建筑工程深基坑支护施工技术的研究

杨永清

【摘要】保证基坑支护结构安全工作，除必须有合理的设计外，还需施工的密切配合，严格按设计要求精心施工。施工全过程实际上是一个对支护结构施加荷载的全过程，任何超挖都使得支护结构超载工作，必然导致严重后果，因此，施工前严密组织，编制施工组织设计。本文从深基坑工程支护的主要内容分析，讲述了深基坑支护的类型，分析了深基坑支护存在的问题，并提出了基坑支护施工的安全技术和深基坑支护设计中的注意事项。

【关键词】深基 支护 施工 设计

一、深基坑工程支护的主要内容

1.岩土工程勘察与工程调查。确定岩土参数与地下水参数，测定临近建筑物、周围地下埋设物、城市道路等工程设施的工作现状、并对其随地层位移的限值作出分析。

2.支護结构设计。包括挡土墙围护结构、支撑体系以及土体加固等。支护结构设计必须与基坑工程的施工方案紧密结合，需要考虑的主要依据：当地经验、土地和地下水状况，四周环境安全所允许的地层变形限值，可提供的施工设施与施工场地，工期与造价等。

3.基坑开挖与支护的施工。包括土方工程、工程降水和工程的施工组织设计与实施。

4.地层位移预测与周边工程保护。地层位移取决于土体和支护结构的性能与地下水的变化，也取决与施工工序和施工过程，如预测的变形超过允许值，应修改支护结构设计与施工方案。必要时对周边的重要工程设施采取专门的保护或加固措施。

5.施工现场测量与监控。根据检测的数据和信息，必要时进行反馈设计，用信息化来指导下一步的施工。

二、深基坑支护的类型

1.按功能分常用的有，深基坑支护的类型

1.1挡土系统。常用的有钢板桩、钢筋混凝土桩、深层水泥搅拌桩、钻孔灌注桩、地下连续墙。其功能是形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力。

1.2挡水系统。常用的有深层水泥搅拌桩、旋喷桩、压密注浆、地下连续墙、锁扣钢板桩。其功能是阻挡坑外渗水。

1.3支撑系统。常用的有钢管与型钢内支撑、钢筋混凝土内支撑、钢与钢筋混凝土混合支撑。其功能是支撑围护结构侧力与限制围护结构位移。

2.常见的深基坑支护类型

2.1钢板桩支护。钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，把这种钢板桩互连接就形成钢板桩墙，被广泛应用于挡土和挡水。但是钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大，因此在人口密集，建筑密集很大的地区，其使用常常会受到限制，而且钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于7m时不宜采用。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出时对周围地基土和表层土的影响。

2.2深层搅拌支护。深层搅拌支护是利用水泥作为固化剂，采用机械搅拌，将固化剂和软土剂强制拌和，使固化剂和软土剂之间产生一系列物理化学反应逐步硬化，形成具有整体性、稳定性和一定强度的水泥土撞墙，作为支护结构。适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、素填土等土层，基坑开挖深度不大于6m。

2.3排桩支护。排桩支护是指柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间的联系差必须在桩顶浇筑较大截面的钢筋混凝土冒梁加以可靠连接。为了防止地下水并夹带土体颗粒从桩间空隙流入（渗入）坑内，应同时在桩间或桩背采用高压注浆，设置深层搅拌桩，旋喷桩等措施，或在桩后专门构筑防水帷幕。排桩支护可分为悬臂式或支锚式又分单点支锚和多点支锚。大多数情况下，悬臂式列桩适用于三级基坑，支锚式柱列桩适合与一、二级基坑工程。

2.4土钉支护。土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术、由于经济、可靠且施工快速简便、已在我国得到迅速推广和应用。土钉支护的使用要求土体具有临时自稳能力，以便给出一定时间施工土钉墙，因此对土钉墙适用的地质条件应加以限制。

2.5地下连续墙。地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的防水防渗效果，适用于地下水位一下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深度软土需将墙体插入很深的情况，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用并且随着技术的饿发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，可较好地控制软土地层的变形。在基坑深（一般h>10）、周围环境保护要求高的工程中，经技术经济比较后多采用此技术。但是地下连续墙的坚硬土体中开挖成槽会有较大的困难，尤其是遇到岩层需要特殊的成槽机具，施工费用较高。

