岩土工程勘察中深基坑支护技术的关键点分析

王永红

（苏州市建筑勘察院有限责任公司，江苏 苏州 215002）

上个世纪的四十年代，在一些国家的基础建设领域开始出现深基坑的概念。随着施工技术的不断发展，基坑工程在整个施工过程中占有相当重要的地位，尤其是深基坑支护技术在整个深基坑施工技术中更是重中之重，是保障施工质量的基础。随着我国经济的的快速发展，各项基础设施建设也越来越多，土地资源也日益紧张。为了提高建设用地的使用率，建筑物的地下空间就需要得到更加充分的利用，因此对于深基坑工程技术的要求也越来越高。除此之外，在岩土工程勘察中深基坑施工技术也得到了广泛的应用。面对日益复杂的施工环境，深基坑支护的安全性与可靠性也面临着严峻考验。深基坑支护施工需要复杂的专业技术，在对深基坑进行土方开挖的过程中，由于深基坑支护的结构会发生变化，从而导致基坑内部及外部的土体结构发生变化。进而导致各类的施工事故，造成巨大的经济与社会影响。因此在兼顾经济性与安全性的前提下，制定合理的深基坑支护方案，并根据深基坑的施工环境选择适当的施工技术与评价方法是深基坑支护技术的发展方向[1]。

1 岩土工程勘察中深基坑支护技术特点

深基坑支护工程一般是指开挖深度达到五米或五米以上，地下室层数为三层以上的基坑土方支护工程。基坑土方开挖、支护、降水工程。部分工程的开挖深度虽然未到5m，但由于施工条件十分复杂，其也可以视为深基坑支护工程。目前我国的深基坑支护工程的工程开挖深度越来越深，随着基坑的深度的加大，对于相关设计与施工的要求也就更高。另外由于深基坑工程与周边建筑物的距离越来越近，在施工过程中一旦出现设计或施工问题，势必会对周边的建筑物产生影响，从而导致更大的损失。另外基坑不但在深度上逐渐加大，基坑的施工规模也越来越大。面对尺寸较大的基坑，对于其支护结构的设计与施工的要求也相对较高。如何布置支撑系统、如何控制围护墙的移动以及如何避免基坑底部的隆起等，都需要进行考虑。最后，由于各类基础设施和其他工程项目越来越多，基坑施工的场地也越来越小，这就提高了施工的难度。只有对施工资源进行高度的整合，才能使施工项目顺利进行。

目前，由于深基坑工程的设计与施工问题引起的工程事故有许多，其发生事故的原因也是多种多样的。首先深基坑工程在施工过程中会对周围的土体产生一定的扰动，从而造成周围土壤的不均匀下沉。例如基坑墙体的移动，基坑底部回弹与隆起，抽水引起的砂土损失等等都是造成土壤的不均匀下沉的原因。此外在施工过程中深基坑支护体系的破坏也会造成各类事故的发生。较为常见的深基坑支护体系的破坏包括基坑围护的断裂、基坑围护失稳、踢脚线损坏以及内支撑稳定性的破坏等等。在施工过程中的强降雨和土体渗透造成的坑壁流土、坑底突涌和管涌等，也会造成基坑工程的破坏。严重的降雨还会导致基坑附近的回填散土产生不均与沉陷，引起管网中的水直冲基坑边坡，护桩和挡土墙发生垮塌。最后由于对工程和施工情况的复杂性认识不够，导致设计与施工难以形成统一，也会导致严重的施工事故。这点对于岩土工程勘察过程中更加常见，对于膨胀地质情况认识不清而造成的计算模型和参数的选取错误，以及在深基坑开挖过程中土体沿未探明的软弱夹层或不利结构面产生破坏等都是由于设计与施工的不统一造成的[2]。

