关于在高层建筑中深基坑支护施工技术的应用

周苗

摘要：本文针对深基坑支护结构选型、深基坑工程支护设计计算进行了探讨，并对存在的问题进行了分析，对建筑深基坑施工中应注意的问题提出了相关建议，以供更多同仁参考。

关键词：深基坑；施工技术；支护

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

0前言

随着国民经济建设的迅猛发展，高层及超高层建筑在大中城市如雨后春笋般的涌现，由于城市化建设步伐的加快，对建筑业科技进步也起着极大的推动作用。高层及超高层建筑的施工技术水平随着工程建设的发展而不断提高，尤其近年来有了突破性的重大进展。当今世界上一些先进的高层和超高层结构体系，都进入了我国的建筑设计和施工领域。特别是高层及超高层建筑基础具有复杂性，按其功能要求分为箱形基础、筏形基础两大类。箱形基础主要解决承载力不足问题，住宅建筑多采用箱形基础，埋深一般都在5m以上。商业建筑地下部分因供停车或营业需要，一般采用筏形基础上部为框架结构，地下多达3～4层，埋深达10m以上，由于用地紧张，常常将各栋建筑的地下部分连成一片，形成大底盘，这就出现了大面积深基坑支护新的技术问题。

1深基坑支护结构的选型

深基坑土方施工，当施工现场不具备放坡条件，或通过放坡及加设临时支撑不能保证施工安全满足施工要求时，一般采用支护结构进行临时支挡，以保证深基坑的土壁稳定。深基坑支护结构的选型有自立式支护、桩锚支护、喷锚支护、组合型支护等。

1.1自立式支护

①水泥搅拌桩挡墙支护。水泥搅拌桩主要适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、素填土等土层。基坑开挖深度不宜大于8m。这种支护结构的优点是挡墙厚度大，整体性稳定性、隔水性良好，施工速度快，工程造价一般低于冲、钻孔灌注排桩，坑内无支撑结构，便于机械挖土和地下室工程施工；其缺点是挡墙占地面积大，且其强度受到土层含水量和有机质含量的影响。

②悬臂式排桩支护。悬臂式排桩支护一般采用冲、钻孔或人工挖孔灌注桩，个别采用预制桩，如预应力管桩。这种支护型式的优点是基坑内无支撑，便于机械化挖土和地下室工程施工，其缺点是支护桩顶水平位移较大，当坑深较大或地质条件较差时，工程造价较高。一般都用在地质条件较好的场地；若存在厚软土层，采用此支护型式的，其基坑深度一般不大于6.0m。

1.2桩锚支护这种支护方式主要适用于场地土层性能较好或软土层较薄的场地。对基坑深度较大的工程，岩土锚杆的一些参数如下：与水平夹角在15°～40°之间；长在35m以内；设计轴向抗拔力一般小于600kN；锚筋材料有钢筋或3～4条钢铰线；大多采用二次高压注浆工艺，第二次注浆压力一般大于2MPa。锚索锁定时都施加预应力，施加预应力大小不等，有的达设计值的70%，有的只有设计值的30%；施加的预应力越大，限制桩顶变位效果越好，但其支护桩承受的压力越接近静止土压力。

1.3喷锚支护喷锚或土钉墙支护是锚杆、钢丝网、喷射混凝土相结合的联合支护型式。适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土。常用在单层地下室、且淤泥较薄、地下水较少的基坑。但不适用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层，不能用于自稳能力极差的厚淤泥层，基坑深度不宜大于12m。喷锚网或土钉墙支护具有以下优点：①通过形成喷射混凝土、锚杆、钢筋网与土体共同作用的主动支护体系，最大限度地利用边壁土体的自稳能力；②属柔性支护，可自行调节，使结构处于最佳受力状态，局部不会产生偶然过载；③具有很大的灵活性，可根据监测数据随时调整支护参数；④所需的设备简单，所需的操作场地小；⑤工程造价较低。缺点：①边壁变形较大；②锚杆往往会超出建筑用地红线，当超出红线以外时需征得业主的同意。

