建筑施工中深基坑支护的施工技术与管理

文／龚敬聪 佛山市建文建设工程有限公司 广东佛山 528000

引言：

随着城市化进程的不断推进，高层建筑、地下结构和基础设施的建设日益增多，深基坑工程在城市建设中扮演着重要的角色。深基坑施工过程中，由于地下土层的特殊性质和深度，基坑支护成为保障施工安全和工程质量的关键环节。然而，深基坑支护施工过程中存在着诸多挑战和问题。首先，不同地质条件下的基坑支护方法选择和设计是一个复杂的问题，需要综合考虑土层性质、地下水位、周边建筑物等因素。其次，基坑开挖、支护结构施工和土体应力控制等施工技术问题也需要得到有效解决。此外，施工过程中的项目管理、质量控制和安全管理也是不容忽视的方面。因此，深入研究深基坑支护的施工技术与管理，探索有效的解决方案，对于确保基坑工程的安全、高效施工具有重要意义。

1.深基坑支护方法

1.1 钢支撑法

钢支撑法通过在基坑周边设置钢支撑结构来稳定土体，并抵抗土压力和地下水压力，以确保基坑的稳定性和安全性。钢支撑法的主要优点是具有强度高、刚度大的特点，能够承受较大的土压力和水压力。钢支撑结构通常由钢板桩、U 型钢、橡胶垫板等组成，这些材料具有良好的耐久性和抗腐蚀性能[1]。同时，钢支撑法施工方便快捷，适用于各种地质条件和基坑形状，可以灵活调整支撑结构的布置和尺寸，以满足工程的需求。然而，钢支撑结构的设计需要考虑土体的力学特性、基坑深度、地下水位等因素，需要进行详细的工程计算和分析。钢支撑结构的施工需要高度的技术要求和严密的操作控制，确保施工质量和安全性。此外，钢支撑法在长期使用过程中可能存在腐蚀、疲劳等问题，需要进行定期检查和维护。

1.2 压力平衡法

压力平衡法通过在基坑周围设置支撑结构，使支撑结构的水平支撑力与土体的侧向土压力相平衡，从而达到稳定基坑的目的。压力平衡法的主要原理是通过在基坑周围设置连续的支撑桩或支撑墙，通过施加水平支撑力，抵消土体的侧向土压力。这样可以减小基坑周边土体的变形和沉降，保持基坑的稳定性。压力平衡法具有以下优点，它能够减小基坑周边土体的变形和沉降，降低对周边建筑物的影响。支撑结构相对简单，施工周期较短，可以提高工程进度。此外，压力平衡法适用于各种地质条件，具有较强的适用性和灵活性。然而，支撑结构的设计和施工需要考虑土层的性质、地下水位以及基坑周边建筑物等因素，需要进行综合分析和计算。施工过程中需要严格控制水平支撑力的大小和均匀性，以确保支撑结构的稳定性和安全性。此外，压力平衡法的成本相对较高，需要合理评估经济效益。

1.3 土压平衡法

土压平衡法是在基坑周边设置土压平衡支撑结构，使支撑结构与土体之间形成一个平衡状态，以控制土体的变形和保证基坑施工的稳定性。该方法适用于粉质土、黏性土和一定程度上的砂质土等不稳定土层的基坑工程[2]。土压平衡法的主要原理是通过在支撑结构的内外两侧施加相等的水平力，使得支撑结构内外土体的水平推力相互抵消，从而达到土体的平衡状态。在施工过程中，通过控制支撑结构的刚度和施加的水平力，可有效控制土体的应力分布和变形，降低土体对支撑结构的作用力，保证基坑的稳定性。土压平衡法的施工过程相对复杂，需要根据具体的工程情况进行支撑结构的设计和施工方案的制定。在设计中，需要考虑土层的性质、水平和垂直应力的变化、支撑结构的选择和尺寸等因素。在施工过程中，需要严格控制土体的水平推力和水平变形，通过合理的监测和调整来保证施工的安全性和质量。

1.4 土钉支护法

土钉支护法是一种常用的深基坑支护方法，通过在土体中安装预应力或无预应力的土钉，将土体与钢筋锚杆相互作用，形成一个整体的支护结构。土钉支护法具有施工简便、适用范围广、成本相对较低等优点，因此在深基坑工程中得到广泛应用。表1 列出了土钉支护法的特点和应用情况，可以看出土钉支护法在深基坑工程中具有多种优点和适用性。然而，针对具体项目，仍需要根据地质条件、土体性质和工程要求等因素综合考虑，选择合适的土钉长度、间距和预应力等参数，并加强质量控制和监测，以确保土钉支护的施工质量和工程安全性。

