浅析深基坑支护的设计与施工

文/罗亮昭 广西城乡勘察设计有限公司 广西北海 536008

1、绪论

近些年来，在建筑行业当中高层建筑所占的比例呈现出了显著增加的态势，而这也促使了深基坑支护问题成为了施工过程中所不得不考虑的因素。从目前的实际情况阿里坎，深基坑以及支护的相关技术在世界范围内相对来说还是比较成熟的，随着科学技术的不断发展还陆续出现了很多全新的技术以及工艺等等。但是城市化进程的不断加快带来的一个问题就是相邻建筑物之间的距离比较小，有些建筑物的距离甚至在10米以内，而这种情况在一定程度上就会加大深基坑的施工困难程度。同时在对深基坑进行开挖的过程中对周围建筑物也将会产生比较大的影响例如不均匀沉降等问题，严重情况不仅会导致施工工期延长，同时还会使得施工的费用大大提高。另外目前采用的深基坑支护结构已经无法满足实际施工的需求，容易导致安全事故的发生，继而造成比较大的经济损失。通过以上的论述能够看到采取积极有效的措施对深基坑支护问题进行研究，不断的加强工程的可靠度对于提高建筑物整体质量将会起到十分大的帮助作用，相关施工人员必须给予高度的重视。

2、基坑支护方案的选择原则及要求

2.1 基坑支护方案的选择原则及要求

一般情况下在设计基坑支护方案的过程中也应当遵循一点的原则：其一就是要充分的满足基坑护坡的稳定性要求，这也是其的一个最为基本的原则，要保证深基坑的温度需求满足最终建筑物的使用需求以及国家相关规范的要求。其二就是要保证在土方进行开挖以及基础土建施工期间边坡的充分安全，在土方开挖的过程中由于机器对土体产生一定的扰动作用，因此必须采取有效的措施保证扰动对土体的要求。其三就是要不断的对护坡方案进行有效的优化，这种方式对于最大程度上的降低护坡成本将会起到十分大的帮助作用。最后一点语言则就是保证施工工序简单有效，尽最大可能性的缩短施工工期。

2.2 技术难点分析

而从技术难点分析的角度上来看则主要可以概括为以下几个方面：其一就是基层比较大，土质也比较差，对于一些大型深基坑来说，土层的上部分都是杂土，而土质书友中软地层，这种无论是土钉护坡还是护坡桩护坡都有着比较大的难度。其二就是在开挖的过程中存在着地下障碍物。随着我国城市规模的不断扩大，市政工程的数量也呈现出了逐渐扩大的趋势，地下各种废气管分布，人防地下障碍物的位置也存在着模糊的情况，因此这都会为地下深基坑开挖工作带来比较大的阻力。其三就是地下睡得存在。在很多工程当中槽深内部存在大量的上层滞水，随着在实际的施工的过程中会采取适当的措施进行降水，但是从实际效果上来看并不是十分的明显，产生这种情况的主要原因就是很多滞水都是来源于废弃的各种地下管线当中，但是对于地下管线的位置、走向以及其中所含有的水量都没有一个比较详细的了解，因此在实际施工的过程中就会出现坡面存在局部渗水的情况，这些情况也在一定程度上给深基坑支护工作带来比较大的不变。

2.3 基坑支护控制要点

从基坑支护控制要点的角度上来说必须要充分的将前期地质勘查工作重视起来，要对工程地质勘查报告进行有效的分析，了解基坑开挖地的地形、地貌以及地质的分布特点，要分析在基坑开挖的过程中可能出现边坡土体滑坡的各种可能性，对于影响边坡稳定性的关键地段、地层以及土质技术要做到充分的掌握。目前绝大多数的建筑物的前期勘察资料相对来说并不十分的详细，可能与项目所在地的实际情况有比较大的出入，因此这就需要在实际开挖的过程中要对地质情况进行有效的比对，对于勘察报告当中存在着的差异性比较大的情况要及时通过书面的方式告知相应的建设单位，之后建筑单位再将实际情况告知给勘察和涉及单位由其进行重新的勘察和核算，必要情况下还需要对施工组织设计进行有效的调整。