1.4组合型支护当基坑内有几种深度、或者土层分布变化较大、或者基坑各侧的环境条件有较大差别时，可因地制宜地采用不同的组合支护方式，以充分发挥各种材料及支护结构类型的优越性，降低工程造价。组合型支护方式主要有：①上部放坡（或土钉墙）下部钢筋混凝土悬臂排桩（或桩锚）的组合；②拱形水泥土墙与钢筋混凝土灌注桩或H型钢的组合；③钢筋混凝土排桩与桩间高压旋喷桩的组合；④支护桩与用压力注浆或水泥土搅拌桩加固被动区的组合；⑤土钉墙与水泥土搅拌桩组合；⑥土钉墙与微型注浆桩组合；⑦土钉墙与预应力锚索组合；⑧各种支护结构与由水泥土搅拌桩或高压旋喷桩形成的封闭止水帷幕组合。除此之外，还有钢板桩、逆作法、预制混凝土桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩等多种类型。其中，排桩或土钉墙支护是近几年来深基坑支护的主要形式。

2深基坑支护设计计算

基坑支护设计必须满足安全性、经济性和可行性这三项基本要求。设计的基本原则是在满足安全与技术可行的前提下，尽量节省工程造价。在基坑支护设计中，首先应满足支护结构的强度要求，然后，根据基坑周边环境的复杂程度进行变形控制。基坑各侧环境不同，其变形控制值也应相应变化，避免由于支护结构变形过大，造成周边建（构）筑物、地下管线破坏。

2.1岩土层计算指标的选用基坑支护设计首先遇到的是岩土层抗剪强度c值的选取。如何根据场地的工程地质资料，以及基坑工程特点和采用的计算理论来选用合适的抗剪强度指标是至关重要。不同的试验方法，得出的抗剪强度指标差别很大。目前，确定抗剪强度指标的方法主要有：直剪试验的快剪和固结快剪；三轴试验；原位测试的十字板剪切试验。

2.2土压力计算基坑支护结构土压力计算大多以朗肯土压力和库伦土压力理论为基础。用的更多的是朗肯土压力理论。有的采用土压力三角形分布简图；有的采用梯形简图。墙或桩顶发生很小位移时，主动土压力即可发挥出来，而被动土压力充分发挥时需有大得多的位移，这往往是实际工程所不允许的；对于悬臂式和单层支撑（或单锚式）支护，开挖过程中一般都能达到主动土压力极限状态；而对多层支撑（或多层拉锚）式，其土压力比较复杂，墙或桩位移产生拱效应，从而在挖方以下的土压力减小，在支撑附近侧压力增大，此外，侧压力还与支撑是否施加预载及支撑刚度有关，故对于排桩悬臂式支护，一般采用三角形简图，但被动土压力需作一定折减，以减小排桩的水平变位；当用等值梁法计算排桩内支撑支护、排桩锚拉支护时，可选用梯形简图。对软土、冲积粘性土等渗透性能较差的土层，采用水土合算；而对于砂层和杂填土等渗透性良好土层，采用水土分算。对于无止水帷幕的基坑支护工程，应考虑渗透力的影响。但计算土压力的大小，与实际情况是否相符，应通过大量现场测试，不断总结经验，才能使土压力计算符合实际。

3深基坑支护工程存在的问题分析

深基坑工程施工对场地周边环境产生影响较为普遍。其主要表现有：建筑物倾斜，产生裂缝；地面工程（如道路、绿化等）破损；地下管线、地下水管破裂。究其原因，主要是大面积深层降水引起沉降和严重的不均匀沉降造成的。虽然深基坑支护工程在设计与施工方面已积累了丰富经验，但在理论和实践上，都还存在着许多不成熟与不完善之处，主要表现在以下几个方面：

3.1基坑工程勘察问题基坑工程勘察常常不能满足设计要求，土层抗剪强度指标试验方法及取值不统一。基坑工程勘察应满足规范中规定的要求，包括勘察范围、勘探点的深度及间距，场地水文地质勘察、岩土工程测试参数、基坑周边环境的勘查及对基坑工程的建议等，尤其重要的是岩土工程测试参数及对基坑周边环境的勘查。现有岩土工程报告中岩土的取样数量均偏少，岩土参数测试值变异较大，大部分岩土抗剪强度参数取值均为经验值，直接导致基坑工程计算结果的不够准确。

3.2施工质量问题基坑工程特别是土钉墙和喷锚工程专业特殊性强，许多施工单位缺乏岩土工程专业工程经验，出于利益的驱使，偷工减料的现象时有发生，施工单位为了方便，根本就不遵守土方工程开挖原则，基坑工程一次开挖到底，直接导致坑顶开裂、坑壁失稳。

