探讨岩土工程深基坑支护的设计及施工问题

何国华

（河北中色华冠岩土工程有限公司，河北廊坊 065201）

1 引言

深基坑支护施工是岩土工程建设的重要环节，可为整个项目的质量及安全提供保障，而在深基坑支护设计中，应做好现场勘测与地质监测，了解环境情况，并通过反复验证，确保深基坑设计的科学性和可行性。但当前很多深基坑支护施工都面临着各类问题，如支护结构、边坡结构、设计施工差异等，对整体项目质量造成了影响。因此，我们要积极加以研究，尽量克服施工中存在的困难，解决相关问题。本文结合某地铁站地下空间项目的案例进行探讨。

2 岩土工程深基坑支护的常见问题

2.1 设计问题

在深基坑支护工程中，若无法确保工程稳定性，就会出现基坑支护偏移或支护空间不足的情况，这是由于相关人员在设计过程中未能充分考虑支护参数，未确保工程具备详尽的数据参数，无法满足深基坑施工中基坑实际受力的需求。还有一些设计人员在设计中仅停留在研究阶段，未充分勘测实际施工场地条件，所计算的支护力度与实际受力不符，导致在理论上较为完好，但在实际开挖过程中受到土质岩体等方面的影响，出现安全问题，忽视了一定的动态因素。另外也有部分施工项目，挡土结构与土层之间产生了土压力，设计人员却仅考虑了支护结构的侧向土压力，对于地下土质、地下水等方面的变化情况缺乏分析，导致深基坑支护结构频频出现设计问题，影响后续工程顺利进行[1]。

2.2 施工问题

在深基坑支护工作中，往往会出现挖掘不够或过多挖掘等情况，产生这些情况的原因一方面是相关人员在使用机械设备的过程中缺乏严格的管理，对施工现场缺少精细化的监管，另一方面则是在施工中，施工人员未严格选择施工工艺，所使用的开挖方式不当而出现各类施工混乱的情况。例如，在土方挖掘施工过程中，未处理好支撑与开挖的关系，没有施行围护结构、墙趾注浆、坑底加固等措施。此外，也有些深基坑支护施工需要对地下室、停车场等区域进行施工，这种场所对基坑施工的要求较高，但在施工过程中，施工人员对墙体的各项参数没有进行控制，如导向墙体的中线、设立角度、排布距离与制作宽度等，或是在施工中未合理把控掺入的膨润土、纯碱等添加剂的用量，这样难以保证泥浆质量，无法确保施工的稳定性。

3 岩土工程深基坑支护的设计要点

3.1 深基坑工程概况

以某地铁站地下空间项目为例，该项目紧邻雄安新区新月公园，距雄安新区起步区约24 km，需要在公园地下空间约4.83 万m2（面积包含下沉广场约1.25 万m2，M1 轨道区间结构预留段约102 m）建立地下设施（见图1），如下人行通廊、地下公共服务设施及设备用房等，建筑面积约33 067 m2，还包括地铁预留区间，建筑面积约为1 616 m2，地面楼梯间等地面建筑约1 200 m2，此外还包括工程所需的雨水管线、排污管线、给水管线及通信电缆等工程。该项目主体结构采用钢筋混凝土框架结构，设计使用年限100 年，安全等级一级，建筑抗震设防类别为重点设防类（即乙类），抗震设防烈度为8 度，但项目处于软弱地层，很容易受到软土地质影响出现变形、隆起等情况，在基坑施工中需要严格控制。

图1 深基坑支护施工现场

3.2 深基坑支护特性

深基坑工程的支护结构是一项临时性支撑结构，对施工项目整体与基坑结构等起到重要的防护与支撑作用，能够提高施工稳定性，这种支护结构面对不同的地质岩体，还应运用不同的施工方式。深基坑工程技术比较复杂，并且存在很多不稳定因素，容易造成施工安全，很容易造成工种之间相互影响。因此，在施工过程中需要多个工种协同工作，做好施工的严格管理与监督。这要求在设计过程中需要技术人员具备理论力学、结构力学、材料学、地质测量学等多方面知识，做好对周边地区的勘察工作，其中包括建筑周边区域土体土质、水文环境、气候环境等方面的勘测，准确地通过数据标注环境情况，并从安全、经济等方面去考量，严格审核设计方案，要求各道工序协调配合，保证工程进度[2]。

3.3 深基坑支护技术方案

深基坑工程中往往会出现影响工程施工的各种因素，因此在施工过程中，需要施工人员强化技术把控手段，编制相应设计文件（见表1），根据施工需求灵活调整设计方案。例如在本工程中，由于受到地下质地湿润、结构松散、韧性较低粉土的影响，施工人员通过测斜仪观察，发现初步挖掘土方时，出现较大位移，且与前一天观测数据相差10 cm。通过分析得知这是桩的荷载成倍增加，造成了桩结构失稳，再加上勘察报告显示，地下水位埋深约为9 m，稳定水位埋深约为8.5 m，属于孔隙潜水。因此，在施工过程中应通过预应力锚杆的土钉墙提供支撑，可通过加锚杆的方式适当放坡，对土钉墙提供进一步的支撑，这样的结果可保证较高的稳定性与经济性。

