土木工程房屋建设中深基坑支护技术的应用研究

龚关

（广西旅发南国体育建设投资有限公司， 广西 南宁 530000）

1 深基坑支护技术概述

深基坑工程是一项复杂的系统性工作， 它涉及面广， 影响因素多， 所以应该综合考虑周边环境条件、 场地自然条件、 主体结构特征、 施工条件等诸多不利因素， 并针对具体情况选择相应的支护手段。当前常见的支护形式有桩锚支护、 板墙支护、 箱型梁支护、 地下连续墙支护、 钢支撑支护等几大类。每一种支护形式都有各自适用范围， 可根据实际需要灵活运用， 但无论何种支护形式， 均属于被动受力状态， 只能解决承载问题而不能解决变形与稳定问题。 由此看出， 基坑支护的安全度主要依赖于基坑本身的强度， 如果支护结构存在先天缺陷（如位移超限）， 则会导致整个支护结构丧失稳定性， 造成严重后果。 所以说， 确保基坑支护的安全度关键还得靠提高基坑本身的强度。

基坑支护材料： 从总体上讲， 现代基坑支护技术已经比较完善， 国外的许多公司也拥有专门研究基坑支护技术的机构， 其推出了很多新产品。 我国的一些科研单位和厂家也陆续开发了一批优质产品，使得基坑支护技术更趋向于实用化。 基坑监测： 在基坑支护过程中， 通过信息反馈指导基坑施工， 检验基坑施工质量， 分析基坑变形规律， 评价基坑支护效果。 基坑支护结构计算： 包括荷载组合、 内力计算、 沉降计算、 抗滑稳定计算、 水平位移计算、倾覆稳定计算等[1]。

2 土木工程房屋建设中深基坑支护技术的重要性

随着我国经济的飞速发展， 城市化进程加快。在这样的背景下， 各个大型项目相继开始兴建， 其中包括了许多重要场所， 例如： 商业区、 居民住宅小区等。 而为了确保安全施工和降低成本， 就需要采取科学合理的措施来防止事故发生， 因此， 深基坑支护技术应运而生。 由于当前部分地质条件较差，无法达到施工标准或者规范， 导致现浇混凝土结构出现裂缝甚至坍塌； 同时还可能引起邻近建筑物及道路等损害， 严重威胁周边群众的正常生活与社会稳定。

土木工程房屋建设中深基坑支护技术是一种能够有效地保证周围环境不受到破坏， 并且使得整体性更强的方式。 它主要针对的是那些具备一定承载力以及抗变形能力， 但是却难以满足设计要求的软弱岩层或者淤泥质黏土层， 从而实现良好的施工效果。 通过深基坑支护技术， 将已知条件下的地面荷载传递给未知条件下的天然地基， 从而最终改善地基状态， 提高地基承载力。 深基坑支护技术作用机制非常复杂， 涉及很多专业领域， 例如： 土壤固结理论、 桩土共同作用原理、 锚杆静压桩原理、 钢筋混凝土灌注桩原理等， 利用这些先进的技术手段，才能让深基坑支护技术获得广泛推广。 深基坑支护技术可以保证施工人员和周围居民生命财产安全。众所周知， 无论哪种类型的基坑都存在较高风险系数， 尤其是当采取降水措施时更容易受雨季影响诱发坍塌等意外情况。 此时若没有科学完善的防治手段便会给社会带来巨大损失甚至危及群众生命， 相反， 倘若通过科学合理的基坑支护技术则可以避免上述情况的发生。 比如对于软弱地层或淤泥质土等复杂地形区域内的基坑， 常见的做法是加固地表并且打入钢板桩， 虽然前期投资费用增加了些， 但后续维修费用却极低。 再比如， 近年来兴起的逆作法施工技术即先从地下向地面建筑物顶部浇注混凝土柱体， 待达到一定强度之后再把底部挖空， 继而回填混凝土柱体。 这样既节省了材料又缩短了工期，同时还提升了整体抗震性能[2]。

