岩土工程深基坑支护设计与施工中存在的问题及对策

2020-03-09张恩重

工程技术研究 2020年12期

张恩重

（山东省地矿工程勘察院，山东济南 250014）

地下空间的开发必然导致基坑周边环境的复杂性，尤其在城市中心进行施工时，由于周边都是建筑物，这种情况下进行深基坑的开挖，受到周围环境的影响比较大，不仅使得深基坑的安全风险更大，而且对工程周围的建筑的安全也有非常大的影响。因此，对于新建的基坑在设计过程中，必须考虑周围环境的影响，还要符合发展的新要求以及安全要求，在此基础上还要节省成本，获得更大的经济效益。在建筑施工中，必须到施工现场进行详细的调查，然后给出合理的设计方案，从而保障深基坑工程建设可以更好地开展。当前，深基坑设计过程中，最重要的问题就是安全问题，深基坑支护容易出现变形，这对于深基坑支护的安全性影响非常大，必须得到解决。

1 研究岩土工程深基坑支护设计与施工问题的重要性

岩土施工中存在诸多不安全因素，工作人员需要对工程内部的结构进行了解，并熟知施工要求，做好深基坑支护设计与施工。通过深基坑的支护设计和施工工序，可以让施工人员对施工作业有进一步的了解，同时也为施工人员提供更安全、更可靠的工作环境。

当前，高层建筑中深基坑支护设计的应用越来越广泛，地下空间的开发已然成为城市发展的一大热点，在城市建设过程中，对于深基坑支护的质量要求更高，要求其满足安全可靠、经济节约的需要，同时还要考虑到周边环境的影响。这些原则需要贯穿整个深基坑支护设计和项目施工的全过程，保证深基坑支护结构的安全性与可靠性，预防深基坑工程施工事故的发生。

2 岩土工程深基坑支护设计中存在的问题

2.1 支护结构侧向土压力的计算问题

在岩土工程中，挡土结构端部嵌入土中，土对结构变形的约束作用与通常结构支撑不同，土的变形影响是不可忽略的。考虑到这一特点，嵌入端不能按固定端进行计算。上部锚杆作为腰梁的支撑点，其变形影响也至关重要，而且不能将其视作铰支座。因此，在实际计算过程中，土和锚杆对挡土结构的支撑作用应视为弹性支座，支护结构常采用平面杆系结构弹性支点法来计算，按平面结构进行分析得到的支点力作为荷载反向施加在支撑上，同时计算应满足变形协调条件。

2.2 支护结构的空间效应

在深基坑支护结构设计与施工过程中，基坑一旦出现较大的水平位移，或者是发生变形，对于周围的土体的状态会产生较大的影响，使得土体产生两边小、中间大的情况，并沿着基坑附近不断向基坑内进行扩展，造成深基坑支护体系的失稳，影响深基坑结构的稳定性和安全性。据调查，深基坑失稳主要是空间位移造成的。在最初进行支护结构设计时，没有考虑空间效应带来的影响，只是单一地将剖面作为一个独立的计算单元进行设计，这种设计显然是不合理的。因此，深基坑支护在设计的时候应充分考虑空间结构的关系，需要对支撑结构进行一定的调整，从而适应空间位移。

2.3 支护结构设计计算不符合实际受力情况

在深基坑支护设计过程中，很多设计单位多从理论层面进行设计，然而在设计的施工过程中，深基坑支护的受力是非常复杂的，往往比受力平衡体系还要复杂得多，因此不仅要在理论上进行考虑，还要在施工过程中根据实际情况全面考虑多种因素。而且，在岩土设计中有些理论还不够成熟，设计人员在设计过程中不能完全依赖计算，还要结合实际地质环境综合考虑设计方案。在进行深基坑支护设计的过程中，不能只考虑静态受力平衡，还要考虑支护结构动态受力情况，这样才能设计出符合要求、符合实际的支护方案。

3 岩土工程深基坑支护施工中存在的问题

3.1 施工过程与施工设计不符

在岩土施工过程中，深基坑整个施工周期一般是由设计和施工两个团队共同负责的，设计团队在设计过程中经常只考虑理论部分，施工团队则要考虑更多实际的支护情况和问题。因此，设计团队与施工团队之间就需要更多的交流，否则可能会造成设计与施工不能完美地结合，并出现脱节的情况。施工团队在实际施工中，可能会为了施工方便抑或是考虑施工成本而违背设计原则，这就导致基坑支护存在安全隐患，最终造成更多严重质量问题，导致施工工程不达标，造成难以挽回的损失。