需要着重指出的一点就是施工组织设计方案需要由多个专家组成的专家组进行技术论证的相关工作，最终将设计工作交由给具有同等设计资质的设计单位。在进行深基坑支护的过程中应当尽可能的聘请一些具有丰富经验的专家对项目的施工方案进行评审工作，这种方式对于最大程度上的降低基坑支护风险，减少安全事故发生的概率将会起到十分大的帮助作用。在深基坑支护质量进行检查的过程中最为重要的一个方面就是对整个过程进行控制，一旦在这个过程中发现质量问题，必须在最短的时间内采取措施加以弥补。在施工正式开始之前相关的人员应当熟悉地质资料、设计图纸以及周围的环境，其中的降水系统要保证正常工作以及储备应急抢险排水系统，保证为施工工作的顺利实施提供充分的保证。同时在进行施工的过程中不应当随意的改变锚杆的位置、长度、型号以及数量等相关参数，保证支护工作的顺利完成。

3、深基坑支护施工中的问题及原因

我国深基坑支护施工的过程中仍然存在着比较多的问题，主要可以概括为以下几个方面：

3.1 支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当

其一就是支护结构设计中土体的物理力学参数存在着选择不当的情况。在实际设计的过程中深基坑是否安全在很大程度上受到其所承担的土压力大小的影响，但是在进行计算的过程中由于土质情况相对来说变化比较复杂，因此想要通过公式精确的计算出土体承受的压力相对来说还是比较困难的，目前比较常用的两个公式就是库伦公式以及朗肯公式。另外在对土体物理参数进行选择的过程中也是比较困难的，尤其是在土体开挖的过程中，其自身的含水率、内摩擦角以及粘聚力三个变量出现不断变化的过程中，因此很难精确的计算出支护结构可能需要承担的力的大小。在进行深基坑支护结构设计的过程中，如果选择的力学参数存在误差的话，对于最终的设计结果将会产生十分大的影响。很多研究在进行土力学实验的过程中发现不同土体的内摩擦角插值不同的话对于其产生主动土压力将会产生十分大的影响；而且之前土体的内凝聚力与开挖后土体的内凝聚力相对来说差别比较大。再加上在实际施工过程中施工工艺以及所采取的支护结构形式存在着不同，因此对土地的物理力学参数的选择也将会产生比较大的影响。

3.2 边坡的施工达不到要求

其二就是边坡的施工情况没有达到需求，一般情况下在实际施工的过程中都是通过相应的施工机械来完成的，在开挖到底端的时候就需要人工进行开挖，而这就导致了其受到人为因素的影响，对最终边坡的开挖质量产生一定的影响。而在开挖之后就需要进行挡土支护以及处喷的工序，但是在实际施工的过程中一些管理人员的工作并不具备相关的能力，所采取的技术工艺方面也没有达到国家相关标准的需求，在进行分层分阶段开挖的过程中存在着高度不统一的情况，再加上监理人员所作的工作不到位，导致无论是边坡的平整度还是顺制度都无法达到施工的要求。而在人工开挖的过程中一些比较精细化的要求是达不到的，只能进行一些要求比较低的工作，无法达到验收标准的要求，因此边坡施工达不到要求就会导致最终的支护出现问题。

3.3 基坑土体的取样具有不完全性

同时基坑土地的取样也存在着不完全性。在正式对深基坑支护结构进行设计的过程中为了能够保证最终的设计质量，必须对目标所在地的地基图层进行必要的取样分析，这种方式对于保证计算参数的准确性将会起到十分大的帮助作用，能够为后期支护结构的设计工作能够提供十分可靠的依据。一般情况下在取样的过程中都是由专业的技术人员按照国家相关规范的要求进行钻探取样的工作，但是绝大多数的施工单位为了降低钻探的工作量以及降低整体的造价都不会采集过多的样本，而这也就导致了最终计算的结果与实际情况可能出现偏差。

3.4 土层的挖掘和边坡的支护存在不协调的情况

在对土方以及挡土进行施工的过程中都是由专业的施工队伍进行完成的，在正常情况下，两项工作之间不存在冲突的情况，但是从实际施工经验上来看不同施工队伍之间不能做到充分的协调工作，很多单位为了能够实现利益的最大化会盲目的抢赶进度，但是这种施工方式就会导致之前所制定的施工顺利出现混乱的情况，如果建筑物所在地处于雨水高发地区的话，就会施工的整体进度产生影响，使得之后的相关工程无法正常的进行，这种情况不但导致了最终的施工质量受到比较大的影响，同时也将会使得最终的工期拖延。另外还需要着重指出的一点就是在施工的过程中将会出现比较多危险情况产生，导致安全问题的出现。