2 岩土工程勘察中常见的深基坑支护技术

2.1 放坡开挖技术

放坡开挖技术是指在施工过程中不设置保护结构，直接在放坡的范围内进行施工的技术。该技术仅适用于特定的施工环境，当施工地点较为空旷且施工地的土质较好时比较适合使用该种方法。在实际的深基坑开挖时，一般需要采用多级放坡的方法。在多级放坡时，需要逐级计算多级边坡的稳定性与安全性。放坡开挖的施工比较简便，施工工期短且施工成本低，可在无任何障碍的情况下进行施工。但是在具体的施工过程中需要对放坡的坡面进行防水保护，防止坡面出现滑坡的现象，同时需要避免因为降水所导致的边坡强度下降问题。

2.2 内支撑支护技术

内支撑支护技术包括内支撑和挡土结构两个部分，利用挡土结构来承受基坑内部来自侧向的压力，利用挡土结构的强度防止基坑内出现坍塌问题。由于基坑内部土体与挡土结构形成一个受力整体，因此其可以保持基坑的完整，确保工工的顺利进行。这种技术的适用范围非常，可以应用于不同土质的工程施工中。同时该技术对基坑形变的控制极为严格，从而确保了基坑开挖过程中的安全性。但是该技术的施工工期较长，施工结束后对于内支撑拆除的工作量较大。另外由于内支护结构需占用空间大，因此在设计阶段，需要对其布置进行综合考虑[3]。

2.3 连续墙技术

地下连续墙技术首先需要依据实地测量情况，沿着基坑周围划定好不同的沟槽，然后对沟槽进行开挖，形成长约5m的一字型槽段。根据具体的施工情况对沟槽侧壁进行加固形成连续的墙体，也就是连续墙。连续墙技术安全可靠，同时对周边环境的破坏较小。该技术适用于大多数土质，但是当土层中夹有坚硬石块时，就会导致开挖效率降低。

2.4 拉锚支护技术

拉锚支护由基坑支护和拉锚固定两个部分组成。其中基坑支护采用之前介绍过的几种支护结构，而拉锚固定可以选择分为地面拉锚或锚杆进行固定。地面拉锚由于需要设置锚桩和锚固物，因此在设置时需要有充足的施工场地，这点也限制了地面拉锚得应用范围。而锚杆则需要地基提供一定的锚固力，因此锚杆支护结构适用于较密实和坚硬土层，在软土层使用时需慎重。拉锚支护的优点是其可靠性较高，便于施工且施工成本低。

2.5 排桩支护技术

排桩支护技术是在基坑周围以规定的形式设置多个桩体，通过桩体的特殊分布规律形成排桩形式的基坑支护结构。排桩支护技术主要针对施工过程由于施工空间的限制而无法使用其他支护结构的情况。该技术适用性极强，当开挖深度在5m~10m时且基坑侧壁的安全等级符合要求的情况下可以使用。排桩支护所使用的桩体的类型有许多种，其排列方式也可以分为柱列式、连续式以及多种形式组合排列等等。

2.6 土钉墙支护技术

土钉墙支护结构是一种利用基坑内土体进行加固的支护结构。该支护技术的结构包括土体、土钉和混凝土面层组成。在实际施工中将土钉打入基坑边坡的土体中，土钉与土体通过结合加固，保证边坡的稳定。由于这种方法施工简便，质量控制相对容易，土钉墙支护技术被广泛使用。特别是对于那些临时设置的支护结构，选用土钉墙支护技术比较适合。对于在地下水位以上或密实度较好的土层选择土钉墙支护，可以充分发挥其施工简便、施工的特点。

2.7 重力墙支护技术

重力墙支护技术通过利用搅拌桩与土体之间的搅拌加固，在固定土体的同时，形成柱状加固土，进而形成重力支护结构。其主要利用自身的重力来维持支护所承受的压力，保持基坑的稳定性。重力墙支护技术通常用于基坑深度小于5m的工程施工中。重力墙的稳定性是靠墙体的摩擦阻力、墙体的重力以及开挖面下方土体的被动压力，其能同时能保证围护结构的整体性、抗倾覆性、抗滑移性等等。重力墙在施工过程中时不会对无侧土体产生压力，且对周边环境影响小。同时重力墙在具备支护功能的同时还具备止水效果。但是这种支护结构并不设置支撑，会产生较大的形变。

