高层建筑深基坑支护施工技术

牟天光

（广州南投房地产开发有限公司，广东 广州 511400；广州南宏房地产开发有限公司，广东 广州 511458）

0 引言

为满足建筑用地率和功能需求，地下空间被广泛利用，使得多层、高层甚至超高层建筑地下室的规模和深度不断增加。深基坑支护作为现代建筑施工中关键的环节之一，直接关系到整个工程的稳定性、安全性和质量。通过深入探讨高层建筑深基坑支护施工技术，进行系统性的分析和论述，从支护体设计、施工步骤、材料选择到质量控制等多个角度，强调深基坑支护施工技术的重要性和复杂性。希望能够促进高层建筑深基坑支护施工技术的研究和应用，为未来的工程项目提供可行性和可靠性的解决方案。

1 高层建筑深基坑支护的设计要求

（1）充分利用新技术、新理念，并根据具体情况进行分析，避免生搬硬套传统设计理念，是在深基坑支护结构设计中的一个关键点。利用建筑信息模型（BIM）和数值模拟技术，对深基坑及支护结构进行精确建模，模拟不同施工阶段的受力和变形情况，从而预测可能的问题，并优化设计方案。在施工过程中设置传感器和监测系统，实时获取深基坑侧壁变形、支护结构受力等数据。通过这些数据，可以动态调整设计方案，确保支护结构的稳定性。运用人工智能和大数据分析，处理监测数据，发现隐藏的模式和趋势，提前预警潜在问题，为设计和施工提供科学依据。基于先进的风险评估方法，针对不同可能的风险情景制定应急预案。这些风险评估可基于数据和模拟，从而更准确地估计潜在风险的发生概率。

（2）支护结构理论和材料的试验研究非常重要。实践确实是检验理论的有效手段，而正确的理论也必须建立在大量实验研究的基础上。在深基坑支护结构设计方面，实验研究可以提供有力的实际数据，从而帮助确立更为科学和可靠的设计理论。实验数据能够提供真实的材料性能、结构行为和变形特点等信息，为设计和理论提供坚实的依据。使用缩尺模型进行物理试验可以在相对短的时间内模拟真实施工情况，验证设计方案的可行性和稳定性。对所使用的支护材料进行全面的性能测试，包括强度、刚度、耐久性等指标，确保材料符合设计需求。在实验中模拟不同的施工过程，特别是开挖过程中的变形和应力分布，从而更好地了解结构在施工阶段的行为。进行长期的实地监测，跟踪支护结构的变形和响应，从而评估设计方案的实际效果。

（3）勇于创新、开拓思路、多进行新的尝试等观点是非常重要的。在深基坑支护结构设计和施工中，确实需要从多个角度出发，探索新的设计思路和计算方法，以满足不同地质条件和项目需求。通过比较不同方案的优劣，找到最适合特定项目的设计方案。深基坑支护结构往往需要综合利用不同类型的支护元素，如钢支撑、混凝土墙、土钉等。将不同结构有机地结合，发挥各自优势，达到更好的整体效果。将支护结构设计分为不同的模块，可以根据实际情况进行组合和调整，提高设计的灵活性和适应性。借鉴自然界中的结构和机制，进行仿生设计，创造出更具适应性和效率的支护方案。将经验总结与创新相结合，从中汲取灵感，创造更好的设计方案。鼓励不同学科领域的专家进行跨学科合作，共同解决复杂的设计问题。不同领域的交流可以带来新的思路和方法[1]。

2 深基坑支护施工技术

2.1 深基坑支护施工准备工作

高层建筑深基坑支护施工是一个复杂且关键的过程，需要充分准备前期工作以确保施工的安全和顺利进行。对工程项目进行全面调研，包括地质环境、地下水位、土壤特性等。基于调研结果进行基坑的规划和设计，确定支护方法和方案。进行基坑支护结构的详细设计，包括支撑体系、防水措施、施工序列等。进行结构计算，确保支护结构能够承受地下水压力和土压力。编制详细的施工方案，包括支护工程的施工步骤、施工序列、工艺流程等，采购所需的支护材料、设备和工具，并且培训施工人员，使他们了解施工计划、安全规定和紧急情况处理，建立严格的安全管理措施，确保施工安全。