表1 土钉支护法的特点和应用情

1.5 壁柱支护法

壁柱支护法通过设置壁柱结构来承担土体的荷载并防止土体失稳和塌方。在该支护法中，钢柱或混凝土柱作为主要的支撑元素，与连续的基坑围护结构相结合，形成一个稳定的整体。壁柱支护法的优势在于其施工简便、经济高效和适用性广泛。壁柱支护法适用于土层较稳定、基坑深度较大的情况。在施工过程中，首先进行壁柱的设置，一般为纵向排列的柱状支撑结构，以抵抗土体的水平和垂直力。然后，通过在壁柱之间填充适当的土方填充物或使用预制的支撑板，形成连续的围护结构，进一步增强基坑的稳定性。壁柱支护法的关键问题是壁柱的设计和施工控制。在设计过程中，需要考虑土体的力学性质、地下水位、基坑形状等因素，合理确定壁柱的尺寸和间距，以满足工程的要求。

1.6 其他支护方法

在深基坑支护施工中，除了常见的钢支撑法、压力平衡法、土压平衡法、土钉支护法和壁柱支护法之外，还存在一些其他支护方法。这些方法主要是针对特殊情况或特殊需求而设计的。其中一种方法是悬臂支护法，它适用于狭长基坑和深度较大的情况[3]。该方法通过在基坑侧墙上设置悬臂梁和支撑桩来实现支护。悬臂支护法具有施工方便、支护效果好的特点，但在设计和施工过程中需要充分考虑结构的稳定性和承载能力。另一种方法是地下连续墙支护法，它采用连续墙结构作为基坑的支护形式。连续墙支护法可以有效地控制土体位移和土压力，适用于大型基坑和复杂地质条件下的支护需求。然而，该方法在施工过程中需要注意墙体的施工质量和连接节点的处理，以确保支护结构的稳定性和完整性。

2.施工技术问题分析

2.1 地质勘察与设计

地质勘察与设计在深基坑支护的施工技术与管理中扮演着重要的角色，通过对工程地质条件的详细调查和分析，可以获取地下土层的物理性质、力学特性和水文地质信息。这对于选择合适的基坑支护方法和设计合理的支护结构至关重要。地质勘察还能揭示潜在的地质灾害风险，如地下水位变化、土层滑动和断层活动等，为施工过程中的风险评估和应对提供依据。在地质设计阶段，根据勘察结果和工程要求，制定支护方案，包括支撑形式、支护材料和施工参数等。综合考虑地质、工程和环境因素，合理设计基坑支护方案，可有效减少地质灾害风险，确保基坑工程的稳定性和安全性。因此，科学、全面的地质勘察与设计是深基坑支护施工的关键基础，对于提高施工质量和工程安全性具有重要意义。

2.2 基坑开挖技术

在进行基坑开挖时，需要综合考虑地质条件、土壤稳定性和周边结构的影响，以确保施工的安全性和可控性。首先，地质勘察是基坑开挖技术的前提。通过详细的地质调查和勘察，了解地下土层的性质、层位、含水情况等信息，为后续开挖工作提供科学依据。在地质勘察的基础上，制定合理的开挖方案，确定开挖的深度、坑壁倾斜度和开挖步骤，以最大限度地减少土体的变形和沉降。其次，基坑开挖过程中需要选择适当的开挖方法和机械设备[4]。常见的开挖方法包括机械挖掘、爆破和水压割岩等。根据具体情况选择合适的方法，确保开挖效率和安全性。同时，选择合适的挖掘机械设备，具备足够的功率和稳定性，能够应对不同地质条件下的开挖需求。此外，基坑开挖过程中要进行有效的支护措施。根据开挖深度和土壤性质，选择合适的支护结构，如挡土墙、支撑桩或土钉墙等，以防止坍塌和土体失稳。支护结构的施工应与开挖工作协调进行，确保支护的稳定性和持久性。

2.3 支护结构施工技术

支护结构的施工过程需要考虑施工方法、材料选择、施工顺序和质量控制等因素。施工方法的选择应根据具体情况进行综合考虑，包括静态施工方法和动态施工方法。静态施工方法包括钢支撑、混凝土搅拌桩和钢板桩等，而动态施工方法包括动力灌注桩和挤浆桩等。材料选择对支护结构的稳定性和持久性至关重要，如钢材的强度和耐腐蚀性能、混凝土的抗压强度和流动性等。施工顺序的确定需要考虑地下水位、周边建筑物和土体稳定等因素，以确保支护结构的稳定性和安全性。质量控制应包括支护结构的尺寸精度、连接强度和防水性能等方面，通过严格的施工监督和检测手段来确保施工质量。综合考虑这些因素，有效的支护结构施工技术可以提高深基坑工程的安全性和稳定性，为项目的顺利进行提供保障。

2.4 应力监测与控制技术

深基坑的开挖和支护过程中，土体受到的应力状态发生变化，而合理监测和控制应力对于确保施工的安全性和稳定性至关重要。应力监测技术主要包括应力计的安装和数据采集，通过测量土体内部的应力变化，可以及时掌握施工过程中的应力情况。监测数据的分析和解读可以帮助工程师判断土体的稳定性，并及时采取相应的措施。而应力控制技术则侧重于采取措施控制土体内部的应力分布，如增加支撑结构的刚度、调整支撑参数等，以减小土体的变形和应力集中，从而确保基坑施工的安全性和稳定性[5]。综合应力监测与控制技术的应用，可以有效预防和解决施工过程中的应力问题，提高基坑工程的质量和施工效率。