3 土木工程房屋建设中深基坑支护技术的应用

3.1 深层搅拌桩支护技术

深层搅拌桩支护技术是一种新型、 高效、 节能和环保的基坑工程施工方法， 它主要通过向地基内注入水泥浆液， 使得原本松散的土体固结成具有整体性、 连续性和承载力较强的复合地基， 从而达到降低地基沉降量并控制地基变形的目的。 深层搅拌桩支护技术是利用钻机等动力装置带动钻杆转动，同时把混凝土或者砂石等材料送至孔底， 然后再由潜水泵或者泥浆泵抽出， 最终完成成桩作业。 这样一个循环周期之后， 便可以实现对软弱地基的处理。该项技术适用于淤泥质粘土、 粉土、 饱和黄土、 素填土及杂填土等各类地基[3]。

深层搅拌桩支护技术优点： 减少基坑开挖范围、缩短施工工期、 节约劳动力资源、 防止邻近建筑物产生附加沉降、 改善场地条件， 提高场地利用率、无噪音污染、 占地少且造价低廉。 深层搅拌桩支护技术也存在许多缺陷： 影响正常施工、 容易引起流砂问题、 稳定性差；、 抗拔桩端阻力小、 对上部结构产生扰动。 总的来说， 深层搅拌桩支护技术是一种比较好的基坑工程施工方式， 但仍旧存在很多局限性， 如果想让其发挥更大的功效， 还需要相关人员根据当前情况予以创新， 只有这样才能够真正满足社会发展需求。 技术特点： 属刚柔耦合系数较大的支挡结构； 自身重量轻， 运输、 吊装都非常方便；单位面积荷载分布均匀， 侧壁摩擦力较大， 适宜于地下水位较高的地区； 桩间距可调， 灵活性大； 桩长受地质条件限制， 尤其是超长桩。 适用范围： 已建建筑物地基、 拟建建筑物地基、 桥梁墩台地基。

3.2 旋挖钻孔桩施工

孔灌注桩作为一种新型的基坑支护结构体系得到了迅速推广与普及。 旋挖钻孔桩施工技术是利用钻机在地面上将钻杆垂直放入土层中成孔后， 再用泥浆泵将泥浆压送至钻头底部， 并在喷嘴处形成高压冲击力， 从而带动钢筋笼在土层中旋转切削破碎岩石， 最终形成桩孔， 然后在清渣之后把混凝土浇筑入桩孔中即可完成整个施工流程。 旋挖钻孔灌注桩具备如下特点： 施工效率较高； 施工质量好且安全性强； 适合复杂环境条件下施工； 便于实现信息化管理控制； 节约资源消耗。 目前， 旋挖钻孔灌注桩技术在土木工程房屋建设中被广泛采纳， 尤其是旋挖钻孔灌注桩施工技术更加受到重视。 但是， 由于其属于一种新兴技术， 所以还存在许多待改善和完善的缺陷。 比如说， 施工人员对旋挖钻孔灌注桩施工技术认识不够充分， 造成施工准备不足， 影响施工进度； 旋挖钻孔灌注桩施工操作难度大， 容易引起坍塌事故； 另外， 由于施工周期长， 相关配套材料供给困难， 导致生产成本偏高， 也会严重阻碍该技术的快速发展。 针对以上几个常见的问题， 总结有以下几点建议： 首先， 各级领导必须正确看待旋挖钻孔灌注桩施工技术， 积极组织相关单位学习培训， 让技术人员熟练掌握施工技巧， 同时， 做好相关政策补贴申请工作， 鼓励企业购买专门的施工设备， 帮助他们降低运营成本， 减轻财务负担。 其次， 应定期召集参与旋挖钻孔灌注桩施工技术的施工队伍进行座谈， 共同商讨解决办法， 尽量避免施工意外发生[4]。