2.2 高层建筑深基坑支护施工工序

高层建筑深基坑放坡加土钉墙支护施工工序为土方开挖→土钉成孔→杆体入孔→注浆→编制钢筋网→喷射混凝土→养护。高层建筑深基坑支护施工工序如图1 所示。

图1 高层建筑深基坑支护施工工序

（1）土方开挖。

在基坑开挖过程中，进行有序施工，将基坑开挖过程分为不同的层次和段落是为了控制土方开挖的深度和范围，避免超深和超长开挖，减少不必要的风险。在分层分段的开挖中，要注意分段长度的控制。开挖分段长度不宜过长，通常不超过10m，每层土体开挖完成后立即进行土钉支护工作，土钉及相应的混凝土面层必须达到设计要求的强度，开挖一层土体后完成一层支护工作，再进行下一层土体开挖。

在基坑开挖过程中，外侧基坑的边坡坡度应控制在1：1.0 以内，这意味着每上升1 单位的高度，外侧的水平距离应不大于1 单位，这样的边坡控制有助于防止边坡垮塌，保护基坑周围的环境和结构。在基坑内部，每层土体的开挖高度应控制在不大于2m，在挖土过程中，合理规划挖土的顺序，进行分层开挖，挖出的土方必须及时外运，避免在基坑内堆积过多的土方，对支护结构产生冲击或影响。

在进行基坑开挖之前，灌注桩和冠梁的强度必须达到设计要求的强度。如果基坑支护中采用了预应力锚索（也称为预应力拉索或预应力杆），在开挖前必须确保锚索已经施加了预应力，如果基坑支护采用了土钉墙结构，必须确保土钉和喷射混凝土面层的养护时间大于2d 后才能进行开挖，防止在开挖过程中损坏土钉墙的结构[2]。

在基坑外侧的2 倍范围内禁止堆放土方，避免过多的土方堆积在基坑附近，造成不稳定。在基坑内部，特别是距支护结构3m 以内的范围，也有土方堆载限制，不能超过一定的高度。在基坑支护结构周围的地面超载不得大于20Pa（帕斯卡），超载会增加地面的沉降和变形风险。起吊机械和载重车辆的操作需要注意轮缘离槽边的距离，要求大于3.0m，同时采取相应的措施，如使用垫钢板等，降低地面超载，以符合设计要求。

在基坑开挖过程中，挖土机械应避免与土钉墙、预应力拉索（杆）、腰梁等支护结构发生碰撞，挖土机械操作时，特别注意不得损害土钉墙面、连接件以及支撑构件等。已经施工的基础桩是支持整个基坑的关键结构，不能被挖土机械碰撞或损坏。挖土机械操作人员需要严格遵循施工规范，在操作过程中注意不碰撞或损害任何重要的支护结构、构件和设施，进行实时的施工监测，特别是对支护结构和周边构件的变形情况进行监测。

（2）土钉成孔。

在支护结构所需的位置，使用水平钻机进行土钉孔的打孔工作。孔径一般为100mm，制作土钉之前，需要确保土钉表面光滑，没有锈蚀和油污。在制作土钉时，要进行除锈、除油等预处理，然后进行焊接，焊牢的要求是搭接焊长不少于10 倍的钢筋直径。在土钉上焊接托架使土钉准确无误地插入孔后居于孔的中央位置，相邻两个托架之间的距离一般为2m。在插入土钉锚孔的同时，注浆管也必须随之下降。如果在土钉安装的过程中，注浆管意外脱落或出现其他问题，必须重新进行安装，确保注浆管随着土钉一同插入孔底。

（3）杆体入孔。

在进行杆体入孔之前，准备好所需的杆体（如钢筋或其他支护材料）、工具、设备，清理孔洞干净，没有杂物、碎石等障碍物。使用合适的测量工具，测量孔洞的深度，将钢筋等杆体进行切割、弯曲、除锈、除油等准备工作，在插入杆体前，可以在杆体表面涂抹适量的润滑剂，减少摩擦，使杆体更容易插入孔洞。插入杆体后，可以使用适当的方法将杆体固定在孔洞中，如灌注注浆材料，或者根据设计要求进行焊接、固定夹具等操作。插入并固定杆体后，需要测量杆体的位置和方向，如有需要，可以进行微调和调整。