3.5 基坑开挖存在的空间效应考虑不周

从以往的实际勘测经验能够看出基坑周边向基坑内发生的水平位移呈现出的是中间大两边小的情况，而如果深基坑边坡出现失稳情况都是在长边的巨中位置发生，而这种情况也说明了深基坑开挖的整个过程是一种空间问题，但是在传统深基坑开挖的过程中都是将其看成是平面应变问题进行处理的。从力学的角度上来看当基坑的形状是长条状的时候这种平面应变假设与实际情况还是比较相符的，但是对于正方形或者一些长方形深基坑的话其与实际情况之间相差的还是比较大的。因此通过以上的论述能够清楚的看到如果在进行设计的过程中没有按照空间方式进行计算的话对于最终的支护结构作用将会产生比较大的影响，应当对其进行必要的调整，从而满足开挖空间效应的相关要求。

3.6 支护结构设计计算与实际受力不符

在进行支护结构设计的过程中所遵循的理论认为为极限平衡理论，但是在支护结构受力的过程中并不是向计算那样简单。从很多实际施工经验当中能够看出很多支护结构如果按照极限平衡理论设计计算得到的安全系数从理论的角度上来说是绝对安全的，但是却受到多种因素的影响而导致了安全事故的产生。而有的支护结构所存在的安全系数虽然比较小，但是最终得到的支护质量却是十分良好的，因此从中就能够看出在应用理论对支护结构进行审计的过程中也存在着与实际受力不符的情况出现。

3.7 部分施工达不到设计的需要

在进行深基坑支护的过程中一般情况下都会使用土钉以及锚杆进行相关的钻孔工作，而孔的深度也在5米左右，对于一些基坑深度更大的工程，深度甚至可以达到十几米，因此在钻孔的过程中所经过的土层也存在着差别，因此在进行钻孔的过程中必须要对土体的实际情况进行充分的了解，否则就会出现出渣不够彻底的情况发生，而这些剩余的残渣对于后期施工过程中将会产生十分大的影响，严重情况还会导致难以成孔或者是孔洞发生坍塌的情况发生，而这种情况也将会导致后期难以进行抽筋或者注浆的问题产生。同时在进行注浆的过程中配料也是比较随意的，很多时候由于施工人员的能力限制管子也会出现插入不到位的情况使得最终形成的压力不足，这些情况都会对注浆的效果产生影响，进而对工程的质量造成比较大的影响，严重情况还会出现返工问题的产生。

4、深基坑支护施工中问题的解决方法

通过以上的相关论述就能够清楚的看到目前在深基坑支护施工的过程中仍然存在着比较多的问题，必须采取有效的措施加以应对：

4.1 转变观念

从最近几年的实际情况来看对于深基坑支护的技术很多研究学者都已经进行了针对性的研究，也已经形成了一个较为系统的理论体系，对于土层物理性质发生变化之后支护结构受力的变化情况也有了比较深层次的研究，在加上科学技术的不断发展使得全新技术以及新工艺不断出现，但是需要清醒意识到的一个问题就是在实际施工的过程中理论与实际情况还存在着比较大的变化，如果不结合实际情况加以处理的话往往会导致最终的施工质量受到一定的影响，因此必须要注重实践，采取准确的施工方法进行施工。另外目前在进行土压力以及支护结构受力进行计算的过程中所使用的一些计算方法都是比较陈旧的方法，虽然已经进过了无数个实际工程的检验，但是已经逐渐的出现无法满足实际施工需要的情况出现，所计算出来的结果与实际情况相比存在着比较的差距，不但会给整个工程留下比较严重的安全隐患，同时也会造成浪费的情况。因此在进行设计的过程中要彻底的转变自身的观念，在目前已有的计算方法的基础上建立一个全新的体系，保证基坑支护工作的顺利完成。