2.5 基坑降水技术

由于地下水位的高度可能会对基坑开挖和支护结构施工产生不利影响，因此需要采取适当的降水技术来控制地下水位。基坑降水技术的主要目标是降低地下水位，以达到使基坑内保持干燥和稳定的状态，这一过程需要综合考虑地下水的渗流特性、土层的渗透系数以及降水工程的成本效益。常见的基坑降水技术包括井点降水、井壁吸水帷幕、水平排水和抽水井等。井点降水是一种常用的基坑降水技术，通过在基坑周边钻探井点并利用泵站将地下水抽出，以降低地下水位。井壁吸水帷幕则是通过在基坑周边设置水平或垂直的排水帷幕，将地下水引导到帷幕中并通过排水设备排出，以降低地下水位。水平排水是在基坑底部设置水平排水系统，将渗透入基坑的地下水收集并通过排水管道排出[6]。抽水井则是通过在基坑周边钻探井点，并利用抽水设备将地下水抽出。

2.6 混凝土墙及支撑梁施工

（1）绑扎钢筋：钢筋连接机械连接，并有效错开，禁止采用绑扎，同一断面处钢筋接头不应超过总钢筋量的50%。

（2）模板搭设：梁侧模采用15mm 厚覆面木胶合板，模板加固采用上下两排拉杆进行双向对拉。斜撑和平撑与主龙骨之间用扣件连接，为防止浇筑混凝土时漏浆，在侧模内侧底端应加设海绵条，保证模板可靠地承受支撑结构及施工的各项荷载。

（3）混凝土浇筑：混凝土坍落度控制在180-220mm 范围之内，振捣棒的操作要做到“快插慢拔”，混凝土振捣采用插入式振捣器，振捣间距约为50cm，以混凝土表面泛浆，无大量气泡产生为止，严防混凝土振捣不足或在一处过振而发生跑模现象。

待内支撑以及支护板结构混凝土达到设计强度，重复进行土方开挖至混凝土浇筑，直至施工到基坑底部。

3.施工管理问题分析

3.1 项目计划与进度管理

在深基坑支护的施工过程中，项目计划与进度管理是确保工程按时完成的关键因素。通过有效的项目计划和进度管理，可以合理安排施工活动的顺序和时间，提前预测和解决潜在的进度风险，确保施工进度的控制和协调。在项目计划阶段，需要进行详细的任务分解和工期评估，根据施工工艺和资源可用性确定关键路径和工期限制。同时，考虑到深基坑施工的复杂性和不确定性，还应采取适当的缓冲措施，以应对可能出现的延迟情况[7]。在施工过程中，项目管理团队需要定期进行进度监控和分析，及时发现并解决可能影响工期的问题。如果出现偏差或延误，应及时调整资源分配、优化施工流程，以保证整体进度的稳定和准确性。

3.2 资源配置与协调管理

深基坑工程涉及到多个资源的调配和协调，包括人力、材料、机械设备等。合理的资源配置能够提高施工效率，降低成本，并确保工程进度的顺利进行。资源的合理配置需要充分考虑施工过程中的各个环节和需求，根据施工计划和工序安排，确定各项资源的需求量和使用时机，以确保在需要的时候能够及时提供所需的资源。同时，要考虑资源之间的关联性和依赖关系，避免资源之间的冲突和矛盾，保证施工进程的顺利进行[8]。资源的协调管理是保障施工效率和质量的重要环节，在资源配置的过程中，需要建立有效的沟通和协作机制，确保不同资源之间的协调和配合。这包括与供应商和承包商的沟通，以及与施工人员之间的协调。及时解决资源分配上的问题和矛盾，避免资源的浪费和延误，提高施工效率。

3.3 施工质量与安全管理

施工质量管理涉及到设计方案的合理性、施工材料的选择和质量控制、施工工艺的正确执行等。通过建立严格的质量控制体系，包括监测和检测手段，可以及时发现和纠正施工中的质量问题，确保基坑支护结构的稳定性和可靠性。另一方面，施工安全管理是保障工人生命安全和减少事故风险的重要措施[9]。在深基坑支护施工中，存在着各种潜在的安全隐患，如深基坑坍塌、起重机械倒塌等事故。因此，施工安全管理需要包括施工现场的安全组织与布置、施工人员的安全培训与技能要求、安全设备的配置与使用等方面。通过加强安全教育和培训，制定严格的安全操作规范，加强现场巡查和监控，可以有效预防和控制施工安全风险，确保施工过程的安全性。

结语：

综上所述，深基坑支护方法的选择应基于详细的地质勘察和设计分析，结合实际情况综合考虑各种因素。钢支撑法、压力平衡法、土压平衡法等支护方法在不同情况下具有各自的优势和适用性，施工人员应根据实际情况进行选择和设计。此外，施工管理在深基坑支护中起着关键作用。项目计划与进度管理、资源配置与协调管理、施工质量与安全管理，是确保工程顺利进行的重要环节。合理的管理措施和有效的沟通协调能够提高施工效率和质量，并减少潜在的安全风险。