建筑工程基坑支護設計分析

朱嘉毅

(四川省建筑科學研究院有限公司，四川成都 610000)

1 工程概況

中鐵城·閱湖和庭項目規劃總建筑面積約19.3×104m2，地面建筑面積14.0×104m2，地下建筑面積5.3×104m2，主要由4棟32層高層住宅。2棟29層高層住宅，3棟11層高層辦公樓，2棟9層高層辦公樓及單層商業建筑組成。工程局部設有地下室，其中東側為一層地下室，西側為兩層地下室。一層地下室最大開挖深度為5.3 m，兩層地下室最大開挖深度為9.55 m，基坑開挖過程中為保證基礎施工安全，須對開挖形成的基坑進行基坑支護設計。

2 建筑工程基坑支護設計影響因素

2.1 基坑位置及周圍環境

基坑所處的位置在較大程度上決定了基坑支護設計技術的分析與選擇，主要包括 地質、水文、土質，以及施工便利性等因素。水文地質主要決定了基坑支護的所需強度，必須選擇有效的支護設計，避免支護軟弱。此外，道路交通等周圍環境因素也是基坑支護設計中需要考慮的重要因素，其涉及到后期設備、車輛等進場施工的便利性。

2.2 建設規模及使用年限

建設工程的規模，尤其是基坑開挖的周長、深度等決定了工程重要性等級，這是在基坑支護設計過程中所必須考慮的因素，結合對安全等級的具體要求，采用相應強度的支護設計。本工程案例中，一層地下室最大開挖深度5.3 m，兩層地下室最大開挖深度9.55 m，所以建筑工程重要性等級為二級，基坑設計需達到的安全等級為二級。此外，在基坑設計中還需充分考慮基坑支護結構設計使用年限，一旦基坑支護結構超過使用期限后未進行回填，則需對支護體系進行安全鑒定。

2.3 基坑對周邊影響

首先是對地下管線的影響，包括到電力、電信通訊電纜、污水、供水、天然氣管道等，基坑施工前應再次查明這些管線位置及其埋深。結合對施工現場的詳細調查，對基坑支護結構及基坑開挖進行合理設計，避免對周邊居民正常生活造成不良影響。其次是地面沉降的程度。基坑開挖過程中可能會引發地面沉降問題，尤其是在使用管井降水，明挖順作法施工時，工程施工引起地面不均勻沉降現象較為常見，應事先做好對周邊道路下沉、傾斜、開裂，甚至造成破壞性影響的預防與應對措施。在施工前應在周邊道路人行道上布設觀測點，進行系統、全面的跟蹤測量，信息化施工。根據監測結果及時調整施工方案，如出現異常情況，應立即停止施工，及時采用補救措施，確保道路安全。

3 建筑工程基坑支護設計依據與主要原則

在對建筑工程基坑支護進行設計過程中其主要依據包括施工區域的地質勘察報告、項目基礎布置圖、設計總圖等，以及巖土工程勘察規范、建筑基坑支護技術規程、建筑深基坑工程施工安全技術規范等相關技術規范，以及相關的法律法規，確保基坑支護設計合理、合規、合法。

在對建筑工程基坑圍護結構進行設計過程中，為確保其結構的穩定性、安全性，必須結合對工程規模分析確定基坑圍護安全等級與結構重要性系數，進而采用結構荷載模式對圍護結構進行分析，確定支護重點與可能存在的支護問題。在具體設計過程中必須充分遵守以下幾個設計原則：

(1)采用動態化與信息化設計方式。基坑圍護結構設計應與現場監測相結合，根據現場監測反饋信息及時進行分析，達到動態設計和信息化設計的目的。

(2)圍護結構應能有效地控制變形，確保基坑與周邊建筑物安全、穩定，以及四周道路、各類管線使用安全。

(3)預應力錨索應進行抗拔承載力試驗。

(4)基坑土方開挖遵循分層、平衡、適時性原則。施工前應做好施工組織設計，采用分層支護設計和開挖高度應與預應力錨索的豎向間距相對應，以預應力錨索下0.5 m深為分層界限。

4 建筑工程基坑支護選型分析

4.1 基坑支護結構的形式

4.1.1 放坡開挖

這種支護形式較為適用于施工場地較為開闊，且無重要建筑物等施工條件。且建筑工程基坑支護只需確保穩定，對于位移的控制方面要求不高。具備施工成本低，土方回填量大的應用特點。

4.1.2 土釘墻支護

土釘墻支護是較為新型的基坑支護形式，能夠有效彌補放坡開挖穩定性不足，或者施工條件受限的不足。這種支護結構在國內外已得到較為廣泛與成功應用，技術與經濟效果都較為明顯。土釘墻支護結構主要是由鉆孔注漿式土釘、原位土體、噴射混凝土面組成，在打入式土釘、打入注漿式土釘等不同面層有著較好的應用普遍性。值得注意的是，土釘墻支護對于土體臨時自穩能力要求較高,以便為土釘墻施作預留充足時間。

4.1.3 地下連續墻支護

地下連續墻是一種是在泥漿護壁條件下，采用分槽段的方式構筑起來的鋼筋混凝土墻體。這種支護形式具備剛度大、防滲性好的應用優勢，對于工作復雜條件都要著較好的適用性，在水壩防滲墻以及城市建筑深基坑圍護結構中都有著較好的應用效果。尤其是隨著技術、施工方法、施工設備不得發展改進，地下連續墻發展至今，不但能夠作為基坑施工擋墻圍護結構,而且可以充當建筑主體的結構側墻。