表1 工程参数描述

4 岩土工程深基坑支护的施工要点

4.1 深基坑施工支护技术流程

深基坑支护是各类施工的关键阶段，管理人员应严格要求施工人员做好各项工作。深基坑工程流程较多，如环境勘测、合理地设计规划、基坑土方开挖、支撑受力结构施工、土钉墙支护施工、防水施工等。施工单位应严格按照施工规程开展施工，在开工前通过技术交底的方式明确各项施工要点，做好施工前的技术指导。还要对各个施工环节加以控制，例如在土方开挖过程中，应对地质勘测报告进行分析，合理甄选细沙、粉土、黏性土的用量等，加强预防支护措施，避免超挖带给土体的影响，做好各项施工防护准备工作。

4.2 基坑土方开挖

基坑的挖掘工作不应过度依赖机械施工，以免对施工质量造成较大影响，同时若过于依赖人工挖掘，则又难以确保施工进度，因此就应采用人工挖掘与机械挖掘相结合的方式，进行分层挖掘，施工各方相互配合。深基坑挖掘应减少对周边土体的扰动范围，并按照顺序降低周边区域土体沉降情况，尽可能控制并缩减基坑挖掘的无支撑暴露时间，确保全过程受力平衡，且挖掘中也应积极按照施工规划，在开挖深度满足支撑设计标高时，就应进行开槽并架设各类支撑结构，同时还应时刻注意土体形变程度，遵循先撑后挖的方式，确保挖掘过程的稳定性与安全性。土体压力情况可通过式（1）和式（2）计算：

式中，Pa为主动土体压力强度，kPa；Pb为被动土体压力强度，kPa；γi为第i层土体重度，kN/m3；hi为第i层土体厚度，m；q为地面荷载，kPa；K1为主动土体压力系数；K2为被动土体压力系数；c为土体黏聚力标准值，kPa。

4.3 支撑受力

由于深基坑属于地下施工，特别是本工程的深基坑挖掘有一定深度，因此存在较高的风险，设计时应做好支撑受力应急预案，确保深基坑挖掘施工的安全。施工人员需要通过钢管、混凝土等稳定性较高的建材进行支撑保护，并对周边结构进行加固与支撑。例如：在本工程中运用了H400 mm×400 mm钢材，可提供较高的稳定性，同时还应在周边土体中加装相关报警与监测设备，一旦发现负载压力过高或结构断裂等情况，可以及时报警，降低安全隐患。同时施工人员还应设立安全带及隔离区域，降低对周边环境的影响，管理人员也应在发生危机时做好人员疏散工作，把损失降到最低[3]。

在深基坑的各项结构加固措施中，土钉支护技术可以有效加强结构的稳定性（见图2），它需要在土层中加装土钉，通过结构的稳定性与摩擦力，增强支护能力，同时还可以配合钢材支架，确保灌注浆的质量，并按要求严格执行土钉的拉拔力度测试。

图2 土钉墙与钢架支护

4.4 防水施工

很多深基坑施工都会面临地下水位的侵蚀，水源很容易对基坑支护的稳定性造成影响，如本工程的地下水源属于孔隙潜水，对施工造成了一定影响。因此应做好排水准备。深基坑施工一般在挖掘到5 m 左右时就会出现水源渗漏，本工程采用明排方法，设立排水沟（见图3），直接在基坑集水井内通过φ600 mm 井下排水管进行排水工作，也可以在基坑四周挖掘排水渠，但这种方式虽经济性较高，却仅仅适用于流沙地质。若施工中排水周期较长，也可采用地面抽水系统，可在管外修建排水沟渠，在降雨季节还应注意地面降水的影响，可通过单井单泵抽水的方式，通过虹吸管连通排水沟，降低地下水位高的限制，这种使用方法较为普遍。通过在本工程中运用，采取相应的方法，取得了较好的排水效果。

图3 基坑排水沟渠

5 结语

综上所述，岩土工程深基坑支护施工是一项重要工程，直接影响着整体工程项目，而该工程很容易受到周边环境及土体压力等方面的影响，从而导致施工中出现各类质量问题。为此，设计人员应通过充分的环境勘察，全面收集施工环境周边区域数据，并做出数据标注，合理做好施工方案设计，在施工中也应做好土方开挖、支撑受力结构、防水施工等各项工作，努力提高深基坑支护施工的稳定性与安全性，全方位提高建筑工程中的深基坑支护工程质量，为整个工程顺利竣工打下坚实基础。