3.3 灌注桩支护技术

灌注桩支护技术是指在基坑开挖过程中采用钻孔、 成孔和安放钢筋笼等工序将混凝土浇筑于基坑底部， 从而形成整体式结构， 并且其抗压强度可达到甚至超过混凝土自身强度标准值的一种基坑支护手段。 目前该项技术已经被广泛使用于高层建筑群体当中， 同时也逐渐取代传统的围护墙壁， 具有良好的实际效果。 深基坑支护技术应用灌注桩支护技术在房屋建设中得到了广泛的运用， 针对软弱粘性土层或砂卵石层中的基础部位， 需先做置换处理后再行施工。 1） “钢板桩” 法， 即将钢板桩打入至预计标高后， 利用千斤顶逐段拔除钢板桩， 最终达到施工目的， 该方案适合于黏性土层或砂卵石层中的基础埋深小于3m的情况下； 2） “振冲碎石桩” 法，即向孔内投入一定数量的碎石（粒径约10mm）， 然后利用机械振动的方式破坏土颗粒之间的联系， 从而改善土的力学强度指标， 然后再将碎石抽走， 从而形成新的复合地基， 但该方案仅能够用于粉土和粉质黏土层中的基础埋深小于5m的场合； 3） “旋喷桩” 法， 即将旋喷管插入钻孔内， 然后在压缩空气的驱动下将水泥浆液由喷嘴射出， 充满整个钻孔空间， 最后借助于混凝土自身的流动性将岩土材料带离原位。 该方案主要用于砂砾石层中的基础埋深超过5m的场合； 4） “夯扩桩” 法， 即在干硬性的岩土中直接夯实桩端， 从而达到增强桩侧摩阻力的效果， 然后再往桩孔里填入一定厚度的细沙， 待其固结后就完成了桩基础的施工； 5） “锚杆静压桩”法， 即在锚索上焊接若干根螺纹钢筋， 当它受到拉力时便伸长， 反之则收缩， 从而将土层挤密， 达到止水防渗的功效； 6） “树根桩” 法， 即把大口径的木桩打入到坚硬的岩石中， 然后沿着桩轴线方向均匀布置许多小口径的圆木桩， 从而构成了一个连续的桩排[5]。

3.4 下导管施工技术

下导管施工技术是一种新型支护方法， 它可有效减少基坑变形量， 确保边坡及基底的整体性和稳定性； 同时还能够防止软弱土层出现坍塌情况， 具有很好的抗震功能。 目前该项技术主要被广泛运用于建筑领域之中， 并且得到了业内专家学者的认可。但是作为一种先进的支护手段， 必须充分考虑当地自然条件、 气候特点以及周围环境等诸多影响因素，才能真正实现良好的社会价值。

1） 成孔设备： 在基坑开挖前期应用水力冲击钻机或潜水泵配合泥浆泵对深基坑周围进行降水处理，直至地表沉降小于20mm； 2） 钢筋笼制作： 待桩身混凝土强度达到设计强度的70%后， 即可通知监理单位组织验收， 若符合规范要求则浇注第二节钢筋笼； 3） 混凝土灌注： 钢筋笼绑扎完毕后， 立即向钢筋笼内注入清洁的河砂， 再按照12 ～14 根/m的数量插入导管； 4） 振捣： 灌注砼时， 严格控制砼的配合比、 坍落度以及拌和时间； 5） 拔管： 拔管速度视混凝土灌注密实度而定， 一般控制在2min 左右； 6）养护： 拆模后， 对混凝土表面覆盖草袋洒水养护，并做好记录， 测量放线： 在基坑四周挂设水平标尺，利用水准仪测量出开挖线， 并引至槽底部， 用红油漆画出； 7） 验收签字： 检查基坑的轴线偏差、 宽度、 长度等指标均满足设计图纸要求后， 请总监理工程师审批验收， 并办理交接手续。

