深基坑稳定性的影响因素及常用支护方式探讨

付校龙 罗青松

（中国市政工程中南设计研究院深圳分院，广东 深圳 518109）

0 引言

深基坑开挖是目前大型工程项目在实施过程中常见的一种施工形式，由于深基坑稳定性的影响因素较多、施工过程综合危险系数大，施工过程中需要同步进行支护以保障深基坑的稳定性。深基坑支护设计和施工难度大，探究深基坑稳定性的影响因素，分析常用的深基坑支护方式，对于保障工程质量和施工安全，促进行业健康发展而言，具有重要的现实意义[1]。

1 深基坑工程概述

基坑是在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。对于大型建筑工程而言，基坑是必不可少的工程形式，只有在基坑开挖之后才能进行地下工程的施工作业以及必要的地基处理。当下行业内将开挖深度5m以上的基坑工程归类为深基坑，相比于一般基坑工程，深基坑的质量影响因素更多，危险系数更高。

基坑支护工程就是基坑开挖完成之后，保障基坑稳定、避免出现坍塌的一种工程，是保障工程质量与施工安全性的重要措施。由于深基坑稳定性的影响因素众多，选取恰当的支护方式，将有助于工程质量提高，促使安全生产目标的达成。随着行业的不断发展，当下基坑施工深度越来越大，这也使得基坑支护工程的技术体系更加复杂。有效的基坑支护能够避免基坑不稳定因素对工程质量与施工安全造成影响，从根本上规避事故的发生。

2 深基坑稳定性的影响因素

2.1 开挖深度

在不考虑其他因素的前提下，开挖深度越大则开挖稳定性越差，因此对于不同的开发深度也需采取差异化的施工措施。从当下工程项目的实际需求来看，大型工程项目基坑深度不断增加，影响因素更为复杂，这也使得新形势下深基坑开挖稳定性保障难度大幅提升。

2.2 土质情况

不同的土质在开挖后会表现出不同的稳定性，自然土质良好、具有较高的承载力，则开花之后的基坑稳定性更高；反之若土质较差，其承载力低或含水量高，在开挖之后会具有更多不稳定的因素，表现为基坑侧壁具有向内坍塌的趋势，影响工程质量与施工安全。

2.3 环境因素

可分为自然环境和工程周边环境两类。进行地下工程施工作业时，若自然降水较为充沛，会使地下自然土体含水量过大，从而导致水体流动性增强、土体承载力下降，进而对深基坑的稳定性造成不利影响。若基坑施工位置周边存在较多的工程施工场地或荷载较大，同样会使基坑开挖后稳定性下降[2]。

2.4 支护措施

支护措施是防止基坑侧壁坍塌的一种工程形式，进行深基坑支护也是保证基坑开挖稳定性的重要措施。选取了恰当的支护措施并进行全面的管理能够有效降低深基坑坍塌的风险，提高深基坑开挖工作时的整体稳定性，反之若未进行有效支护或选取的支护措施存在问题，则会对深基坑开挖稳定性造成严重的不利影响。

3 深基坑的常用支护方式

3.1 地下连续墙支护

地下连续墙是指在基坑完全开挖完成之后，顺着基坑侧壁位置四周，利用混凝土材料施工一圈具有承重能力的挡土墙，通过对基坑侧壁土体施加横向支撑力保障基坑系统整体的稳定性。从应用效果来看，地下连续墙技术能够取得较为良好的支护效果，同时适用范围较广，对于含水量较大和承载力较弱的自然土体也能够进行有效支护。

地下连续墙除了起到挡土的作用之外，还同步具有挡水的作用，对于基坑内的降水需求和施工安全而言，能够同时得到保障。但是，必须明确的问题是：在地下施工结构墙体，其质量影响因素更多，综合管控难度大，施工消耗周期长。同时也需注意地下连续墙的施工阶段和养护阶段需要消耗较长时间，无法在短期内取得较好的支护效果。

