淺述建筑工程中深基坑支護施工技術的應用

文／范兵濤、盧維 西北綜合勘察設計研究院 廣東深圳 518101

引言：

隨著城市建設的不斷發展，越來越多的高層建筑、地下結構和地鐵工程需要在狹小的空間內進行施工。這就需要在建筑工程中應用深基坑支護施工技術，以確保工程的穩定和安全。深基坑支護施工技術是指在土方開挖過程中采取一系列支撐和保護措施，以防止基坑坍塌、地面沉陷和地下水涌入等問題的發生。深基坑支護施工技術的應用不僅直接影響工程的質量和進度，也對周邊環境和地下設施的安全有著重要影響。因此，深基坑支護施工技術的研究和應用具有重要的實踐意義[1]。近年來，針對深基坑支護領域的研究不斷深入，涌現出許多相關的綜述論文，對該領域的技術發展和應用進行了全面的總結和歸納。深基坑支護施工技術的發展趨勢、影響因素、支護結構選擇、安全管理等方面進行了深入探討。其中，一些研究關注于新型支護材料和技術的應用，如鋼支撐、鋼筋混凝土支護、土釘墻等，以提高施工效率和支護結構的穩定性。其他研究則側重于基坑開挖方法和順序的優化，以減小地表變形和影響范圍[2]。這些研究為深基坑支護施工提供了重要的參考和指導，有助于提高工程質量和施工安全。

1.深基坑支護施工技術的定義和特點

1.1 深基坑的定義

深基坑是指在建筑工程中為了建造地下結構或進行土方開挖而所需的較深的坑體。它通常是一個具有一定深度和較大面積的開挖區域，用于容納建筑物的地下部分或地下設施。深基坑的深度一般超過5 米，甚至可以達到幾十米，其形狀可以是方形、圓形或異形，根據具體工程需求而定。深基坑的定義包含了兩個關鍵要素：深度和用途。首先，深基坑相對于淺坑而言，具有較大的深度[3]。這是為了滿足建筑物地下結構的需要，例如地下停車場、地下商場、地下室等。深基坑的深度要求通常由建筑物的功能和設計要求決定。其次，深基坑的開挖是為了實現特定的用途，為地下結構的建設提供空間。深基坑的形狀和尺寸根據具體工程要求和設計方案而定，可以適應不同的建筑需求。

1.2 深基坑的特點和挑戰

土力學特性：深基坑受到地下土層的約束和承載，土體的穩定性對基坑的支護施工至關重要。土體的力學特性，如強度、壓縮性和剪切性，會對基坑的穩定性產生影響。不同的土層會有不同的土力學特性，因此需要根據具體的土質情況選擇合適的支護結構和施工方法。地下水問題：深基坑施工過程中，地下水位的控制是一個重要的挑戰[4]。地下水的涌入會增加土體的重量，增加基坑的側向土壓力，甚至引起坑底水平面的抬升，對施工安全造成威脅。因此，在深基坑支護施工中，需要采取適當的排水措施和防水措施，以控制地下水的水位和流動對基坑的影響。周邊建筑物的影響：深基坑施工可能會對周圍現有建筑物、地下管線和地鐵等結構物產生影響。挖掘過程中的地震、振動和變形可能導致周邊建筑物的沉降或破壞。因此，在施工前需要進行周邊建筑物的詳細勘察和結構分析，以確定合適的支護措施和施工方法，減小對周邊環境的影響，確保施工過程的安全和穩定[5]。深基坑的特點和挑戰需要在施工規劃和設計階段充分考慮，并采取相應的支護措施和管理措施來應對。通過合理的施工方法和技術，可以確保深基坑施工的穩定性和安全性，為城市建設提供堅實的地下基礎。

2.深基坑支護的重要性

2.1 工程穩定性的保障

深基坑的支護是確保工程穩定性的關鍵因素之一。在深基坑施工過程中，土體受到劇烈的變形和應力的作用，如果不采取適當的支護措施，土體可能會失穩，導致坍塌、沉降或坑底水平面的抬升等問題。這些問題不僅會對工程造成嚴重的損失，還可能危及工地人員的生命安全。為了確保工程的穩定性，需要根據具體的工程條件和土體特性設計合適的支護結構。常見的深基坑支護結構包括支撐樁、鋼支撐結構、深層土釘墻、預應力錨桿等。這些支護結構能夠承擔土體的水平和垂直力，并將其傳遞到更穩定的地層或支護結構上，確保基坑的整體穩定性[6]。支護結構的設計需要考慮土體的強度、變形性質和水力條件等因素。通過分析土體的力學特性和受力狀態，確定合適的支護結構類型、尺寸和間距，并計算支護結構的承載能力和變形性能。支護結構的施工過程需要嚴格控制施工質量，確保支護結構的安全可靠。此外，對于特殊情況下的深基坑工程，如軟土地區、高水位地區或鄰近敏感結構的工程，可能需要采用更復雜的支護措施[7]。例如，可以結合土壤改良技術，采用加固土體、加固地基或地下連續墻等方法，提高土體的強度和穩定性。