4.1.4 排樁支護

排樁支護結構主要采用鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、鋼板樁及預制鋼筋混凝土板樁等作為主要受力構件，實現樁與樁之前的有效連接起,鉆孔灌注樁之間也可采用混凝土樹根樁的形式進行連接。采用擋土板對鋼板樁與鋼筋混凝土板樁進行設置，可以形成嚴密、穩定的圍護結構。此外，還可以通過設置內支撐桿來提高排樁支護的剛度與穩定性。

4.1.5 錨固支護

錨固支護指的是在排樁支護基礎上在其樁頂加設一條鎖扣粱，也可以在樁頂其他合適位置加設錨桿,以此改變懸臂樁受力性能。但是，對于基坑深度較深，影響因素較為復雜的基坑支護采用錨固支護會發生較多事故。因此，錨固支護只適合在深度較淺、影響因素較為簡單的基坑支護設計中應用。

4.1.6 錨噴支護

錨噴支護技術應用興起于70年代末80年代初，其原理主要是利用混凝土砂漿在高壓下高速噴向受噴面，使其與土層之間產生嵌固作用，達到對邊坡受力條件與側向位移的有效改善與控制，確保邊坡穩定，在大型建筑工程中的邊坡治理、隧道支護等方面有著較為普遍的應用，通常是與土層錨桿和擋土板一共組成基坑支護結構。相比于其他傳統邊坡支護形式，錨噴支護具備更好顯著的穩定性與經濟性。除此之外，錨噴支護基坑，具備及時、快速、隨挖隨支、同步基坑開挖、不需獨立工期、施工場地占用面積小的應用優勢。

4.1.7 勁性水泥土攪拌樁支護

通過在水泥土樁內插入H型鋼、鋼管、鋼板樁等方式，實現承受荷載與防滲擋水能力的有效結合,達到增強支護結構受力與抗滲性能的目的。這種支護形式在施工過程中不會產生較大噪音，進而不會對周圍生活環境造成較大影響，不但結構強度較好，而且適用于所有的水泥土攪拌樁,尤其是在粘土和粉細砂為主松軟地層支護中的應用效果最為明顯，甚至不用另設擋水帷幕。同時能夠配合多道支撐，實現對深基坑的有效支護。除此之外，勁性水泥土攪拌樁在一定條件下能夠取代地下圍護充當地下連續墻,若是采用一定措施對H型鋼等受拉材料進行回收,其施工成本將遠遠小于地下連續墻，因此具備較好的發展前景。

4.2 基坑支護結構選型

對于基坑支護設計而言，其首要工作就是實現對基坑支護型式合理選擇，此過程需要對工程地質條件、周邊環境、不同支護型式的特點、支護造價等進行全面分析。一般來說，若是施工地質條件較好,周邊環境要求較為寬松的情況可采用土釘墻等較為柔性支護方式；若是周邊環境要求較高,則應考慮采用排樁、地下連續墻等剛性較好的支護方式，更好地控制水平位移。對于周邊環境要求較高，但是地質條件較差的情況，應采用內支撐型的支護方式，不可采用錨桿支護，避免擾動周邊土體而影響周邊環境安全；同時若是基坑深度較深，應考慮采用地下連續墻加水泥拌樁的混合支護型式，確保周邊環境安全。對于案例工程基坑設計而言，其關鍵點在于控制基坑開挖變形。基坑圍護結構要求有較大的剛度，防止基坑開挖導致周邊產生不均勻沉降.根據上述考慮，經綜合分析計算，基坑支護采用放坡開挖支護、噴錨支護、土釘墻支護等混合支護形式。如在一層地下室各段支護在采用噴錨支護；二層地下室采用排樁支護、噴錨支護、自然放坡開挖的支護方式。

5 建筑工程基坑支護設計的優化措施

5.1 科學制定基坑支護設計方案

基坑支護設計方案將會對后續施工進行有效指導，所以非常有必要在施工前科學制定基坑支護設計方案。首先，在進行基坑土體開挖前，有關作業人員應當要對施工項目進行全面細致的了解，同時親自到作業現場開展考察工作，對施工環節可能會產生的各類問題展開細致探討，深入探討作業每一環節所需要使用到的施工方法、設備、材料、作業環境與規程等，從而制定出具有較強可行性的設計方案，在確保其與施工要求相符的同時，還可以有效指導基坑支護作業的開展與管理，方便作業環節以及后期技術管理與評估。

5.2 采用有效的變形控制方法

在進行基坑設計計算時，較為簡單且常用的方法就是極限平衡理論，同時其對于計算基坑支護結構設計具有一定參考意義。但是，該種理論運用到深基坑支護結構中有著一定局限性，僅可確保支護結構強度，無法達到支護結構剛度需求。如若支護結構出現變形那么會對整體建筑工程施工質量產生較大影響，所以在具體設計環節務必要將支護結構剛度與強度有效考慮在內，嚴格控制其變形程度在規定要求范圍當中，將地面超載與平面應變情況明卻下來，盡量減小其對支護結構產生的消極影響。

5.3 對基坑支護結構設計計算水準進行優化

當前基坑支護結構復雜性越來越強，包括了開挖基坑方式與支護結構形式相結合、受力結構結合水結構、臨時型支護結構結合永久性支護結構等，而這無疑會對支護結構的受 力壓力產生較大影響，也使得具體受力情況更為復雜，因此必須要積極采取新的方式來對支護結構進行計算，并不斷優化基坑支護結構設計計算水準

6 結束語

基坑支護對于建筑工程的穩定與安全而言具有非常重要的影響，所以做好基坑支護設計工作的重要性不言而喻。在實際設計過程中要求工作人員能夠全面了解建筑工程基坑支護設計影響因素，并結合實際情況來采取有效的設計方法，切實提高整體建筑工程的設計水準與質量。