超高层建筑深基坑支护设计优化

耿 城

(信阳农林学院 工商管理学院，河南 信阳 464000)



超高层建筑深基坑支护设计优化

耿 城

(信阳农林学院 工商管理学院，河南 信阳 464000)

随着我国经济的快速发展，国内建筑也逐渐向大型化方向发展，高层建筑的深基坑支护技术得到了前所未有的重视，且已成为当前高层建筑的主要施工方法。深基坑的支护技术可以保证高层建筑周边环境的安全，是一种可以支挡、加固的保护措施，任何高层建筑都需要具备良好的根基基础，只有具备了坚固的根基，高层建筑才可以不断平地而起。该文通过介绍超高层建筑深基坑支护工程存在的几点问题，指出了深基坑支护技术的具体实施方法。

超高层建筑；深基坑支护；设计优化

随着社会的快速发展，城市的超高层建筑也如雨后春笋般不断出现。由以往的工程实践可知，超高层建筑可以带来巨大的经济利益，从根本上减少市政机关的投资数额，同时，超高层建筑也具有层数多、施工难度大以及专业技术要求高等特点，需要极高的建筑设计要求与坚固的支护防护措施。作为高层建筑的复杂系统工程，深基坑支护的施工质量直接关系着高层建筑的整体水平。但深基坑支护仅是超高层建筑的临时工程，施工过程中往往得不到施工单位的充分重视，施工时只考虑如何节省建筑工程的投资额度，甚至通过减少施工工期降低工程的整体成本，完全不顾施工过程中的潜在风险，从而导致超高层建筑的深基坑施工过程中频繁发生安全事故。为了进一步保证建筑深基坑工程的安全性，施工单位必须引起高度重视，并积极研究探讨深基坑支护技术的改善方向。

1 深基坑支护技术的理论分析

1.1 影响深基坑支护技术的因素

超高层建筑的深基坑支护技术复杂繁琐，且涉及诸多影响因素，具体设计过程中应仔细辨别分析。总体而言，影响深基坑支护技术的因素主要可分为六种:一是环境因素，它主要指的是建筑周围设施、工程地质条件以及施工现场条件等，深基坑的施工现场多处于城市的中心区域，由于周围建筑具有密集的地下线路，因此需要进行垂直施工，并密切注意对周围设施的影响。同时，施工单位还应具体勘察场地的地质构造，分析岩土的物理参数，做到充分了解场地的地下水况，并根据土层的渗透规律检测承压水的水质、水压。除此之外，还应高度重视基坑周围的施工条件，主要包括场地的交通、行政情况,选择支护方案后引起的环境问题以及施工过程中的材料存放、车辆进出等情况。二是工程的主体因素，设计前应充分了解深基坑的支护概貌、规模、施工方式以及使用要求等。三是基坑的深度、宽度因素。四是深基坑结构的侧向载荷、地震载荷、地面超载等因素。五是深基坑支护技术适用范围以及施工场地的设备、技术现状。六是深基坑支护设计的相关材料依据，比如工程当地的基坑施工规范章程以及实际施工过程总结的诸多经验教训[1]。

1.2 深基坑支护技术遵循的原则

施工单位选择具体的深基坑支护技术时应遵循一定的原则标准，并全面考虑周围建筑的施工条件、地质现状以及工程期限等因素。首先便是安全性原则，建立深基坑支护结构时应全面考虑高层建筑的强度、变形要求，进而确保施工周围建筑环境的安全稳固[2]；其次是经济适用原则，在确保施工现场安全后，施工单位还应全面分析建筑的造价、工期以及环境保护等问题，通过比较分析，选择最优的经济实用型方案；最后是便利性，在保证深基坑技术安全、适用的前提下，还应考虑施工时的便利问题，通过改善施工现场条件，做到方便施工。

不同的建筑工程需要采取不同的深基坑支护方案，选择方案时应做到全面考虑，以便选取最为可行的施工方案。每一种施工方案都具备一定特点，有些侧重成本旨在省钱，有些侧重效率旨在缩短工期，有些侧重生态旨在保护环境等，这就要求施工单位根据实际工程选取最优的支护方案，从而强化方案本身的客观性与科学性。近年来，我国颁布了很多关于深基坑支护工程的规范文件，并对方案的选择做了原则性规定。例如，《建筑基坑支护技术规程》中要求支护结构应兼顾受力特点，并根据施工时的地质条件、施工设备选择方案： 锚拉式结构的支护架适用于较深的基坑；悬臂式结构的支护架适用于较浅的基坑；支护与主体结合的逆作结构则适用于周边环境较复杂的基坑。