2.2 安全問題的防范

深基坑支護施工涉及到土方開挖、支撐結構的安裝和拆除、排水與防水等多個環節，其中安全問題是至關重要的考慮因素。深基坑施工現場存在著坍塌、滑坡、物體打擊、高處墜落等危險，如果不采取有效的安全措施，可能會導致嚴重的事故和人員傷亡。為了確保施工安全，深基坑支護需要制定詳細的施工方案，并嚴格執行安全操作規程。首先，對施工人員進行全面的安全培訓和技能要求，使其熟悉施工操作流程和安全操作規范。其次，在施工現場設置明確的安全警示標識和防護設施，包括安全圍擋、安全網、護欄等，以提供必要的安全保護[8]。同時，施工現場應配備必要的安全設備和工具，如安全帽、安全帶、護目鏡、手套等，確保施工人員的人身安全。定期的安全檢查和監測也是保障施工安全的重要手段。通過定期巡視施工現場，檢查支護結構和設備的運行情況，及時發現并解決潛在的安全隱患。同時，對施工現場進行安全監測，包括土體變形、支護結構變形和應力、地下水位等參數的監測，以及施工過程中的實時監控。這些監測數據可以及時提供施工安全狀態的反饋，確保及時采取必要的措施來應對潛在的安全風險。在深基坑支護施工中，還需要進行全面的風險評估，并制定相應的應急預案[9]。通過分析可能出現的風險和事故情況，制定應對措施和緊急救援方案，以減少事故發生的可能性，并能夠迅速應對和處理突發事件，保障人員安全。通過科學合理的支護設計和施工方案，以及嚴格的安全措施，可以確保深基坑施工過程的安全和穩定，保護工人的生命安全，同時保證工程的質量和可持續性發展。在整個施工過程中，工程管理人員和施工人員應密切合作，積極落實安全措施，不斷加強安全意識，共同確保深基坑工程的安全順利進行。

3.常見的深基坑支護施工技術

3.1 土方開挖技術

深基坑的土方開挖是工程建設中的重要環節，它決定了基坑的形狀和尺寸，并為后續工程提供了必要的空間。根據具體的工程要求和地質條件，可以選擇不同的土方開挖技術。常規開挖是最常見的土方開挖方法之一。它使用挖掘機、推土機等機械設備從地表開始逐層逐段地進行土方開挖。施工人員清理和運輸土方，逐步達到所需的基坑深度和形狀。常規開挖適用于較穩定的土體和較小深度的基坑。逆作法開挖是一種從基坑底部向上逐層逐段進行的開挖方法。它有助于減小基坑的變形和沉降，并降低地表震動對周圍建筑物的影響。逆作法開挖適用于較深的基坑和較不穩定的土體[10]。局部開挖是指在基坑周邊或特定位置進行有選擇性的開挖方法。它可以減少對周圍建筑物和地下管線的影響，保護周邊環境的穩定性。局部開挖常用于城市中心區域或密集建筑物周邊的基坑施工。在選擇土方開挖技術時，需要考慮地質條件、土體穩定性、施工效率和成本等因素。根據工程的具體情況，結合相關專業人員的建議和經驗，選擇最適合的土方開挖技術。

3.2 土方支撐結構的選擇

土方開挖后，為了防止土體失穩和坍塌，需要采取適當的土方支撐措施。選擇合適的土方支撐結構可以提供必要的支撐和約束力，保持基坑的穩定性。鋼支撐是一種常用的土方支撐結構，由鋼板樁、鋼梁、鋼管等組成。鋼支撐具有強度高、剛度大的特點，適用于較大深度和較大變形的基坑。它可以提供可靠的支撐力，有效控制土體的變形。混凝土支撐是通過灌注混凝土構成的支撐結構。常見的形式包括混凝土梁、墻體等。混凝土支撐具有穩定性好、耐久性強的特點，適用于較深的基坑和長期使用的情況。它可以提供剛性支撐，防止土體的塌方和坍塌。土釘墻是一種通過在土體中預埋鋼筋，并用混凝土面層進行加固的支撐結構。土釘墻具有施工簡便、適應性強的特點，適用于較薄土層和較小變形的基坑。它可以提供有效的水平支撐，抵抗土體的側向壓力[11]。在選擇土方支撐結構時，需要綜合考慮土體的穩定性、承載能力、變形特性以及施工成本和工期等因素。工程設計師和土木工程專家會根據具體工程要求和地質條件，進行合理的土方支撐結構選擇。他們會進行詳細的工程分析和計算，結合經驗和實際情況，評估每種支撐結構的適用性和可行性。綜合評估包括考慮土體的強度和變形特性，確定所需的支撐剛度和強度。同時，還需要考慮施工的復雜性和經濟成本。根據基坑的深度、土質特性、周圍環境條件和工程要求，選擇最合適的土方支撐結構。在實際施工中，還需要進行監測和控制，確保土方支撐結構的穩定性和安全性。定期檢查土體變形和支撐結構的狀況，采取必要的調整和加固措施，以保證施工的順利進行和工程的安全完成。通過合理的選擇和設計，可以確保基坑的穩定性，并為后續工程提供良好的施工條件。在實際施工中，需要密切監測和控制，及時采取必要的措施，以保證施工的安全和質量。

