩改为双排桩，则支护结构的整体刚度大，水平位移小，桩的内力降低，如能与圈梁结合为整体刚架支护结构，效果更好。双排桩的合理桩径：d=400-600mm，排桩中心距L=（1.5-3.0）d；护坡桩的圆形截面配筋应采用等效的矩形截面配筋，使所配筋集中在受拉一侧，以便充分发挥钢筋作用，也可节省钢筋；对于超过10m深的基坑或基坑附近有重要的建筑物或管线时，宜采用锚拉或支护方案，转角处应加横撑，以控制位移和减小桩体内力，适当加大单桩锚杆的承载力则更为经济；重要的深基坑工程或对支护结构有严格位移要求的工程，应进行施工监测，确保施工安全。

2 高层建筑深基坑开挖与支护工程实例

2.1 工程概况

某市准备在距离河岸仅有100m左右拟建一座高层建筑，其结构为地下一层，地上11号楼为7层，6号楼为17层，均为框架结构。设计6号楼采用筏板基础，11号楼采用了桩筏基础。拟建建筑物场地内地势总体平坦，总体上讲场区地层除表层杂填土以外，其下为第四系冲洪积物，场区基岩层为红砂岩层。规划范围内原有建筑已经拆除，周边环境较为复杂：北侧面临某河，仅有100m左右的距离；南侧为待开发地段，现状为空地，以后将陆续开发建筑；东侧面临有一栋三层建筑，条形浅基础，距离拟建建筑物有20～30m的距离；西侧有多栋三、四层住宅，条形浅基础，最近处距离基础边仅有10m左右距离，后面临近某酒店，四层，基础为采用天然地基的混凝土条形基础。基础土方需要开挖的尺寸和大致标高情况如表1：

2.2 深基坑的开挖

2.2.1 开挖方案设计

开挖前要准备好应急材料，如沙袋、木桩等，并严格按照设计要求进行开挖工作，并应注意逐层开挖。第一层开挖2m深，然后挖1m的排水沟，排1m的水，挖1m的土；再挖1m的排水沟，再排1m的水，再挖1m的土，直至开挖到设计标高。基坑开挖时将地面附加荷载减到最小，严禁在坑边堆载或通行重载车；开挖下层土时，保护上层支护的边坡，不得碰撞排水结构和支护结构。土方开挖以后及时施工支护结构，尽量减少土体变形，保证基坑安全；基坑内各区间台阶先放坡机械开挖，再人工修坡到位；同一层土方开挖施工应分层分段跳挖施工，出现紧急情况时便于回填反压。每次每段开挖长度不大于8m，并及时检查现场的排水系统，做好基坑周围地表水及基坑内积水的排汇和疏导，防止基坑暴露时间过长或被雨水浸泡。

2.2.2 开挖施工工艺和方法

深基坑的开挖施工包括定位放线、土方挖运、验槽与地基的局部处理等，放线是根据定位确定的轴线位置划出基坑开挖边线。基坑上口尺寸的确定应满足支护方案设计的要求。在第一层土方开挖以后，挖第二层土方以前，仍要进行第二次放线，以此类推，需要放线4～5次。本工程的土方采用W40-C型挖掘机開挖，自卸汽车运土，人工配合清槽的方法。这种作业方式可以减轻劳动强度，加快工程进度。严格按照支护设计深度开挖，并应注意逐层开挖，第一层开挖2m深，然后挖1m的排水沟，排1m的水，挖1m的土；再挖1m的排水沟，再排1m的水，再挖1m的土，直至开挖到设计标高。基坑土方开挖采用机械开挖和人工清挖相配合，开挖顺序按先四周排水沟、后中间挖方区域、先南后北逐层开挖的原则。基坑开挖机械不得碰撞支护结构、降水系统和监测系统，严禁碰撞、挤压、拖动工程桩。

2.3 深基坑的支护

基坑边坡支护主要是边坡支护，其土质为中粗砂质，支护方法也相对简单，一般可以保证在无水状态下进行，先人工修理边坡，达到平整以后在边坡上平排一层实心粘土砖，以保证支护对象处于稳定状态，避免人员上下施工时不至于将边坡踩踏下滑。如果边坡始终处于无水状态，简单支护以后就可以满足施工的要求。如果有地下水渗出，长时间会引起边坡变形，再在上面整体做一层30mm厚细石混凝土，细石混凝土间隔一定的距离预留排水孔，以减少渗流水对边坡土质的影响。边坡支护的具体做法见图2。