在施工中泥浆污染施工现场，造成场地泥泞不堪。目前采用的逆作法施工使得两墙合一，既施工时用作围护结构，同时又是地下结构的外墙。逆作法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场地四周临近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而招到破坏、为此在基坑施工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用能力（即利用地下结构自身的桩、柱、板作为支撑，同时可省去内部支撑体系），减少支护结构变形，降低造价并缩短工期，是推广应用的新技术之一。除现场浇筑的地下连续墙外，我国还进行了预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙的研究和试用。

三、深基坑支护存在的问题

1.支护结构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。

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。土力学实验数据表明：内摩擦角值相差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。

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，已取得土体比较合理的物理力学指标，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。

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使中间大两边小。深基坑边坡的失稳，常常以长边的居中位置发生，这是已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。

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扔基于极限平衡理论，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。

四、基坑支护施工的安全技术

保证基坑支护结构安全工作，除必须有合理的设计外，还需施工的密切配合，严格按设计要求精心施工。施工全过程实际上是一个对支护结构施加荷载的全过程，任何超挖都使得支护结构超载工作，必然导致严重后果，因此，施工前严密组织，编制施工组织设计。

1.基坑土方开挖应在降水排水施工完成且运转正常达到预期要求后方可进行。基坑周围地面应采取防水、排水措施，避免地表渗入基坑周围土体和流入坑内。坑内应设置排水沟和集水井，及时抽除积水。

2.基坑开挖应连续施工，尽量减少无支护暴露时间，开挖必须遵循“自上而下，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。利用锚杆做支护结构时，应按设计要求，及时进行锚杆施工，而且必须代锚杆张拉锁定后方可进行下一步开挖。

3.坑边不宜堆放土方和建筑材料，如不可避免时，一般应距坑基上部边缘不小于2m，弃土堆高不超过1.5m，并且不超设计荷载值。在垂直的坑壁边距离还应适当增大，软土地区不宜在坑边堆置弃土。当重型机构在坑边作业时，应设置专门的平台或深基础等。同时，应限制或隔离坑顶周围震动荷载的作用。

4.基坑挖土时，要做好挖土机械、车辆的通道布置，安排好挖土顺序等，不得在挖土过程中碰撞围护结构。并做好机械上下基坑坡道部位的支护。

5.采用机械开挖时，为保证基坑土体的原状结构，应预留150～300mm原土层，由人工挖掘修整。基坑開挖完毕后，应及时清底超挖，应用素混凝土回填或夯实回填，使基地承载性能达到设计要求。

五、深基坑支护设计中的注意事项

1.彻底转变传统的实际理念。对于深基坑支护结构的设计，国内外至今尚没有一种精准的计算方法，多数是处于摸索和探讨阶段，我国也没有统一的支护结构设计规范。土压力分布还按库伦或郎肯理论确定，支护桩仍用“等值梁法”进行计算。其计算结果与深基坑支护结构的实际受力悬殊较大，既不安全也不经济。由此可见，深基坑支护结构的实际不应才采用传统的“结构荷载法”，而应彻底改变传统的设计观念，逐步建立以施工检测为主导的信息反馈动态设计体系。这使设计人员需要加强科研攻关的方向。

2.建立变形控制的新的工程设计方法。目前，设计人员用的极限平衡原理是一种简便实用的厂用设计方法，其计算结果具重要的参考价值。但是，将这种设计方法用于深基坑支护结构，只能单纯满足支护结构的强度要求，而不能保证支护结构的刚度。众多工程事故就是因为支护结构产生过大的变形而造成的。鉴于上述实际，在建立新的变形控制设计法时，应着重研究支护结构变形控制的标准、空间效应转化为平面应变和地面超载的确定及其对支护结构的影响等问题。

3.大力开展支护结构的实验研究。开展支护结构的实验研究（包括实验室模拟实验和工程现场试验），虽然要耗费部分资金，但由于深基坑支护工程投资巨大，如经过科学实验再进行设计时，行定会节省可观的经费。因此，工程现场试验是非常必要的。通过工程时间积累大量的测试数据，可对同类工程的成功打好基础，为理论研究和建立新的计算方法提供可靠的第一手资料。

参考文献：

[1]黄 澄 深基坑支护施工技术在建筑工程施工中的应用[J] 房地产导刊 2014（34）

[2]赵钦竹 土建基础施工中深基坑支护施工技术的应用探析[J] 商品与质量 2014（8）

[3]陆佰鑫 浅析建筑工程中的深基坑支护施工技术[J] 科技资讯 2011（15）