芻議高層建筑深基坑的開挖與支護

摘 要：對高層建筑而言，深基坑的開挖與支護具有重要意義，它影響了整個建筑物的穩定性和質量。本文對高層建筑深基坑的支護性能、基坑開挖穩定性等要點進行了深入細致的探討。

關鍵詞：高層建筑；深基坑；開挖與支護

引 言

隨著城市進程的不斷加快，城市建筑用地逐漸趨于緊迫，因此建筑物增高是必然的趨勢。但是目前經常發生高層建筑坍塌的事故，甚至影響周圍建筑物的安全，所以應高度關注作為基礎性環節的深基坑的開挖與支護，使其保質保量。

1 高層建筑深基坑開挖與支護的基本要求

1.1 性能要求與結構

高層建筑深基坑的開挖與很多因素有直接聯系，如地質、開挖深度、現場環境，一般在下列情況下，開挖時要采取支護措施：基坑開挖危及鄰近建筑物的安全；深度較大不具備自然放坡施工條件；地基土質松軟，并有地下水或豐盛上層滯水。當具備自然放坡條件時，應進行穩定性分析確定坡度，為保證土坡的穩定性，應采取恰當的施工方法和施工程序，需布置地面和坑內排水系統，防止雨水對土坡、坑壁沖刷而造成塌方。還應加強施工監測，以便在出現失穩跡象時，及時采取補救措施。圖1是幾種常見的支護結構：

1.2 支護結構受力分析

高層建筑一般多建于城市的鬧市區，施工場地狹窄，鄰近的建筑密集，而地下室埋深多達十多米，邊坡不容許放坡，必須用護坡樁進行支護。按目前土壓力理論計算，護坡樁的鋼筋僅發揮1/10～1/5。對于粘性土地基，由于樁和土體水平位移量不同，使樁土之間產生從地面向下延伸的裂縫，裂縫處土壓力為零，從而土壓力和護坡樁彎矩減小，使設計的鋼筋未能充分發揮作用。通過試驗研究，采用考慮土體裂縫的土壓力計算方法，降低土壓力值，由此邊坡彎矩可減少20～40%，大大節約了投資成本；在樁數不變的情況下，將單排樁改為雙排樁，則支護結構的整體剛度大，水平位移小，樁的內力降低，如能與圈梁結合為整體剛架支護結構，效果更好。雙排樁的合理樁徑：d=400-600mm，排樁中心距L=（1.5-3.0）d；護坡樁的圓形截面配筋應采用等效的矩形截面配筋，使所配筋集中在受拉一側，以便充分發揮鋼筋作用，也可節省鋼筋；對于超過10m深的基坑或基坑附近有重要的建筑物或管線時，宜采用錨拉或支護方案，轉角處應加橫撐，以控制位移和減小樁體內力，適當加大單樁錨桿的承載力則更為經濟；重要的深基坑工程或對支護結構有嚴格位移要求的工程，應進行施工監測，確保施工安全。

2 高層建筑深基坑開挖與支護工程實例

2.1 工程概況

某市準備在距離河岸僅有100m左右擬建一座高層建筑，其結構為地下一層，地上11號樓為7層，6號樓為17層，均為框架結構。設計6號樓采用筏板基礎，11號樓采用了樁筏基礎。擬建建筑物場地內地勢總體平坦，總體上講場區地層除表層雜填土以外，其下為第四系沖洪積物，場區基巖層為紅砂巖層。規劃范圍內原有建筑已經拆除，周邊環境較為復雜：北側面臨某河，僅有100m左右的距離；南側為待開發地段，現狀為空地，以后將陸續開發建筑；東側面臨有一棟三層建筑，條形淺基礎，距離擬建建筑物有20～30m的距離；西側有多棟三、四層住宅，條形淺基礎，最近處距離基礎邊僅有10m左右距離，后面臨近某酒店，四層，基礎為采用天然地基的混凝土條形基礎。基礎土方需要開挖的尺寸和大致標高情況如表1：

2.2 深基坑的開挖

2.2.1 開挖方案設計

開挖前要準備好應急材料，如沙袋、木樁等，并嚴格按照設計要求進行開挖工作，并應注意逐層開挖。第一層開挖2m深，然后挖1m的排水溝，排1m的水，挖1m的土；再挖1m的排水溝，再排1m的水，再挖1m的土，直至開挖到設計標高。基坑開挖時將地面附加荷載減到最小，嚴禁在坑邊堆載或通行重載車；開挖下層土時，保護上層支護的邊坡，不得碰撞排水結構和支護結構。土方開挖以后及時施工支護結構，盡量減少土體變形，保證基坑安全；基坑內各區間臺階先放坡機械開挖，再人工修坡到位；同一層土方開挖施工應分層分段跳挖施工，出現緊急情況時便于回填反壓。每次每段開挖長度不大于8m，并及時檢查現場的排水系統，做好基坑周圍地表水及基坑內積水的排匯和疏導，防止基坑暴露時間過長或被雨水浸泡。

