高層建筑深基坑支護技術及常見問題分析

王 飛 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230032）

1 引言

隨著中國經濟的快速發展，城市的人口數量也在迅速增加，這對城市的空間提出了新的挑戰，而解決這一問題的有效方法便是建立高層建筑物。大量實踐表明，深基坑支護技術為增強高層建筑物施工的安全性和穩定性做出了巨大貢獻[1]。鑒于此，有必要對深基坑支護技術展開研究，以便為后續實際工程提供指導。

2 深基坑常用支護結構類型

我國地域面積遼闊，東西、南北地理的差異性很大，土壤構造的差異性也很大，故深基坑支護技術的使用也存在明顯的地域性。影響深基坑支護技術選擇最重要的因素便是土壤的構造，因此，在實際施工中，應當依據當地的土壤特性來選擇與之對應的支護結構，以保證建筑的質量。

從支護結構的工作原理和材料屬性出發，可將支護結構劃分為三大體系[2]，分別為水泥擋土墻體系、邊坡穩定式體系、排樁和板墻式體系。具體見下圖。

2.1 放坡開挖

該類型的支護結構對場地的要求比較高，適宜在開闊、周邊無重要建筑、地下水較深的場地使用。在具體使用時，也可以結合其他支護方式一同使用。

2.2 水泥土重力式擋土墻

該支護方式是利用深層攪拌機械強制攪拌或者高壓噴射注漿法使得固化劑（水泥、石灰等）和軟土之間發生一系列物理化學作用，讓軟土硬化成樁。該方式利用基坑內的原位土并在此基礎上形成重力式擋土墻，從而保證基坑具有極強的穩定性。此外，由于水泥、石灰等材料的滲透系數極小，也可兼作止水帷幕。該支護方式適用于地基承載力標準值低于120 kPa的粘性土等軟地層區域且開挖深度低于7m的基坑工程，實踐表明，當基坑開挖深度為4～6m時，該法可以取得較理想的效果。

常用基坑支護結構類型

2.3 土釘墻支護結構

該體系最早可追溯到法國的新奧法理論，在我國最早使用于太原的柳灣煤礦邊坡工程[3]。土釘墻是由土釘、面層、土體組成的具備自穩機能的擋土墻，它通過在土體內成孔、加鋼筋、注漿、土層編網、噴層等步驟，使土體和土釘共同作用，以增加土體的抗拉和抗剪強度，從而增加土體的穩定能力。

2.4 地下連續墻

地下連續墻最早是由意大利人C.Veder在1950年開發的，并應用于Senta Malia大壩的防滲墻[4]（劉建航，1997）。目前這項技術已基本成熟，應用極為廣泛，很多工程選擇將地下連續墻同時用作支護結構和主體結構的基礎部分，這種方式稱為“兩墻合一”。這種方式最突出的優點便是在縮減成本的同時也保證了工程的經濟效益，所以在實際工程中被廣泛使用。

2.5 排樁支護

由于地下連續墻工程施工技術較為復雜，施工難度大，故對周圍環境因素不復雜的基坑，常選擇排樁支護的方式對其進行支護，該支護方式由支護樁、支撐（或土層錨桿）及防滲帷幕等組成。排樁可根據施工情況為懸臂式支護結構、拉錨式支護結構、內撐式支護結構和錨桿式支護結構。排樁支護最大的優勢就是操作簡便、成本低、無需專門的設備支撐，故被廣泛應用在各類深基坑的支護工程中。但排樁支護也存在明顯的缺陷，即隨著基坑深度的增加，面臨失穩的可能性就越高，造成的危害也越大。

3 問題分析及應對措施

3.1 常見問題

3.1.1 施工單位意識淡薄

支護結構多為臨時性的，換句話來說就是在施工完成后支護也就伴隨失去原本的作用。所以一些建設單位、施工單位意識上能省就省，設計留有的安全裕度較低；殊不知基坑支護結構為不確定性及復雜性，如果出現結構失穩的問題一方面對于基坑自身的安全性造成了極大的隱患，同時對于施工周圍的建筑環境安全性構成了威脅，甚至會出現經濟重大損失與人員的傷亡等。

3.1.2 對環境條件的影響考慮不充分

具體到建筑基坑支護工程，由于需要開挖一定深度的土地，所以或多或少的給地下設施造成不利影響。若未在施工前對環境條件進行充分考慮，則會導致施工中的各種問題。比如，如果施工地區地下水位偏高，在施工中如果沒有考慮好防滲水工作，則容易造成地下室隱患。