地下连续墙的施工位置一般会是沿着基坑侧壁形成环形的连续墙，在设计过程中，除了需要考虑到自然土体对于墙体造成的横向荷载作用之外，也需明确在地下复杂环境和地下水侵蚀的影响下会使其性能折损更快，因此提出了更高的性能要求。一般地下连续墙使用结构自防水混凝土开展施工，对于材料管控和混凝土的配合比设计也具有较多的特殊要求，同样是应用地下连续墙技术过程中需要考虑的重点问题。地下连续墙仅作为挡土墙使用，不与地下工程共用成为结构墙，设计和施工相对简单；若挡土墙即为地下结构的主体墙体则在设计过程中还应考虑到后续工程的实际需求。

3.2 深层搅拌桩支护

深层搅拌桩支护是属于地下桩基础的一种支护形式，作用机理是通过加固软弱地基，避免基坑周边土体出现坍塌问题。通常利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械将地下水、软土或沙等和固化剂混合，使自然土体硬结而提高强度，以此实现基坑支护的目的。当下在工程中应用的固化材料一般以水泥为主，通过添加辅助料和外加剂的形式，使其具有更为良好的性能，固化材料进入到地下之后与水和松软土体相结合形成桩体材料，直接作用可以减少自然土体中的含水率，同时增强整体结构强度，使其承载力提高、流动性下降。

从力学角度进行分析，这种支护形式能够减少对土力学系统稳定态的影响，是可靠性较高的一种支护形式。但这种技术的缺点也显而易见，由于施工位置位于地下无法被直接观测到，若前期地质勘查资料不足，或过程中因材料机械等存在问题，所产生的质量下滑也很难被检测到。

按照固化材料是否与水进行预先拌合可将其分为干法施工和湿法施工，利用泵送设备将配置好的固化材料输送到地下位置，并通过反复搅拌的形式使其与自然土体和水分充分混合，也需要按照自然土体状态和含水率进行固话材料配置比例的调整。应用深层搅拌桩技术进行基坑的支护需要进行预先设计，结合工程需求和地理地质情况实际状态确定固化材料的配合比，而后将固化材料利用泵送设备输送到到指定标高，再通过反复搅拌混合的形式使之与自然土体充分结合以此实现加固的目的，达到基坑支护的效果[3]。

3.3 土层锚杆支护

土层锚杆支护的作用位置是基坑侧壁，通过金属杆件的应用对基坑侧壁位置的自然土体进行加强，使其减少出现向内侧运动的趋势，从而达成支护的作用。这种支护技术也能够保障土质稳定，避免因开挖造成周边土体的流动。需要明确的问题是，利用土层锚杆支护技术对于自然土体的土质要求较高，含水量过大或过于软弱的自然土体应用此方式无法进行有效的支护。锚杆材料来源较为广泛，就一般建筑工程而言，使用钢筋材料进行简单的加工即可用于基坑支护。理论上锚杆材料的自身强度越大、设计的越密集，则会取得更好的支护效果，但也需按照项目的实际需求在施工前进行设计工作。为了便于锚杆施工的顺利开展，需要利用钻孔设备在待安装位置先钻出孔洞，而后下放金属锚杆，安装到指定深度后使用水泥砂浆或细石混凝土浇筑以起到固定的作用。此技术因其自身特性一般应用于临时支护，随着时间的推移，自然土体仍具有相对运动的趋势，从而导致支护效果逐渐变差。同时也可能受到自然降水或地下水变动导致的质量问题。

实际应用过程中，应先进行地质勘查，根据项目的实际施工内容和要求确定支护需求，确定采取相关技术后，进行材料和设备的准备工作，确保应用的金属锚杆符合工程要求。根据前期设计方案确定需要进行锚杆施工的位置，通过放线测量的形式打点放样；利用钻孔设备在指定位置向下钻出孔洞，确保孔深与直径满足工程要求，避免孔深过深或直径过大影响未来锚杆的可靠固定；将锚杆材料安装到孔洞当中，调整位置并进行验收。前续工作处理完成，企业验收合格之后，即可利用水泥砂浆或混凝土浇筑在孔洞缝隙周围，从而完成土层锚杆的施工固定。

土层锚杆技术的加固原理是通过对基坑侧壁土壤进行固定和承载力增强的形式来保障基坑安全，在实际应用过程中更适用于自然土质情况良好、基坑深度较浅、支护要求不高的工程形式。这种支护措施应用效果较为明显，技术较为简单，对于小型工程也无需进行专项方案的编制和计算书出具。

