超深基坑開挖與支護在機械化路橋施工中的穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)

中圖分類號 TU753 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）08-0086-03

0 引言

超深基坑作為大型橋梁、隧道及高層建筑等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其開挖與支護的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個工程的安全與質(zhì)量。超深基坑施工具備大深度、大面積、技術(shù)含量高、施工難度大、施工復(fù)雜性較高以及多變性的特點[1，這些特點要求施工單位在施工過程中必須嚴格遵守施工規(guī)范，加強施工監(jiān)測和管理，確保施工安全和工程質(zhì)量，并且采用高效的施工技術(shù)進行施工。機械化施工是路橋施工中一種常用技術(shù)，是指通過合理地選用施工機械、科學(xué)地組織施工以完成路橋工程作業(yè)的全過程，在施工過程中，根據(jù)工程的具體情況和要求，合理選擇和配置施工機械，制定科學(xué)的施工方案，并嚴格執(zhí)行施工管理規(guī)范，提高施工效率[，加快工程進度，同時保證工程質(zhì)量和施工安全。因此，為掌握超深基坑開挖質(zhì)量與支護效果，該文以實際工程為例，分析機械化施工技術(shù)在路橋施工中的穩(wěn)定性，并研究其控制技術(shù)，為超深基坑施工管理提供可靠依據(jù)。

1超深基坑開挖與支護穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)

1.1工程概況

該文以某地區(qū)的橋梁道路工程為例展開相關(guān)研究，該工程為高架工程，其標(biāo)準(zhǔn)跨徑為 3 0 m ，主要以單跨簡支梁結(jié)構(gòu)為主，基礎(chǔ)形式為鉆孔樁，樁端持力層為中風(fēng)化基巖。該工程的基坑設(shè)計開挖深度最深為 2 2 . 5 m ，局部開挖深度最淺為 1 8 . 2 m 。因此，工程中采用機械化進行基坑開挖，施工機械包含挖掘機、基坑開挖一體機、推土機、平地機以及壓路機等。該施工區(qū)域的土層相關(guān)詳細參數(shù)如表1所示。

1.2 超深基坑開挖支護結(jié)構(gòu)

超深基坑開挖可以看作為一個循環(huán)卸荷的過程，在該過程中，原土體自重應(yīng)力會隨著開挖的進行而發(fā)生改變，該改變會導(dǎo)致土體應(yīng)力的形成基坑的受力變形特性，導(dǎo)致基坑發(fā)生破壞[3]。結(jié)合該工程的實際情況以及周圍施工環(huán)境，為保證基坑開挖安全，避免發(fā)生基坑失穩(wěn)現(xiàn)象[4，采用鉆孔灌注樁為主，結(jié)合鋼筋混凝土完成基坑開挖支護，支護方案的示意圖如圖1所示。

該支護方案中，鉆孔灌注樁的直徑均為 0 . 8 m ，嵌入深度達到持力層，并且該結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用支撐錨桿對其進行支撐。

1.3穩(wěn)定性分析

1.3.1 支護結(jié)構(gòu)變形計算模型

為保證基坑支護效果，需分析該支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，該文深入剖析其穩(wěn)定性的量化指標(biāo)，并基于地層響應(yīng)與損失機制，創(chuàng)新性地構(gòu)建了支護結(jié)構(gòu)變形預(yù)測模型。此模型不僅精準(zhǔn)捕捉開挖過程中土體的動態(tài)行為，還通過詳盡的變形模擬揭示支護體系各組成要素如何協(xié)同作用以影響整體穩(wěn)定性[5]，能夠更好地分析支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

如果基坑深度和支護結(jié)構(gòu)的嵌入深度分別用 和 表示（m），從坑邊測量起，地表上發(fā)生的最大沉降位置到坑邊的水平距離用 表示，地表發(fā)生的最大沉降用 表示，深基坑開挖過程中支護結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的最大水平或豎向位移用 表示， 表示范圍，依據(jù)上述參數(shù)計算超深基坑開挖支護結(jié)構(gòu)的變形情況，計算公式為：