3.5 地下连续墙支护技术

地下连续墙支护技术是一种新型、 高效、 安全可靠和环保节能的基坑支护方法， 由三部分组成： 即钻孔灌注桩（或称“护壁桩”）、 水泥搅拌桩（CFB） 与钢板桩等。 该项技术具有适应性强、 施工速度快、造价低廉、 质量易控制、 无振动噪音、 防渗止水效果好等优点， 并且在软弱地层条件下同样适用。 目前， 地下连续墙已被广泛应用到许多领域当中， 如港口码头、 铁路公路桥梁、 地下商业街、 地下停车库、 电厂冷却塔底板、 污水处理池等各类基础工程的围护结构中。 地下连续墙作为一种新兴的支护手段， 越来越受到世界范围内学者们的青睐。 地下连续墙是指在软弱土层中沿基坑四周或一侧开挖深度较大（大于5m） 并与之相连接的槽孔， 在槽孔内浇筑钢筋混凝土后形成的带状结构， 称为地下连续墙。该技术属于地下工程领域， 其是在传统的钻孔灌注桩支护的基础上发展起来的， 在基坑开挖过程中能很好地适应复杂多变的地质情况， 能克服土层的非均匀性给桩端承载力所带来的不利影响， 尤其是针对黏性土、 淤泥质土等地质条件差的软土地基， 其优势更为突出。 另外， 地下连续墙除了能够获得良好的挡土、 挡水、 截渗和承重功能外， 还可以作为锚杆、 土钉、 地下连续墙组合的一部分参与围护结构的设计， 从而达到更佳的支护效果。

地下连续墙支护技术主要施工内容： 施工前应进行现场调查， 确定基槽开挖边线， 做好测量放线记录， 绘制平面图和剖面图。 按照基槽尺寸采取合适的坡比和放坡系数， 确定地下连续墙的长度和间距， 以便计算墙体厚度。 清除槽底淤泥、 杂物， 修整槽底至设计标高， 验收合格后浇筑混凝土垫层。铺设导轨， 将预先埋入槽内的导轨固定牢固， 检查导轨位置正确后再铺设钢筋网片。 待钢筋网片绑扎完毕后， 立即进行混凝土浇筑， 待混凝土达到初凝时， 拆除导轨， 拔出钢筋笼， 移走导轨， 回填混凝土。 养护期满后， 切割外露钢筋笼， 凿毛接茬处混凝土表面， 然后恢复原状， 将槽底沉渣、 浮浆清理干净， 冲洗干净后， 继续下道工序， 循环往复直至达到设计要求的支护深度。

4 土木工程房屋建设中深基坑支护技术优化措施

4.1 做好充分的施工技术准备

土木工程房屋建设中深基坑支护技术， 做好充分的施工技术准备， 是有效降低事故发生率和提高工作质量与效益的关键。 针对目前我国城市地下空间开发利用不足， 使得大型机械无法到达施工现场等客观因素影响， 必须采取相应的解决方案才能确保项目顺利完成。 1） 加强监管力度， 落实责任追究制为防止类似事件再次发生， 需从多个角度入手展开综合治理。 首先， 政府部门应该严格审核各企业资质条件， 将那些违规操作或者没有经过专业培训的人员清除出队伍； 其次， 还要积极推广新技术和新材料， 努力寻求更科学的挖掘机械， 让整个施工环节变得更加便捷且安全性也更高； 2） 增强施工单位自身竞争力， 提升风险抵抗能力， 近年来， 随着社会主义市场经济快速稳步向前迈进， 越来越多的民营企业逐渐涌现于市场之上， 但由于这些公司内部缺乏健全的管理机构和明确的指导思想， 往往只注重眼前利益而忽视长远计划， 甚至还有很多小型私人承包商通常都抱持“捡漏” 心态参与到城市轨道交通站点周边区域的开发活动中去， 给施工造成较大难度； 3） 建立健全相关法律法规， 维护正常秩序为避免深基坑工程施工事故频繁发生， 促使相关职能部门尽快完善相关法律法规， 细化标准， 加大执法力度； 4） 加强信息宣传教育， 普及安全知识，鉴于深基坑工程的特殊性， 所涉及的危害面比较宽泛， 所以要借助电视台、 报纸、 网络等媒介平台，加大安全知识宣传力度， 尤其是针对施工企业负责人、 施工现场工作人员等群体， 要引起工作人员的高度警惕， 树立牢固的安全意识[6]。