3.1.3 施工質量達不到設計要求

在支護樁對稱布筋中，鋼筋籠放置的方向存在偏差；澆灌混凝土的方式不合理，造成支護樁表面露筋；土釘實際尺寸同前期設計尺寸不相符，傾角也和前期設計存在差異；支護不及時，挖土與支護脫節；在地下水以下打錨桿或土釘時，由于操作不當使水砂從鉆孔中大量流出而導致基坑周圍地面下沉及建筑物裂縫現象。上述問題均有可能使支護結構的效果無法達到設計要求，從而影響整個工程的質量。

3.2 應對措施

以上出現的各類問題的本質還是由于施工單位的意識較為單薄，沒有認識到深基坑支護工程施工技術的復雜性。

①基坑支護工程不論大小，均要嚴格實施各項監測方案，利用觀測設備對周邊土坡的位移與沉降實時監控，用信息化手段來指導現場的施工，現場遇到特殊情況應及時采取相應的措施去應對。

②設計具體施工方案時，要時刻注意土層內部地下水的狀態，杜絕發生水患，確保施工的安全。

4 工程實例

4.1 工程概況

某深基坑深6.5m，寬12m，坑底以下多為粘性土與砂土，有承壓水存在。施工過程中，采用1∶1.25邊坡放坡開挖，引入二級輕型井點。當開挖深度達到設計標高值時，坑底出現了隆起現象，24h后隆起值達到20cm，48h后隆起值為30cm，36h后隆起值達到了1.5m，隨著隆起值的不斷增加，坑底出現了開裂的現象，形成流砂，最終導致了坡頂地面下陷，邊坡失穩破壞。

4.2 事故原因

隨著基坑開挖深度的不斷增加，坑底承壓水的覆蓋土層重量減少，而井點降水深度不夠，這就使得坑底的承壓水不斷沖擊坑底土層，最終造成坑底裂開，繼而形成流砂。由于流砂的作用，周圍地基土被掏空，土的抗剪強度大幅度下滑，進而引發了邊坡滑坡與地面沉降的事故。

4.3 處理方法

4.3.1 注漿加固法

深基坑在開挖的過程中，應在周圍建筑物下方布置一定數量的監測點，當由實時監測數據得知深基坑的開挖造成建筑物沉降值不斷增大時，要及時在其下方進行注漿加固。注漿法也是實際施工過程中為最常見、最有效的加固方法。但在注漿加固的過程中要時刻注意注漿壓力與速度，防止注漿壓力超過受注土層的自重和強度，對建筑物造成新的危害。

當支護結構自身形變量較大時，應對支護樁前后的土體進行注漿加固。加固樁后的土體能夠有效的降低主動土壓力；加固樁前的土地能夠提升被動土壓力，并且消除坑底隆起現象，增加基底土的承載力。

4.3.2 隔斷法

這種方法的關鍵在于在被開挖的基坑和周邊建筑物間設置隔斷墻體，由該結構來分擔基坑開挖引起的土的側壓力，在特定環境下該墻體也可起到防水帷幕的作用。隔斷墻對周圍建筑物能起到保護及加固的作用，防止基坑失穩而導致周圍建筑物的損壞。

4.3.3 降水法

當基坑開挖過程中發生嚴重的涌砂現象時，應及時在基坑底部設置深管井或采用井點降水。同時，由于降水可能會造成周圍地下管線及地表建筑物較大的形變，故應在基坑周圍設置回灌井，以此來確保周圍建筑物的安全。

4.3.4 坑底加固法

該法用于處理基坑底部隆起或者流砂的問題時效果較為顯著，其原理是通過在基坑底部采取壓力注漿等措施來提高基坑底部土體的抗剪強度，同時也可起到一定的防滲作用，從而對基坑坑度的土體起到保護加固的作用。

4.3.5 卸載法

該法主要用于支護結構頂部的位移量偏大的環境條件下，其原理是通過挖掉樁后一定深度的土體來減小樁后土壓力。這種方案能夠有效的減小樁頂位移，避免其發生傾覆現象，不過其對周邊場地環境的要求較高，故只有在周圍場地條件允許的條件下才能使用。

5 結語

綜上，隨著城市化進程的不斷加快，國內建筑工程越來越離不開深基坑支護技術。與此同時，深基坑支護施工對于施工技術的要求較高，這就要求施工單位切實提高重視度，按照制定好的施工方案施工，杜絕出現施工過程中各種不合理的現象，做到在合理利用地下空間的同時，保障工程的質量，降低安全隱患，提高建筑工程的安全性和穩定性。