式中， u —變形量（mm）； z ——深度（m）； A 基坑支護結(jié)構(gòu)變形的包絡(luò)面積 ）； ω ——經(jīng)驗系數(shù)； 最大變形處和地表之間的距離（m）。

如果地表沉降的包絡(luò)曲線面積用 表示 ），其與 A 之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系為：

式中， η 1 比例系數(shù)。

如果 和 的比值與 和基坑總深度 H （m）比例之間為線性關(guān)系，則：

式中， 比例系數(shù)。

在上述公式的基礎(chǔ)上可計算地表沉降的影響范圍，公式為：

式中， φ ——摩擦角。結(jié)合工程的實測數(shù)據(jù)計算超深基坑開挖時地面沉降

曲線，其公式為：

式中， x ——實測數(shù)據(jù)。

在上述公式的基礎(chǔ)上，對 x 進行積分處理，以此實現(xiàn) 的求解，其公式為：

將公式（7）和公式（2）代入公式（1）中即可得出u （ z ） 的計算結(jié)果，依據(jù)該結(jié)果即可分析該超深基坑支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性結(jié)果。

1.3.2 基坑變形結(jié)果

將獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入上述公式中，計算超深基坑開挖支護結(jié)構(gòu)的變形情況，超深基坑變形參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

對表2測試結(jié)果進行分析后得出：該文設(shè)計的超深基坑的支護結(jié)構(gòu)的位移情況、土體內(nèi)部深層水平位移以及基坑周邊地表沉降存在不同的變化情況，其中，支護樁的樁體位移最為顯著，其中最大位移達到 6 8 . 2 2 m m ，土體深層水平位移相對較少，最大位移為 5 9 . 4 6 m m ，基坑附近地表沉降最大值為 5 4 . 2 2 m m 。

1.4支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制策略

結(jié)合超深基坑穩(wěn)定性的整體分析結(jié)果可知，支護樁的樁體位移最為顯著，支護樁作為基坑支撐體系的重要組成部分，其位移過大會導(dǎo)致支撐體系在垂直面和平面上的差異位移增大。這種差異位移會改變支撐結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，產(chǎn)生較大的次應(yīng)力和附加彎矩，從而增加支撐體系失穩(wěn)的風(fēng)險；并且支護樁的位移過大會直接加劇基坑的變形，包括基坑底部的隆起和基坑周邊的地表沉降。因此，該文針對此類情況進行控制，設(shè)計超深基坑外側(cè)搭接控制方案，該方案通過剛性連梁實現(xiàn)前后排樁的搭接，將前后排樁連接成一個超靜定結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)整體剛度大，能夠更好地抵抗基坑開挖過程中產(chǎn)生的側(cè)壓力，使支護結(jié)構(gòu)在復(fù)雜多變的外荷載作用下能夠自動調(diào)整結(jié)構(gòu)本身的內(nèi)力，使之適應(yīng)難以預(yù)計的荷載變化，增強了支護體系的穩(wěn)定性和安全性[]。超深基坑外側(cè)搭接控制方案的示意圖如圖2所示。

該控制方案首先在基坑內(nèi)側(cè)精準(zhǔn)安置一個尺寸恰當(dāng)?shù)倪^渡支撐墊塊，并隨即檢測當(dāng)前支撐結(jié)構(gòu)的強度是否超越設(shè)計強度的 80 % 基準(zhǔn)；若滿足此條件，則視為基坑的初期支護效能處于安全且高效的區(qū)間內(nèi)，隨后進行下一階段的換撐搭建作業(yè)。具體步驟包括在深基坑的現(xiàn)有支撐體系中增設(shè)第二層支撐結(jié)構(gòu)，巧妙地將側(cè)向輔助支撐板與深基坑的直立樁體進行穩(wěn)固搭接。這一過程不僅強化整體支撐系統(tǒng)的冗余度，還通過重復(fù)但優(yōu)化的施工流程，確保基坑的穩(wěn)定性與安全性得到進一步提升。該控制方案的詳細施工步驟如下所述：