2 深基坑支护存在问题及注意事项

2.1 工程存在的问题

高层建筑深基坑支护工程中，设计方案与施工技术尤为重要。为此，深基坑的施工过程应全面考虑周围的地理环境与土地条件，比如应切实确保基坑形状与结构的稳定，并时刻控制在合理范围之内。深基坑支护工程的关键在于基坑的稳固安全，只有保证技术的安全性才可以有效预防地面的变形问题。同时，深基坑的施工过程中也应根据施工现场的实际情况进行设计，并选择科学合理的设计方案以确保工程的安全性[3]。除此之外，超高层建筑深基坑的设计师也应具备过硬的专业素质与丰富的实践经验，设计时应采用最新的技术理念，并综合考虑不同的区域现状，最终得到一个实际可行的方案。

当前，多数的超高层建筑建立在城市市区，施工过程对环保的要求标准较高，选择基坑的支护体系时不仅应考虑工程中噪音震动情况，还应消除泥沙、废土对城市环境的影响。同时，高层建筑主要集中于城市的繁华区域，密集的建筑群也带来了分布杂乱的地下线道，施工时需要垂直下挖，还要全面考虑开挖后的潜在影响，很大程度上阻碍了深基坑支护工程的施工进程[4]。除此之外，施工工期较短且场地较小也是深基坑支护工程待解决的问题之一，具体施工过程中应密切注意施工场地的局限性，并做出科学合理的安排。

2.2 工程的注意事项

当前，超高层建筑的深基坑支护技术还存在着很多不足之处，我国并没有关于深基坑支护技术的精确算法，也没有严格统一的建筑设计规定章程，以往传统的设计理念无法在高层建筑中得到很好的应用。为此，高层建筑的设计师应摒弃以往固有的设计理念，根据实际的施工现状建立健全可行的设计理论，以便更好地适应当前高层建筑的深基坑支护工程。为了确保施工方案的合理应用，深基坑支护工程设计师在确定方案之前需要进行大量的实验研究，但目前我国并没有完整的深基坑支护技术体系，需要工程设计师亲临施工现场进行数据采集工作，并积极勘察当地的地质情况。同时，在设计深基坑支护实施方案的过程中还应选取一套科学合理的施工方案，根据实际现状确定施工现场，并在观察空间效应之后，全面考虑深基坑支护工程可能发生的潜在危险，从而确保施工过程的安全稳固。

3 深基坑支护技术结构

3.1 钢板桩支护

这种支护技术的施工过程相对简单且经济实惠，在超高层建筑的深基坑支护工程中得到了广泛应用。钢板桩支护技术属于连续支护，通常被用于基坑深度超过5 m的施工过程中，它主要以带锁口的热轧钢材为材料，将钢板集结起来形成钢板桩墙，此时的钢板桩截面为梯形结构，实施支护时应首先定位，而后利用打桩机打出第一个定位桩，然后放线扣介，形成基坑的有效防护系统，但这种技术噪音较大，施工时很可能会影响周围的居住环境，使用范围受到了一定限制[5]。

3.2 深层搅拌水泥土桩支护

这种支护技术使用的材料主要为水泥，然后利用进入土中深层的搅拌机对水泥进行强制性拌和，经过一定的物理化学反应后，水泥开始硬化、固化，最终形成可以挡水、挡土的支护结构。而对于黏土、淤泥等物质，只要在允许的深度范围内，这种支护技术都可以得到利用，且经济实惠投资较小。

3.3 地下连续墙支护

此种技术最大的特点便是整体刚性较大，可以用于地下水位以下的黏土复杂条件，实际施工过程中，需要将地下连续墙插入较深的地质土层。

3.4 柱列式排桩支护

这种支护技术主要通过柱列式的间隔形式布置钢筋混凝土，它的刚度较强，是一种灌注式的挡土结构。同时，这种支护方式造价较低、施工方便，但浇筑桩之间的联系并不紧密，因此需要进行大截面的连接连梁，还要进行高压注浆、设搅拌桩，这就导致了施工效率较差且施工速度较慢[6]。

3.5 土钉墙支护

此种支护技术需要便开挖便铺设，它主要通过喷射混凝土形成重力式的挡墙结构，但这种技术却不能用于未经人工降水处理的土层，主要被用于地下水之上或人工降水后的粘性土质。

4 超高层建筑深基坑支护施工的过程

4.1 施工前的准备工作

深基坑支护工程施工之前应做好设计、选择方案以及分包单位等充分的准备工作，建筑施工的首要前提便是设计工作，当前高层建筑的质量问题都与设计阶段有着密不可分的联系。因此，超高层建筑的设计师应高度重视施工前的设计工作，并指派具有工程实践经验的设计人员亲临场地进行勘察，获取有效的数据资料，而后在充分考虑周围建筑环境的基础上，设计出科学合理的施工计划[7]。完成设计工作后，设计师还应仔细考量设计方案，避免出现不必要的工作失误，而后仔细交代各种工作细节，准备进行施工。同时，施工中的监理工程师也应切实发挥自身作用，这主要是因为设计师提交方案之后，施工单位为了进一步节省成本而随意地改变其他施工方案；还有部分施工单位的方案并不细致，没有实际意义。因此，监理工程师应仔细审查设计方案，充分确保方案的合理可行。施工单位是工程的实际实施者，作为建筑工程的重点项目，监理工程师还应监督深基坑支护工程是否选择了经验丰富的施工单位。