2.8 钢板桩支护技术

钢板桩支护主要是使用钢结构桩体，利用其特性对土体进行固定与保护，支护的同时兼具挡水效果。钢板桩支护结构可以用于土质较软，且基坑深度在八米的范围内的施工项目中。钢板桩支护结构中的钢板在施工结束之后可从土体中去出，并进行循环与重复利用，降低施工成本。但是在施工进行中，需要考虑钢板对与施工地基与地表土壤的影响。另外这种技术会产生较大的噪声量，对附近居民的生活造成影响。

2.9 复合支护结构

由于岩土工程勘察中面对的工程施工比较复杂，单一的基坑支护技术难以满足施工的实际要求。为了选择合理的基坑支护结构、保证施工安全，越来越多的工程项目选择使用两种或两种以上的支护结构组合，组成复合支护结构。选择复合支护结构，可以充分发挥各支护结构的优点，从而在基坑内形成一种新的支护结构体系。

3 岩土工程勘察中深基坑支护技术分析

3.1 土压计算分析

作用在基坑支护上的负荷主要为土压力，在深基坑土方开挖过程中需要精确地预估基坑支护所承受的土压负载值，这对基坑支护的设计与施工具有重大的意义。土压是指作用在挡土墙后的土体在其自重或外加负荷的作用下，对于墙体作用从而产生的压力。由于土压是深基坑支护的主要负荷，因此在基坑的设计中对于土的力学性质、土压力大小、方向和作用点等因素都要纳入考虑之中。跟据土压的大小与分布的规律，以及对墙体位移的影响可以将土压分为主动土压、静止土压和被动土压三种。在工程实际中，通常利用库仑土压力和朗肯土压力两种理论对土压力进行计算分析。

3.2 深基坑支护的设计分析

目前，静力平衡法是应用较为普遍的一种计算深基坑稳定性的方法。该方法根据作用在挡土墙前、后土压力的不同，将土压分为主动土压力和被动土压力两种，并对不同土压分别进行分析。该方法在结构设计的计算过程中所需要的假定条件较简单，但是当支护结构各参数发生变化时，其计算结果难以做到准确。另外在计算支护结构的变形以及内力的过程中，弹性抗力法也被广泛的使用。弹性抗力法是一种经过优化的分析方法，其不仅完善了静力平衡法中的不足之处，而且还改进了其他算法中无法进行挡墙内侧被动土压力计算的不足，使得支护结构的设计更加的科学性和合理性。最后，随着电子信息技术的不断发展，有限元分析法凭借着多样灵活的特点得到广泛的推广。有限元分析法利用计算机够将实际工程项目进行模拟，通过计算机准确的分析各项影响深基坑支护的因素，同时将支护与土体进行离散分析，较精确地反映出二者之间的关系，最终通过有限元方程式得以实现。这是一种能解决在实际基坑支护工程中产生各类问题的有效方法[4,5]。

4 结语

近年来，随着我国在岩土工程勘察领域的施工技术的发展，相关施工经验的不断丰富，研究人员和相关从业者对于深基坑支护技术的理解也上升到了一个新的高度，也获得了许多的研究成果。但是由于我国开展相关技术的研究起步较晚，目前仍有许多重要问题和技术难点需要解决。对于深基坑支护技术的基础设计、算法优化、参数选择和评价方式等方面的研究仍然比较欠缺。对于如何实现勘察信息及时反馈到基坑的施工与监测中，以及建立综合施工难度、施工成本和施工工期等多个角度的深基坑支护评价体系，仍是该领域的研究重点。因此为了避免由于深基坑支护技术中存在的缺陷而导致的工程事故，相关的研究人员以及从业者还要持续的投入到深基坑支护技术的研究中。为今后的工程施工实践提供可靠的理论依据，确保施工过程的顺利进行。