4.2 提高施工质量控制水平

采取科学合理的方案外， 还须通过提高施工质量控制水平， 从而避免或减少事故发生率， 才能真正做好相关防范措施。1） 加强对深基坑周边环境和地下管线资料的收集与分析， 明确地下障碍物的位置、 埋深及变形情况， 根据工程特点选择适宜的施工机械设备， 尽可能缩短作业循环时间， 严格按照操作规程执行。 针对深基坑内部存在空洞、 流砂、 涌泥、 塌陷等险情，编制专项施工方案， 完善相关监测手段， 健全信息反馈系统， 密切跟踪检查动态变化状况， 及时调整施工参数和处理意见， 将风险消灭在萌芽阶段； 2）运用新材料、 新工艺、 新技术， 努力推广应用“四新” 技术， 即： 新型钢筋连接技术、 新型止水带（板） 施工技术、 新型混凝土配合比技术、 新型灌浆技术等， 增强支护结构抗渗、 耐久性能， 延长支护结构寿命， 同时降低人工费用和施工难度， 节约投资， 更好满足深基坑工程建设的要求； 3） 坚持“以人为本” 的原则， 创造良好的文明施工条件，包括： 合理布局施工现场， 搞好场容卫生， 防止污染附近区域环境； 加强对员工的教育培训， 提升职工素养， 树立企业品牌形象； 4） 充分考虑当地气候条件， 尤其是冬季寒冷天气对深基坑稳定性影响较大， 所以要做好温度裂缝的防治工作。 积极引入国际上先进的深基坑施工技术， 例如土钉墙法、 锚杆静压桩法、 地下连续墙法、 逆作法、 地下室底板后浇带法等； 5） 加强深基坑工程施工过程中的协调指挥工作， 落实责任， 加强沟通， 杜绝盲目蛮干现象的产生。

4.3 提升施工人员综合素质

加强对施工人员安全意识教育， 首先应当做到严格遵守各项操作流程， 并且熟练掌握所需要用到的机械器具； 注重培养施工队伍自身素质与专业知识， 定期组织学习新知识， 了解新动态， 拓宽视野，积极创造条件鼓励他们外出学习或交流活动， 吸收更多的科研成果， 促进理论实践紧密联系。 其次，时刻保持清醒头脑， 树立“安全第一” 思想观念，从根源上杜绝违章指挥现象的发生。 将预防工作落实到位， 每个环节都要层层把关， 确保整体质量达标。 再次， 认真贯彻执行《建筑法》 《安全管理条例》 《消防法》 等相关政策法规， 增强企业内部职工的安全责任感和忧患意识， 让广大职工牢固树立“安全第一” 的思想， 坚决克服麻痹松懈心理， 切实履行安全岗位职责。 充分利用网络媒介， 通过电子显示屏、 宣传栏、 横幅等方式向社会公众普及基坑支护的相关常识， 特别是要对周边居民群众进行耐心细致的讲解说明， 争取获得群众的信赖与配合，共同营造良好氛围。 最后， 还可以适度举办安全警示教育日活动， 邀请省级领导莅临检查指导， 派遣专家走入校园进行授课辅导， 接受师生咨询投诉，面对面答疑释惑， 帮助师生排除困难， 解决问题，疏导情绪， 努力打造“零距离” 沟通渠道。 选择符合条件的监测单位承担基坑支护监测工作， 督促完善数据资料， 尽早编写报告书， 准备申报验收材料。

5 结语

综上所述， 深基坑支护技术就是指从基础边缘向基坑内部或两侧延伸， 直至达到地表面标高的挡墙、 桩、 锚杆等支护形式， 其均属于深基坑工程项目中最常见的组成部分。 虽然深基坑支护技术已经被广泛应用， 但仍旧存在许多缺陷。 例如： 在某些地段， 其支护结构往往受限制较严格， 无法满足新型支护结构的搭接要求， 导致支护结构整体刚度降低甚至失效， 同时也容易产生渗漏水的风险， 增加了工程投资费用。 鉴于此， 施工人员有必要对传统深基坑支护技术予以完善， 并根据深基坑开挖难度系数、 支撑轴力计算模型、 抗滑承载力验算公式等进行优化， 以便更好地适应深基坑工程的实际情况。