3.3 墻體支撐技術

墻體支撐技術是深基坑工程中常見的支護施工技術之一。在土方開挖過程中，墻體支撐用于防止土體坍塌和保持基坑的穩定。常見的墻體支撐結構包括鋼板樁、混凝土樁、橡膠軟管樁等。這些墻體支撐結構通過與土體相互作用，形成一個穩定的框架，承受土壓力，防止土體的移動和變形。鋼板樁是一種常用的墻體支撐結構，它由鋼板沿基坑周邊垂直打入土體中形成一道連續的豎向墻壁。鋼板樁可以通過不同的連接方式形成連續墻體支撐系統，如槽鋼連接、折板連接等。鋼板樁具有較高的剛度和強度，適用于較硬土層和巖石地層，能夠有效地抵抗土壓力和保持基坑的穩定性。混凝土樁也常用于墻體支撐。混凝土樁可以通過灌注、鉆孔灌注樁或預制樁的形式施工。混凝土樁作為墻體支撐結構，具有較高的承載力和穩定性，適用于不同類型的土層，尤其是在軟土地區應用廣泛。混凝土樁的設計和施工需要考慮樁身的強度和穩定性，以及樁與土體之間的相互作用[12]。橡膠軟管樁是一種相對較新的墻體支撐技術。橡膠軟管樁通過將高壓水注入軟管內，使軟管在土體中膨脹，形成一個均勻的支撐體系。橡膠軟管樁適用于軟土層和含水層，具有施工便捷、環保無污染等優點。然而，橡膠軟管樁的承載力較低，一般適用于較小規模的基坑施工。在墻體支撐技術的選擇中，需要綜合考慮土體特性、工程要求、施工條件和經濟性等因素。無論采用何種墻體支撐結構，施工過程中需要嚴格控制墻體的豎直度和水平度，并及時采取加固措施，以確保墻體的穩定性和施工質量。墻體支撐技術的正確應用能夠確保深基坑工程的安全和順利進行。

3.4 錨桿支護技術

錨桿支護技術是一種常用的深基坑支護技術，用于增加土體的抗拔能力和抗滑能力。錨桿通常由錨桿體、錨桿套筒和錨桿頭組成。錨桿體通過鉆孔灌注或預埋方式固定在土體中，然后與錨桿套筒和錨桿頭連接，形成一個整體的錨桿支撐結構。錨桿支護技術適用于較深的基坑和較松散的土體條件。通過錨桿的預應力作用，可以有效地抵抗土體的水平推力和豎向位移，提高基坑的穩定性。錨桿的布置和錨固力的控制需要根據土體特性和設計要求進行合理的設計和施工。錨桿支護技術具有較好的適應性和可靠性，被廣泛應用于高層建筑、地下結構和地鐵工程等領域。它可以有效地控制基坑周邊土體的變形和位移，保證施工過程中的安全性和穩定性。在錨桿支護技術中，首先需要進行土體的勘探和分析，確定土體的力學性質和穩定性。根據土體的特點和基坑的要求，設計合理的錨桿布置方案。鉆孔灌注是常用的錨桿施工方式，通過鉆孔將錨桿體固定在土體中，然后注入灌漿材料使其固化。預埋錨桿則是在土體開挖前預先埋設好錨桿，在土方開挖過程中起到支撐作用。錨桿支護技術在施工過程中需要嚴格控制錨桿的質量和錨固力的控制。質量控制包括錨桿的制作、安裝和固定過程，確保錨桿的強度和穩定性。錨固力的控制涉及預應力的施加和調整，以保證錨桿對土體的有效約束力。

結語：

土方開挖技術和土方支撐結構的選擇對于深基坑工程的穩定性和施工效率至關重要。在開挖過程中，選擇合適的開挖方法和支撐結構可以確保土體的穩定，并減少對周圍環境和建筑物的影響。因此，工程設計師和土木工程專家需要綜合考慮地質條件、土體性質、工程要求和經濟成本等因素，進行合理的選擇和設計。在實際施工中，還需要進行監測和控制，及時調整和加固土方支撐結構，確保施工的安全進行。同時，定期檢查土體變形和支撐結構的狀況，采取必要的措施解決問題。這樣可以保證基坑施工的順利進行，并保證工程的質量和安全。需要指出的是，每個具體工程都有其獨特的特點和要求，因此在選擇土方開挖技術和支撐結構時，需要根據具體情況進行綜合評估和決策。此外，不斷的研究和技術創新也為土方開挖和支撐結構提供了新的方法和工具，以進一步提高施工效率和工程質量。