高层建筑地下室基坑支护工程结构设计与施工问题研究

龙帅 李志飞

摘要：中国高层建筑始建于20世纪初，如1921年至1936年，上海、广州陆续建造了一些高层旅馆、办公楼和住宅，新中国成立后高层建筑建设得到进一步发展，随着吹响改革开放的号角、经济开始复苏外加国际大环境向好、城镇化工业化的加速推进，中国高层建筑和超高层建筑呈现出雨后春笋般的发展，眼下已成傲视全球的超级建筑工程中心。高层及超高层建筑的发展也推动了对地下空间的开发与利用，基坑开挖范围随之增大、开挖深度随之增加，于是产生了大量深基坑工程，这给工程设计和施工带来了巨大挑战。基坑开挖与支护涉及到岩土工程、结构工程和排水工程等等，是一门综合性学科，旨在保证处在施工期位于地下的主体结构安全稳定并最小化对基坑周边的影响和扰动。

关键词：高层建筑地下室;基坑支护工程;结构设计;施工问题

引言

近年以来随着目前我国大型城市地下建筑工程的繁荣和不断蓬勃发展，为了保证能够更丰富地层和充分利用地下建筑空间，地下建筑以及其他各种高层建筑等工程项目大量小幅度地增加，随之而来就是出现了大批的深基坑工程项目。建筑工程由于直接受现场的自然地质、地形和现场周边各种类型建筑物环境条件的直接影响，所以对其整体施工管理技术的质量要求尤其高。深基坑岩土支护结构工程的主要技术内容一般有：基层岩土支护工程的科学勘察和地质调查，支护基础结构的施工设计，基坑的挖掘开挖和基础支护结构施工。

1.问题分析

在设计高层建筑工程的基坑支护结构时，设计人员应严格遵守相关设计规范及技术标准的要求，确保基坑支护结构的承载能力能够满足高层建筑工程地下室基坑的实际需要。设计人员应采用极限设计方法，对基坑支护结构在使用过程中的正常工况条件下以及极限破坏状态下的承载力进行科学的计算分析，以防止基坑支护结构出现失稳变形等问题，从而为高层建筑基坑工程施工的质量安全提供可靠的保证。同时，设计人员应结合高层建筑地下室工程的具体条件对设计方案进行优化选择。例如，目前应用较为广泛的土钉墙结构，这种基坑支护结构形式具有较高的安全性，且成本相对较低，主要适用于对变形控制要求相对略低，且基坑深度不大的高层建筑地下室基坑工程。而灌注桩结构内支撑的基坑支护形式能够有效控制基坑侧壁位移，为基坑开挖施工创造便利条件，也是基坑支护工程中常用的支护方式，但支护结构的成本和技术难度相对较高，设计人员需根据高层建筑工程的实际情况进行选择。基坑支护工程的结构设计应根据开挖深度、工程现场的土质和地层条件等合理确定方案，可以采用多种支护方式相结合的方式提高支护结构的强度和承载能力。设计人员应科学分析结构受力情况，准确计算各项设计参数，防止基坑支护结构出现变形等问题，从而威胁施工安全。

2.高层建筑地下室基坑支护工程结构设计与施工策略

2.1优化后的基坑在开挖前施工技术方案设计

准备实际施工阶段，即在开始深基坑土方施工工作之前，相关单位和主管部门需要对其进行一次全面的检查，调研周边道路上的建筑物、地下管线等的详尽资料，然后拟订出具体、可以实际操作的施工方案和计划，项目的选址应由不少于5名工作人员进行分析和论证，确保其选址符合实际施工情况。如果深基坑存在较强渗透力，会增加底部裂缝的发生风险，为了避免此类情况的出现，要做好防水设计，做好二重管的设置和防水系统的安置。在施工的过程中，必须按期完成减排水系统的施工，并对支护结构、地下水位和防洪流域等周边各种可能造成的影响其施工效果的环境因素做好定时、定量的监督和检测，保证其施工质量。设计、施工方案经审核论证后方可实施。

2.2位移严重超限时的紧急处理措施

（1）分区域开挖，不盲目成片开挖。按照施工组织设计，根据后浇带分区域开挖，保证开挖一个区域后，能尽快完成这个区域的封底工作，然后再进行下一个区域的开挖工作，防止因工人数量不足而导致底板施工无法按时完成的情况。（2）加厚垫层。一旦基坑支护施工完毕，基坑每天的变形量均在10mm以上，只有尽快完成底板反压，才能有效地制止基坑的继续变形。如果底板施工无法跟上基坑变化速度的话，那么可以考虑采用加厚垫层的方法，并且将地下室外墙和型钢之间也浇捣加厚垫层，从而增加对底部土体的反压力。（3）及时反压。临时建筑距离基坑过近，并且为无基础临时搭盖房屋，极易受到基坑变形影响。当基坑日变形量过大，底板施工又一时无法完成时，应先保证南侧临时建筑的安全，采用挖机及时把挖出来的土方就近反压回去，以保证第二日的变形量保持在预计范围内，同时加快速度完成同一后浇带区域的垫层、砖模防水和钢筋绑扎等工作;当工作面集中到反压土区域时，把土挖开，尽快完成剩余工作任务，尽最大努力完成底板施工。

2.3BIM技术的应用

（1）REVIT是建筑BIM设计的主流軟件，但进行其他相关专业BIM信息化实践时要结合专业特点定制必要的参数化构件，以便设计师能快速掌握和应用，从而提高三维设计的效率，为新时期基坑工程的BIM设计提质增效。（2）并非每一个项目都需特定化地定制族库，由于REVIT软件自带的许多系统族构件具有良好的性能和特点可以很好地适应和解决基坑支护设计中存在的问题，例如本文提到的墙自动剪切和环形内支撑均可依靠墙构件较圆满地实现。（3）BIM应用并非一蹴而就，而是应根据不同的工程阶段应用不同的深度的模型，但应充分考虑前序阶段与后续之间的衔接递进关系，为设计方案的深化和调整留下足够的空间。（4）本文的建模路径证实了采用基坑支护BIM参数化构件结合系统墙构件能够快速创建“桩+内支撑”基坑支护参数化三维模型。希望通过本次研究，能够在基坑支护工程中能更加有针对性地运用BIM信息化技术解决实际中的难题，并且对BIM在基坑支护领域的研究能够提供一些实践性思考和宝贵的经验。

结束语

在设计高层建筑地下室基坑工程的支护结构时，设计人员应严格遵守相关设计规范，充分掌握工程区域岩土体特点以及周边建筑物分布等情况，科学选择基坑支护结构形式，并要准确确定各项设计参数，提高设计方案的合理性和可行性，避免基坑支护结构出现变形位移等问题。在基坑工程的施工过程中，应积极采用先进的施工监测技术，对基坑支护结构状态进行动态观测，以保证基坑支护结构的稳定性和安全性。

参考文献：

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