高层建筑深基坑支护设计和施工控制措施分析

杨巧玲

【摘 要】本文介绍了高层建筑深基坑的支护设计和施工注意要点，分析了高层建筑深基坑的支护设计和施工控制的有效措施。

【关键词】高层建筑；深基坑；支护设计；施工控制；有效措施

Rise building deep excavation Design and Construction Control Measures

Yang Qiao-ling

（Weixian Housing and Construction Bureau Weixian Hebei 056800）

【Abstract】This article describes the design and construction support points to note rise building deep pit， analyzes support effective measures to control the design and construction of high-rise buildings deep foundation pit.

【Key words】High-rise buildings；Deep excavation；Supporting design；Construction control；Effective measures

基坑工程是建筑工程的一个重要组成部分，特别是深基坑工程施工的成败往往事关工程全局。深基坑施工的安全可靠，直接关系着高层建筑的安全性、稳定性和长久性。深基坑的支护工程要从支护的设计和施工两面着手，确保质量。良好的基坑支护施工技术，是整个工程施工顺利的前提与保证，是整个庞大工程的重要开端。因此，加强对建筑深基坑施工技术的认识与研究意义重大。

1. 高层建筑深基坑的支护设计和施工注意要点

1.1 支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当。

（1）深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度，但由于地质情况多变且十分复杂，要精确地计算土压力目前还十分困难，至今仍在采用库伦公式或朗肯公式。关于土体物理参数的选择是一个非常复杂的问题，尤其是在深基坑开挖后，含水率、内摩擦角和粘聚力三个参数是可变值，很难准确计算出支护结构的实际受力。

（2）在深基坑支护结构设计中，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影响。土力学试验数据表明：内磨擦角值相差5°，其产生的主动土压力不同；原土体的内凝聚力与开挖后土体的内凝聚力，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也有很大影响。

1.2 基坑土体的取样具有不完全性。在深基坑支护结构设计之前，必须对地基土层进行取样分析，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拱可靠的依据。一般在深基坑开挖区域内，按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，不可能钻孔过多。因此，所取得的土样具有一定的随机性和不完全性。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的地质情况。

1.3 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。深基坑边坡的失稳，常常以长边的居中位置发生。这足以说时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，这种平面应变假设是比较符合实际的，而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以，在未进行空间问题处理前而按平面应变假设设计时，支护结构要适当进行调整，以适应开挖空间效应的要求。

1.4 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，有的支护结构按极限平衡理论设计计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但有时却发生破坏；有的支护结构安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中却满足要求。极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计，而实际上开挖后的土体是一种动态平衡状态，也是一个土体逐渐松弛的过程，随着时间的增长，土体强度逐渐下降，并产生一定的变形。所以，在设计中必须充分考虑到这一点。

2. 高层建筑深基坑的支护设计和施工控制的有效措施

施工阶段是项目实施的关键阶段，建设单位工程管理人员应根据地质勘探资料和当地水文气候条件，结合当地深基坑工程施工的经验和条件，确定工程的关键项目，要求施工单位及时制定专项施工方案报监理机构审核，并强调要制定突发事件的应急预案。

2.1 深基坑工程的施工。深基坑工程包括挖土、挡土、围护、防水等环节，是一项复杂的系统工程，任何一个环节的失误都有可能导致施工失败，甚至造成事故。施工单位要严格按照施工规范、经批准的施工组织设计及相关的技术规范组织施工，对各施工要点要制定施工方案，并加强过程控制。例如，确定土方开挖方案时，应对地质勘察报告、周围建筑物及地下设施情况等信息进行分析，对特殊土质需精心组织施工，膨胀土地区不宜在雨季开挖，软土地区分层开挖的深度不宜太大。若挖土高差太大或挖土进度过快，极易改变土体原来的平衡状态，降低土体的抗剪强度，从而导致土体发生水平方向的滑移，造成坍塌事故，上海的“楼脆脆”事故就是挖土方案不合理，导致建筑主体整体倒塌的重大质量事故。

2.2 深基坑周围土体止水效果的控制。“水”是深基坑支护的大敌。在地下水位较高的地区，地下水对深基坑工程施工带来的危险程度是相当高的。地下水的来源一般为上层滞水、潜水、承压水、雨水及基坑周围的渗漏管道水，由于水的来源复杂，在制定止水方案时应从深基坑工程的防水、降水和排水3个方面考虑，根据地质勘察部门提供的地质资料，深入分析地下水的成因，了解深基坑周围环境，不能仅靠长时间不间断地抽水来降低地下水位，否则会导致基坑周围土体流失，周围建筑物不均匀沉陷，甚至发生坑底流沙、管涌等现象，增大了处理难度，拖延了工期。止水帷幕是高水位地区深基坑支护工程中常用的止水措施，其施工方法主要有高压喷射注浆法、浆喷深层搅拌法、粉喷深层搅拌法和压力注浆法等。采用浆喷深层搅拌法进行止水帷幕止水施工时，如果止水帷幕的搅拌桩成桩质量不好，深基坑开挖后会出现渗水较多的现象。若此时再采用灌浆的方法进行处理，则延误工期、增加造价。因此，在该类止水帷幕施工时要注意以下几点：

（1）保证桩体质量。确定合理的水泥浆掺加量，保证桩体搅拌均匀、桩长达到设计深度，避免桩头出现搅而无浆的情况，特别是在土层情况变异较大的地区，因搅拌桩的桩径不易控制，容易导致止水失效。

（2）保证桩的搭接长度和密实度，杜绝空洞、蜂窝及桩头开叉的现象。

（3）不得随意在基坑支护结构上开口，否则会影响支护结构的安全，也破坏了止水帷幕，导致地下水的渗入。

2.3 深基坑支护的信息化管理。

（1）深基坑施工的质量问题实质上是基坑的整体刚度和稳定性，即基坑支护结构是否会发生变形、是否会产生沉降及水平方向的位移或倾斜、支护结构是否有裂缝以及基坑底是否产生隆起和变形，若发生这些问题将导致基坑支护结构的失败。基坑支护结构信息化管理的主要手段，具体是要求施工单位安排专业监测人员或公司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，对比勘察、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。

（2）深基坑支护结构工程监测的主要内容有：支护结构顶部水平位移；支护结构沉降和裂缝；临近建筑物、道路的沉降、倾斜和裂缝；基坑底隆起的观测等。以上监测除每天进行目测之外，一般每8～10m设一个监测点，关键部位适当加密，开挖后每3～5d监测1次，位移大时应适当加密。

（3）观测结果要真实反映所测目标的动态趋势，并绘出变化曲线图，以传递险情前兆信息，找出险情发生的必要条件，如地质特性、支护结构、临近建筑物、地下设施等，结合相关的诱发条件，如气象条件、开挖施工、地下水变化等，根据基坑支护结构的稳定性计算结果进行科学决策，以排除险情。开挖较深的基坑时，还应测试支撑的内应力，当应力值达到设计值的90%（或支撑变形达10mm）时，要及时采取防范措施。另外，因现场施工情况复杂，监测点极易被破坏，要注意对监测点的保护。

2.4 突发事件的处理。建筑施工是一个投资大、周期长、参与人员多的过程，施工过程中会发生许多不可预见的事件。对于基坑支护结构的施工，更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，并会同勘察、设计、监理、施工等相关单位研究解决办法。

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[文章编号]1619-2737（2015）05-22-363