3.2 施工人员对技术掌握不熟练

虽然很多施工单位的施工技术都相对比较先进，但是基础施工人员往往对于施工技术的掌握不够熟练，不能熟练完成一些技术较强的工作。这就要求施工单位在施工前应对施工作业人员进行全面的培训交底，不仅要提升人员的水平和能力，还要让他们学习掌握一些图纸知识，使得他们可以看得懂图纸中的一些符号用语，这样在施工中才可以减少失误，提升工作效率。

4 岩土工程深基坑支护设计与施工问题的解决措施

4.1 合理选择支护形式

在岩土深基坑支护施工中，对于深基坑支护的地质条件和地形条件等要进行严格的勘察，明确地基土层类型以及含水量，并做好土体相关试验工作。在实际施工过程中需要对岩土周围的稳定性进行判断，稳定性如果满足要求就可以直接进行施工，但需要放坡等操作，使得深度可以达到标准，这样可以保证深基坑施工的质量。传统的单一支护形式已无法满足复杂基坑设计施工要求，常常需要多种支护形式相结合，根据不同的施工范围、施工情况采取不同的施工方式。深基坑支护施工中主要有以下几种支护形式：（1）支撑系统。支撑系统主要包括型钢组合支撑、钢筋混凝土支撑以及钢管内支撑3种形式，在实际施工中选择支撑系统是为了避免深基坑出现过大位移。（2）挡土系统。根据施工要求，可以减少施工过程中深基坑的压力，主要包括钢筋混凝土桩、水泥搅拌桩、钢板桩等形式。（3）挡水系统。挡水系统主要是根据施工现场的水文情况来进行设计的，防止出现基坑渗水、坑底隆起等事故，使得基坑的可靠性与安全性可以得到保证，施工时需要根据实际的要求选择合适的施工形式。

4.2 完善施工设计

岩土工程深基坑支护设计还应对施工现场的地质、地形进行详细的考察，综合考虑外界环境对施工可能造成的影响，特别是环境因素可能会对施工的稳定性和安全性造成较大的影响。在进行深基坑设计的过程中可以采取以下类型：（1）排桩支护。这种形式指的是采用钢板桩施工或钻孔灌注施工等形式来提升深基坑支护的稳定性，同时钢板桩可以减少土方开挖回填量、缩短工期。（2）深层搅拌桩支护。这种支护方式在施工中较为复杂，深层搅拌桩支护可以更好地满足施工要求，且能形成止水帷幕达到截水的效果；桩墙中插入型钢，可以使得基坑的稳定性更好；基坑深度较深时，可以结合锚索支护。在实际施工中采用水泥、固化剂等材料搅拌成桩，在搅拌过程中使其充分进行物理和化学的反应，使得搅拌桩满足施工要求。（3）地下连续墙支护。可以避免出现基坑周边变形过大等问题，在支护前要保证基坑的稳定性，可以利用连续墙及内支撑支护系统来提升基坑整体稳定性，避免影响周围环境。

4.3 优化深基坑参数取值

在支护结构设计过程中，各项参数是衡量支护结构稳定性和安全性的重要指标，因此深基坑支护结构的参数也需要不断优化。在设计过程中的主要参数包括桩径、桩间距、嵌固深度等相关数据，这些数据参数对于深基坑设计有着非常大的影响，尤其是桩径、桩间距的参数设置，对于深基坑设计的稳定性产生直接影响。一般情况下，桩径越大深基坑越不容易变形，但是也有一定的范围，到一定程度的时候影响就会小很多，并且深基坑桩径越大，所要花费的成本也会越高，因此需要制定合理的桩径数据。而桩间距离过大深基坑越容易变形，但是过小也会增加成本，因此也需要根据实际情况制定合理的数值，既保证安全性和稳定性，又可以节省成本。在进行桩嵌固深度的参数设置时，需要对其反复验证和调整，这样才能保证其合理性。

4.4 加强施工团队和设计团队的沟通合作

在深基坑支护施工中，还要解决深基坑空间位移问题，这就需要施工团队与设计团队有良好的合作，可以保持良好的沟通，并根据工程实际情况采取科学合理的解决方法。不仅要保证工程的质量，也要为企业获得更高的经济效益，使得工期得以缩短，施工成本得以减少，施工效率得到提高。设计团队人员应该加强对现场的考察与勘测，从而对设计进行合理的修改和优化，使得实际施工的难度可以得到降低。设计人员应收集基坑监测数据，确保基坑的安全，保证施工人员可以按照施工方案来进行。施工人员在专业知识上有一定欠缺，因此要不断提升自己，在遇到难以解决的问题时不要盲目施工，应该向设计人员求助，得到科学的指点之后才可以继续施工。因此，施工人员与设计人员都需要履行好自己的职责，相互沟通与合作，保证岩土工程的顺利实施。