3.4 喷锚支护

喷锚支护是通过直接加固基坑侧壁位置的自然土体达成支护目的一种措施形式，由两种施工方法共同组成：一是通过横向插入到自然土体中的金属锚杆，起到固化自然土体、增强综合承载力的作用；二是在基坑侧壁外侧通过喷射细石混凝土或水泥砂浆的形式形成一个硬化凝结层。两种形式共同作用组成了喷锚支护措施[4]，如图1所示。

图1 喷锚支护示意图

从其适用范围上来看，对于倾斜边坡开挖的基坑采用这种方式进行支护是简单且有效的；除此之外对于深度校深，且采取放坡开挖的基坑工程而言，也能够实现有效的支护。但并不适用于含水量极大的自然土体。此支护形式较为灵活，可在该基础上进行改良与优化：例如为了实现更为优质的工程效果，进行混凝土喷射之前再增设一层金属网，能够实现更好的加固效果。这种支护方式最显著的优势就是能够直接观察支护措施质量情况，对于潜在的质量下降以及支护失效情况也能及时知悉并作出妥善处理。此外由于该技术的特点，在实际应用过程中也可与其他工程支护措施搭配使用。

对于建筑工程中的大型基坑，用喷锚支护技术，其综合成本相对于其他支护方式而言更低，同时通过改变金属锚杆和混凝土自身的性能，也能达成不同的支护性能，实现“按需支护”。利用该方式进行基坑侧壁的支护，需要在上部设置截水沟，下部设置排水措施，避免在自然降水条件下雨水直接冲刷混凝土侧壁使其性能下降。

4 深基坑支护方式应用实例

4.1 案例概况

该案例工程位于陕西省西安市，是一房屋建筑工程，主体结构为混凝土框架剪力墙结构。该项目中有4栋超高层建筑，自身高度130m。为了保障工程质量和施工稳定性，设计阶段确定的地基埋深深度为10m，同时为了满足该工程项目地下二层的施工需要，在施工过程中，基坑开挖深度可达15m以上，为深基坑的范畴。

4.2 深基坑支护方式选择

进行基坑支护方式选择之前，首先开展了地质勘察工作，经勘查此处自然土体情况较好，含水量较低；对于其环境因素进行全面分析后可知，西安市在基坑施工周期内不具有强对流天气的隐患，自然降水量较小，不会对地质情况和地下水情况造成明显影响。因此在施工过程中选取了土层锚杆与地下连续墙技术结合使用作为支护方案。

4.3 深基坑支护施工

基坑开挖完成之后，即开展支护施工。首先施工土层锚杆，利用金属锚杆插入到基坑侧壁的自然土体中，通过承载力加强和挤压的作用达成了初步支护的目的，能够保障短期内基坑质量的稳定性。而后紧贴着基坑内壁设置一圈挡土墙，所应用的混凝土标号强度为C30，通过改变混凝土配合比的形式，使其具备一定的防水特性，墙体厚度150mm。在上述方案确定之后，同步开展钢筋工程和模板工程，同时采购商品混凝土作为挡土墙浇筑用混凝土。而后按照混凝土浇筑的技术要点进行挡土墙的施工。施工完成之后挡土墙进入养护阶段。

该案例工程采用了两种基坑支护方式结合使用，一方面考虑到工程项目更高的质量要求和安全要求；另一方面所选取的两种支护方式分别为临时支护和永久支护。所选取的支护方案综合了经济、施工可行、质量要求，为项目的健康推进提供保障。

5 结束语

本文围绕深基坑稳定性和支护展开分析，在深基坑工程开挖过程中采取必要的支护措施，能够保障施工质量与施工安全。当下行业内具有多种成熟的支护方式，在项目开展过程中可根据实际需求选取恰当的支护方式，并展开完善技术管理工作，以保障基坑施工质量和施工安全。随着行业的不断发展未来也会有更为先进的支护方式和技术被应用到深基坑工程当中，从多个角度促进工程质量的提高，保障施工的安全。