3.3基坑监测问题基坑周边相邻建筑物、构筑物、道路、地下管线、地下水位等监测应当委托有岩土工程监测资质的工程监测单位承担基坑监测工作是基坑工程中非常重要的一个环节，监测工必须贯穿基坑工程的全过程。在土方开挖至设计深度的后面几天，特别是在台风暴雨季节必须加密监测甚至连续观测而有些建设单位对基坑监测工作的重要性认识不足，导致监测工作不到位，有些监测单位并未具备岩土工程监测资质，经验不足，未能根据实际情况调整监测频数，也就未能及时发现问题和避免基坑支护结构失稳事故。

4深基坑施工中应注意的几个问题

4.1深基坑土方开挖原则在深基坑土方施工前，要详细确定挖土方案和施工组织，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。要对支护结构、地下水位及周围环境进行必要的监测和保护。如果有不允许任何沉降及水平位移的要求时，例如地铁车站大厅、地下室重要设备设施等，必须满足侧向位移控制设计要求，对横向支撑或锚杆的安装质量要严格把关。锚杆的张拉不能太紧，抽检数量不能太少。横向支撑必须装设检测设备，逐日记录，发现问题及时补救。

4.2大面积深基坑开挖时间较长，容易引起边坡失稳许多边坡在经过相当长的时间后突然滑动，与土的抗剪强度随时间逐渐衰减的特性有关，加上场区排水不良，都对边坡稳定不利。此外，基坑边缘堆料及弃土未及时清理，均会造成基坑失稳事故。

4.3基坑面积过大时，对底板混凝土采取分段边挖边浇筑要坚持采用分层、分块、均衡、对称的方式进行挖土。它不仅避免了基坑暴露期过长、基土易被浸湿或曝晒等质量问题，还解决了厚大体积混凝土浇注技术上的困难，对稳定基坑作用更大，它等于增加了一道横撑，消除了土隆起的可能性。

4.4深基坑支护地下水处理深基坑工程的地下水处理，主要是两种形式，即排水或止水。采取哪种处理方式，需因地制宜，根据基坑周边环境复杂程度而定。有些建筑物较为密集，且属于濒海地带，原地貌多为滩涂，其地层情况一般为：上部多为人工填砂层（压淤）和混有大小不一、含量不等的碎石、块石的杂填土层，结构松散，并且与海水有水力联系，而填土层之下的淤泥又是软土层，从而给深基坑支护止水造成了困难。近年来在濒海地带深基坑支护施工中，开始采用以冲孔桩、素混凝土桩与钢筋混凝土桩相间咬合搭接分布的混凝土灌注排桩并与锁口梁、内支撑、喷锚等组成联合支护体系，从而在防止边坡失隐和阻止地下水侧向渗漏方面（止水帷幕），取得较好的效果。

4.5随时观察挖土与地裂之间的关系当发现挖土不净或挖后隆起现象，必须停止挖土。如果出现地裂，可以判定边坡的稳定已达到极限平衡状态，这时应当检查降水是否达到预定位置，有无地下承压水及管涌，支护桩是否倾斜，支撑是否有弯曲等问题。如果属于深层滑动，多属坑底下淤泥被动土压力不足，可采用深层搅拌或旋喷法加固基坑下土层。如果属于支撑挠曲，有压曲的可能，则应及时加固支撑，或增加墙后拉锚措施。如果发现低承压水，则可实行深层降水，但应考虑对周围建筑和公共设施的影响，否则宜采用早强水泥砂浆封底方法。施工单位应及早做好设备材料准备。当遇到情况紧急时，可采用最简单而有效的方法就是立即回填反压处理，在任何情况下未处理完毕，不允许继续挖土。

5结论

综上所述，深基坑工程项目越来越多，基坑开挖深度也越来越深。由于基坑周边地面建筑和地下设施密集，且地质条件复杂多变，深基坑支护的难度也越来越大。为了保证建筑物的稳定性，建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求。建筑物的高度越大，其埋置深度也就越深，对基坑工程的要求越来越高，随之出现的安全问题也越来越多，这给建筑施工、特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难。近年来，我国基坑工程的设计理论有了很大发展，建立了许多新的计算理论和方法。但在工程具体应用中要坚持理论与实践相结合的原则，结合工程实际选用合理的支护方法。

参考文献：

[1]张晋.浅议深基坑支护施工技术的应用[J].技术与市场，2010（11）.

[2]王承武.高层建筑施工中的深基坑问题及对策[J].中国城市经济，2011（11）.