步驟1：樁體設(shè)計參數(shù)確定。依據(jù)工程設(shè)計規(guī)格，精確界定樁的具體位置與幾何尺寸，包括其直徑、預(yù)定長度以及相鄰樁之間的間隔距離。

步驟2：鋼筋籠安裝。完成參數(shù)設(shè)定后，隨即進行鋼筋籠的精準(zhǔn)安裝，將其穩(wěn)妥放置于預(yù)定樁孔之中。安裝過程中，嚴格執(zhí)行垂直與水平雙重校正，確保鋼筋籠的垂直精度與水平穩(wěn)定性均達到設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)。鋼筋籠的制造亦需嚴格遵循設(shè)計圖紙，從材質(zhì)到形狀，每一細節(jié)均不容忽視，以保障其結(jié)構(gòu)強度與安裝質(zhì)量。

步驟3：焊接施工。為增強樁身的整體穩(wěn)定性，在其上部特設(shè)搭接區(qū)域，通過精密焊接工藝將相鄰的兩根樁體緊密相連。在焊接前，至關(guān)重要的是對樁身表面進行全面細致的預(yù)處理，包括徹底清除銹跡與雜質(zhì)，確保焊接界面干凈無污，這是保障焊接質(zhì)量的首要步驟。隨后，將兩根待焊接的樁體精確對準(zhǔn)至搭接段，實施預(yù)熱措施以優(yōu)化焊接條件。在焊接過程中，需嚴格監(jiān)控溫度與時間參數(shù)，確保焊接作業(yè)既充分又不過度，從而達成高質(zhì)量的焊接效果。并對焊接后質(zhì)量進行檢驗，確保焊接質(zhì)量。

步驟4：施工質(zhì)量檢驗。挖掘期間，務(wù)必維持樁孔的垂直度與直徑的精確性，嚴防偏差產(chǎn)生。挖掘完畢后，實施全面的樁身質(zhì)量檢驗，利用目視檢測、敲擊測試等多種手段，細致排查樁身是否存在裂縫、缺損等質(zhì)量問題。特別需要強調(diào)的是，樁體搭接作業(yè)需嚴格遵循基坑水平高度的限制要求，不可逾越既定高度界限，以免增大建筑外側(cè)壓力，影響后續(xù)內(nèi)部承壓結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計與安全搭建。

2 結(jié)果分析

依據(jù)上述策略完成深基坑開挖支護結(jié)構(gòu)控制后，為分析其控制效果，布設(shè)監(jiān)測點采集相關(guān)數(shù)據(jù)，同樣依據(jù)支護結(jié)構(gòu)變形計算模型進行計算，獲取控制后支護結(jié)構(gòu)的位移情況、土體內(nèi)部深層水平位移的動態(tài)演變以及基坑周邊地表沉降結(jié)果，如表3所示。

對表3測試結(jié)果進行分析后得出：通過超深基坑外側(cè)搭接控制方案進行基坑處理后，超深基坑的支護結(jié)構(gòu)的位移情況、土體內(nèi)部深層水平位移的動態(tài)演變以及基坑周邊地表沉降明顯降低，其最大值依次分別為 3 0 . 5 2 m m 、2 7 . 6 6 m m 一 2 5 . 7 3 m m 。對比表3中的結(jié)果，其明顯降低了基坑的變形程度，可提升超深基坑開挖與支護的穩(wěn)定性。

3結(jié)論

超深基坑在開挖時，支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對于基坑的開挖安全和質(zhì)量存在直接影響，因此，超深基坑開挖時需精準(zhǔn)掌握支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；當(dāng)穩(wěn)定性較低時需采取相應(yīng)的控制措施進行處理。該文結(jié)合實際工程情況展開相關(guān)研究，對支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行分析后設(shè)計相應(yīng)的控制方案，以此提升超深基坑支護結(jié)構(gòu)的支護效果，從而保證基坑開挖的穩(wěn)定性。

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