4.2 科学选择深基坑支护结构

同时还需要着重注意的一点就是要结合深基坑的实际情况选择一种较为合理的深基坑支护结构，应当优先选择施工单位目前已有的较为成熟的施工技术，优先考虑工程基础桩相同类型桩作为自身基坑支护结构。而如果在实际施工的过程中采用的是钢筋混凝土灌注桩的话，则基坑支扩结构应当尽量的选用这种桩型，在对直径进行确定的过程中要尽可能的选择直径比较小的，这种方式能够在最大程度上降低施工机械的相关操作费用。同时当基坑的深度比较深而围护桩布置位置允许的情况下，应当尽量的使用两排支护桩，这种布置方式最终的力学性能比较理想，前后排桩以及桩顶圈梁能够形成一个较为理想的刚架结构，能够保证桩间土也能够参与到支护工作当中来，不断的改善围护桩的受力状况，这种方式对于减少桩的配筋数量也将会起到十分良好的帮助作用。

4.3 综合考虑多方面的因素影响

在进行深基坑支护的设计以及后期施工的过程中应当综合考虑工程地质、水文条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境、基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素，这些因素都将会导致深基坑支护的整体质量产生比较大的影响。在对深基坑进行支护的过程中施工控制的重点主要应当集中在基坑上部坑沿的稳定性、地面变形及地下水的控制、防止基坑周边隆起、管涌与流砂等险情，并要根据地质、环境因素的变化及时地调整支护方案。深基坑支护结果的最为主要的作用就是挡土，保证基坑在开挖以及基础施工的整个过程都能够得以比较顺利的完成，并其要保证在施工的过程中不会对临近建筑、公共设施以及周边环境不产生危害。从目前的实际情况来看国内比较常用的深基坑支护技术主要有地下连续墙排柱支护、水泥搅拌柱、土钉墙及复合土钉墙、喷锚网支护、逆作法与半逆作法施工、环形支护结构等等。在实际施工的过程中应当根据基坑深度以及地下水的实际情况结合综合考虑不同支护方式的优缺点，选择一种经济比较合理的施工组织设计。深基坑支护的基本要求：技术先进，结构简单，受力均匀可靠，保证基坑围护体系能够起到挡土作用，使基坑四周边坡保持稳定。确保基坑四周相邻建（构）筑物、地下管线、道路、高压线塔、低压输电线路等的安全，在基坑土方开挖及地下工程施工期间，不因基坑周围土体的变形、沉陷、坍塌及位移而发生事故。通过排水、降水、截水等措施，使基础施工在地下水位以上进行，既能经济上合理又能保证施工人员和设备安全。

4.4 合理安排工序以及工期

在实际施工的过程中要保证基坑支护施工应当与挖土的相关工作进行充分的配合，结合实际情况合理安排工序以及工期。要保证开挖的顺序以及所使用的方法能够与最终的设计结构保持一致，并严格遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，这种方式能够在最大程度上避免开挖过程中对原土体的扰动作用，要尽可能的减少基坑处于无支撑的暴露时间，进行对称开挖、均衡开挖，采取有效的措施利用土体自身在开挖过程中对位移的能力进行控制。基坑开挖过程中，应防止碰撞支护结构、工程桩或扰动基底原始土层。发生异常情况时，应立即停止挖土，并应立即查清原因和采取措施，方可继续挖土。

总结：

本文在研究的过程中对深基坑支护的设计与施工进行了针对性的研究，主要得到了以下几点结论：首先从在开挖基坑的过程中应当遵循一定的原则主要包括以下几点即满足深基坑护坡的稳定性要求、确保土方开挖及基础土建施工期间边坡的安全、优化护坡方案，尽量降低护坡成本以及施工工序简单有效，尽量缩短施工工期。其次从技术难点的角度进行分析能够看到主要存在着以下几点方面即基坑大土质差、地下障碍物的存在以及地下水的存在。再次从目前深基坑支护存在的问题上来看则可以概括为支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当、边坡的施工达不到要求、基坑土体的取样具有不完全性、土层的挖掘和边坡的支护存在不协调的情况、基坑开挖存在的空间效应考虑不周、支护结构设计计算与实际受力不符以及部分施工达不到设计的需要。最后为了能够有效的应对这些问题本文也针对性的提出了几点建议主要包括转变观念、科学选择深基坑支护结构以及综合考虑多方面的因素影响。希望通过本文的研究能够对我国深基坑支护今后的健康发展起到十分良好的帮助作用。路堑高边坡支护机理与效果[J].长安大学学报(自然科学版),2017,37(03):39-46.

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