2.2.2 開挖施工工藝和方法

深基坑的開挖施工包括定位放線、土方挖運、驗槽與地基的局部處理等，放線是根據定位確定的軸線位置劃出基坑開挖邊線。基坑上口尺寸的確定應滿足支護方案設計的要求。在第一層土方開挖以后，挖第二層土方以前，仍要進行第二次放線，以此類推，需要放線4～5次。本工程的土方采用W40-C型挖掘機開挖，自卸汽車運土，人工配合清槽的方法。這種作業方式可以減輕勞動強度，加快工程進度。嚴格按照支護設計深度開挖，并應注意逐層開挖，第一層開挖2m深，然后挖1m的排水溝，排1m的水，挖1m的土；再挖1m的排水溝，再排1m的水，再挖1m的土，直至開挖到設計標高。基坑土方開挖采用機械開挖和人工清挖相配合，開挖順序按先四周排水溝、后中間挖方區域、先南后北逐層開挖的原則。基坑開挖機械不得碰撞支護結構、降水系統和監測系統，嚴禁碰撞、擠壓、拖動工程樁。

2.3 深基坑的支護

基坑邊坡支護主要是邊坡支護，其土質為中粗砂質，支護方法也相對簡單，一般可以保證在無水狀態下進行，先人工修理邊坡，達到平整以后在邊坡上平排一層實心粘土磚，以保證支護對象處于穩定狀態，避免人員上下施工時不至于將邊坡踩踏下滑。如果邊坡始終處于無水狀態，簡單支護以后就可以滿足施工的要求。如果有地下水滲出，長時間會引起邊坡變形，再在上面整體做一層30mm厚細石混凝土，細石混凝土間隔一定的距離預留排水孔，以減少滲流水對邊坡土質的影響。邊坡支護的具體做法見圖2。

基坑支護施工工藝和方法：

在基礎開挖完成、上層排水溝排水穩定以后，開始進行基坑支護。基坑支護采用人力手推車進行垂直和水平運輸。邊坡襯砌施工以前，為了減少坑壁土體內部的積水和含水量，在護坡處埋設？準25塑料排水短管，一般1～2根，根據實際情況可作增減。護壁頂部地面設置排水溝，溝旁一定范圍的地面要抹水泥砂漿，以利地面排水。為保證施工安全，護壁頂部設置欄桿，材料可用？準25mm鋼筋或？準48mm鋼管架設；紅磚護壁水泥砂漿護面工程需與基坑開挖同時進行。為保證坡度滿足設計要求，保證平整度，在靠近設計邊坡附近，應停止使用大型機械開挖，采用人工挖鏟，以免擾動邊坡土體。對個別可能發生局部垮塌的部位，根據情況可用砌磚保護或立模現澆混凝土保護。為保證排除坑壁土體中的集水或滲透水，布置？準25mm塑料排水短管，伸入土體0.1～0.5m左右，縱橫間距一般為2～3m，個別部位可以增設排水管。坡頂一樣也要布置排水溝，并在地面一定范圍內抹水泥砂漿。安全欄桿設置位置距坡頂邊緣的距離應在0.5～1m左右，以免欄桿受力后引起坡頂垮塌。

3 深基坑工程中應引起重視的幾點意見和建議

根據以上分析，并結合筆者自身的認識和工作經驗，對高層建筑深基坑的開挖與支護中容易出現并應引起重視的幾個問題，談談自己的認識，并提出幾點建議：

3.1 地下水控制

在所有影響因素中，地下水控制是深基坑工程的難點。由于土質和地下水位的條件不同，深基坑開挖的施工方法也不相同，有時在沒有地下水的情況下，基坑可輕易挖到5m甚至更深，但地下水位較高時，特別是砂土式粉土，挖到3m，也可能發生塌方，地下水在土體的滲流，會造成基坑坡面及坑底會發生流砂和管涌等現象，惡化施工作業條件，甚至造成基坑坍塌的重大事故。地下水控制方法有降水、截水和回灌等幾種形式。

3.2 地質勘察

對勘察單位而言，勘察結果直接關系到基坑的安危及成本，同時也是深基坑設計的依據，應引起高度重視。而在勘探過程中，勘探孔尤其重要。由于一般鉆孔較稀，故可能存在一個鉆孔代表較大范圍的情況，所以每一層位均應嚴格按規范劃分清晰，尤其是不良地質因素，在允許的有條件的情況下，勘探孔應涉及坑外錨索或土釘可能延長到的范圍。

3.3 土體加固

地質環境對深基坑的開挖與支護也有很大的影響，基坑及周圍地層的土體要進行加固；在軟弱土層，如在沿海城市地區，只有擋土圍護的基坑在開挖時，仍然會使周圍土層產生一定的變形，這些變形對周圍環境產生了不利影響，基坑底有承壓水存在，坑底若被承壓水頂破而發生涌砂，降起，基坑就相當危險，在地下水位以下的松砂礫或滲透性較大的地層中，會發生固擋土結構縫隙滲漏，因此應進行加固。

4 結束語

在高層建筑工程中，深基坑的開挖與支護是非常重要的組成部分，對整個工程的造價、工期、質量都有十分重要的影響。現階段深基坑倒塌事故時有發生，對工程造成極大的危害，因此，要不斷加強對高層建筑深基坑的開挖與支護的研究，提高技術水平，促進我國建筑行業的健康穩定發展。

參考文獻

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作者簡介：夏于忠（1978-），男，貴州遵義人，本科，工程師，主要從事建筑工程施工管理工作。