基坑支护施工工艺和方法：

在基础开挖完成、上层排水沟排水稳定以后，开始进行基坑支护。基坑支护采用人力手推车进行垂直和水平运输。边坡衬砌施工以前，为了减少坑壁土体内部的积水和含水量，在护坡处埋设？准25塑料排水短管，一般1～2根，根据实际情况可作增减。护壁顶部地面设置排水沟，沟旁一定范围的地面要抹水泥砂浆，以利地面排水。为保证施工安全，护壁顶部设置栏杆，材料可用？准25mm钢筋或？准48mm钢管架设；红砖护壁水泥砂浆护面工程需与基坑开挖同时进行。为保证坡度满足设计要求，保证平整度，在靠近设计边坡附近，应停止使用大型机械开挖，采用人工挖铲，以免扰动边坡土体。对个别可能发生局部垮塌的部位，根据情况可用砌砖保护或立模现浇混凝土保护。为保证排除坑壁土体中的集水或渗透水，布置？准25mm塑料排水短管，伸入土体0.1～0.5m左右，纵横间距一般为2～3m，个别部位可以增设排水管。坡顶一样也要布置排水沟，并在地面一定范围内抹水泥砂浆。安全栏杆设置位置距坡顶边缘的距离应在0.5～1m左右，以免栏杆受力后引起坡顶垮塌。

3 深基坑工程中应引起重视的几点意见和建议

根据以上分析，并结合笔者自身的认识和工作经验，对高层建筑深基坑的开挖与支护中容易出现并应引起重视的几个问题，谈谈自己的认识，并提出几点建议：

3.1 地下水控制

在所有影响因素中，地下水控制是深基坑工程的难点。由于土质和地下水位的条件不同，深基坑开挖的施工方法也不相同，有时在没有地下水的情况下，基坑可轻易挖到5m甚至更深，但地下水位较高时，特别是砂土式粉土，挖到3m，也可能发生塌方，地下水在土体的渗流，会造成基坑坡面及坑底会发生流砂和管涌等现象，恶化施工作业条件，甚至造成基坑坍塌的重大事故。地下水控制方法有降水、截水和回灌等几种形式。

3.2 地质勘察

对勘察单位而言，勘察结果直接关系到基坑的安危及成本，同时也是深基坑设计的依据，应引起高度重视。而在勘探过程中，勘探孔尤其重要。由于一般钻孔较稀，故可能存在一个钻孔代表较大范围的情况，所以每一层位均应严格按规范划分清晰，尤其是不良地质因素，在允许的有条件的情况下，勘探孔应涉及坑外锚索或土钉可能延长到的范围。

3.3 土体加固

地质环境对深基坑的开挖与支护也有很大的影响，基坑及周围地层的土体要进行加固；在软弱土层，如在沿海城市地区，只有挡土围护的基坑在开挖时，仍然会使周围土层产生一定的变形，这些变形对周围环境产生了不利影响，基坑底有承压水存在，坑底若被承压水顶破而发生涌砂，降起，基坑就相当危险，在地下水位以下的松砂砾或渗透性较大的地层中，会发生固挡土结构缝隙渗漏，因此应进行加固。

4 结束语

在高层建筑工程中，深基坑的开挖与支护是非常重要的組成部分，对整个工程的造价、工期、质量都有十分重要的影响。现阶段深基坑倒塌事故时有发生，对工程造成极大的危害，因此，要不断加强对高层建筑深基坑的开挖与支护的研究，提高技术水平，促进我国建筑行业的健康稳定发展。

参考文献

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[2]朱庆.浅析高层建筑深基坑支护施工技术[J].科技促进发展，2010（12）.

[3]张吾渝，李积珍，马艳霞.高层建筑土钉墙和排桩基坑支护的设计和工程应用[J].青海大学学报（自然科学版），2011（03）.

作者简介：夏于忠（1978-），男，贵州遵义人，本科，工程师，主要从事建筑工程施工管理工作。