4.2 支护技术的实施阶段

深基坑支护技术的施工过程主要分为施工准备、安装支护桩、施工锚杆以及开挖土方等四个阶段，施工前应严格确认基坑深度与场地的标准高度，仔细查看周围建筑物类型以及周边的道路情况，以防施工期间出现地质条件不符、场地布置不合理等问题。支护桩主要利用人工挖桩，并采用混凝土护壁，此过程需要进行严格控制清孔、钢筋笼的制作程序，以彻底确保成桩质量[8]。施工过程使用的锚杆是一种承拉杆件，当基坑挖至锚杆标高之后，便可以进行钻孔工作，制作锚头。直至达到注浆程序，再安装钢腰梁、钢垫板等设施，而后还要在施工现场进行锚杆试验，直至满足设计要求才可停止。土方开挖量大，很可能会影响周围居民的正常生活，因此需要采取分层开挖方式，开挖过程中还要根据检测结构适时控制挖土速度，一旦出现异常应立即停止[9]。

4.3 应对突发事故

超高层深基坑支护是一项繁琐复杂的工作，施工现场需要准备应急的材料设备，比如喷浆机、钢筋水泥以及沙袋等。一旦地面出现裂缝情况，工程人员应及时进行灌浆处理，防止渗入地表水；开挖土方时也应适当增多检测频率，土体位移一旦过大应立即停止挖土，并根据实际情况及时进行回埋，防止出现塌方现象；出现漏水情况应及时截断对应水源，并适当进行灌浆措施；挖至坑底时，如果土位移动过大，施工单位应改变原有的挖土顺序，利用跳挖方式分块开挖，还应加紧铺设垫层，根据实际工程情况进行配筋，并用砂包进行反压。

超高层建筑的深基坑支护工作具有很多潜在危险，任何事情都有可能发生，为此，施工单位应适度增加检测次数，根据检测数据适时分析支护设计方案。工程中任何环节出现问题都会引发巨大的经济损失，影响整体工程质量，为了避免不必要的伤亡事故，施工单位应制订安全可行的实施方案，充分做到以人为本，时刻将工人的利益放于首位[10]。同时，深基坑支护工程实施之前，还需要有阅历的设计单位制订出完整可行的设计计划，并交由专门的审查单位进行审批，施工过程中也应严格遵循审批通过的设计方案。施工过程中的降水、排水将直接影响着工程的安全性与经济性，以往多数的安全事件都与水有着直接或间接的联系，为此，施工单位还应出具一个科学可行的降排水计划，以充分确保降排水项目的工程效率。除此之外，施工过程中还应做好基坑土层的检测工作，仔细观测分析周边环境出现的种种变化，并做到及时反馈检测结果。

5 结束语

随着社会与科学技术的不断进步，深基坑支护技术也在诸多超高层建筑中得到了广泛应用，只有因地制宜，加强优化设计，才可以真正确保高层建筑的安全稳固。近年来，我国涌现了大批超高层建筑，基坑的深度与面积便越来越大，工程也逐渐趋于复杂，支护难度越来越大。为此，施工时应不断总结实践经验，建立健全的监测制度，确实做到信息施工，这样才可以不断提高深基坑技术的支护水平，从而从根本上提升我国超高层建筑的施工质量。

[1] 岳建勇,周 春,任 臻,等.超高层建筑地下主体结构与深基坑支护结构相结合的设计和实践[J].岩土工程学报,2006(12):1553～1554.

[2] 文均丽.超高层建筑地下主体结构与深基坑支护结构相结合的设计和分析[J].建设科技,2014(7):98～99.

[3] 杨志翠.建筑基坑支护结构的选型及其优化设计[D].太原：太原理工大学,2011.

[4] 贾淑明,陶炳芳.某高层建筑深基坑支护设计与施工[J].混凝土与水泥制品,2012(12):75～76.

[5] 段建立.高层建筑深基坑工程支护设计与施工技术分析探讨[J].四川建材,2009(2):224～225.

[6] 李慧娜.深基坑排桩内支撑支护体系优化设计方法及对周围环境影响研究[D]. 青岛：青岛理工大学,2009.

[7] 李益斌.高层建筑主体结构与深基坑支护结构相结合的设计[J].城市地理,2015(1):55～56.

[8] 方光秀,王少东,赵石范.高层建筑深基坑人工挖孔排桩支护结构的设计与施工[J].建筑技术，2014(3):249～250.

[9] 张长友.建筑深基坑支护施工技术的应用研究[J].价值工程,2012(8):57～58.

[10] 聂立鹏.深基坑支护结构优化方案设计[J].中华建设,2015(7):98～99.

2016-02-01；修改日期：2016-05-10

耿 城(1979-)，男，河南太康人，硕士，信阳农林学院讲师．

TU463

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1673-5781(2016)03-0384-04