（4）注浆。

水泥浆液的配比应按照设计要求进行，水灰比是指水泥用量和水用量的比例，通常为0.45~0.55，速凝剂是为了加速水泥浆液的凝结和固化，用量一般为水泥用量的3%。在注浆过程中，要控制压力在0.2MPa~0.4MPa。在注浆时，保持稳定的注浆速度，边注浆边慢慢往外拉动注浆管，过快的拉动可能导致水泥浆脱离，影响注浆效果。如果注浆开始或中途停止超过30min，需要用水清洗注浆机和注浆管，防止浆液凝结堵塞管道，然后再次注浆。砂浆的配合按照设计要求进行，随时随地配合搅拌，并在初凝前用完，避免石块、杂物等混入砂浆中。注浆过程中要观察孔口是否有浆液返浆的现象，如果有，可以使用黏土等材料在孔口围封，使浆液不会从孔口溢出[3]。

（5）编制钢筋网。

钢筋网的挂设应在注浆后约4h 进行，使用φ6.5mm 的钢筋网，网格的间距是200mm，有水平和竖直方向的钢筋。钢筋网距离壁面的间距为30mm，钢筋网需要与井字型钢筋架焊接在一起或用22 号铁丝扎牢，将联系肋筋（如螺纹钢、螺纹杆等）与钢筋网进行连接，φ14mm 的肋筋与网面钢筋进行绑扎或焊接，检查钢筋的位置、间距和连接情况，编制完钢筋网后，对钢筋网进行整理和完善。

（6）喷射混凝土。

喷射混凝土的厚度和强度需满足设计要求，厚度为100mm，强度为C20。采用水泥与砂石的重量比为1：4~1：5。同时，控制料浆比率在45%~55%。水灰比要根据设计要求进行控制，混凝土应该在现场进行拌制，随拌随用。在喷射前，需要对需要喷浆的土坡表面进行湿润处理，用喷枪将拌制好的细石混凝土喷射至土坡表面，喷嘴离开坡表面的距离为0.6~1.2m，不超过75mm，在前一层强度达到50%之后，才进行后层的喷射施工。

（7）养护。

在支护结构完成后，立即进行养护，覆盖保湿膜，避免直接阳光照射和快速蒸发，按照设计和施工要求，对支护结构进行定期保湿。通过喷水、覆盖湿布等方式保持混凝土的湿润，定期对支护结构进行视觉检查，查看是否有裂缝、渗水等现象。如发现问题，及时采取修复措施，以防止问题进一步恶化。避免在养护阶段施加过大的荷载或震动，在养护期间设置监测装置，对地表沉降、支护结构的位移等进行实时监测。具体的养护时间根据混凝土强度发展曲线和支护结构的要求来确定，通常需要持续几周甚至更长时间。如有必要，在支护结构上设置防水层，以避免地下水的渗透。在养护期间记录养护措施和监测数据，形成详细的养护记录和报告，供后续参考和分析[4]。

3 深基坑支护施工注意事项

施工注意事项如下：①在施工前必须进行详尽的地质勘察，了解地层情况、地下水位、土质特性等。这有助于制定相应的支护方案，减少意外情况的发生。②根据地质情况、基坑深度和周边环境，选择适合的支护体系，如钢支撑、混凝土墙、桩基等。确保支护结构能够承受预计的荷载和地下水压力。③在施工过程中，要进行实时的地下水位监测、支护结构变形监测等。一旦发现异常情况，要及时采取措施进行调整和处理。④施工现场应设立明确的安全警示标志和隔离措施，保障工人的安全。特别是在支护体拆除过程中，要严格遵循安全操作规程。⑤针对地下水位较高的情况，要采取适当的降水和排水措施，确保基坑内部保持干燥，减少水压对支护结构的影响[5]。

4 结语

通过分析设计与施工关键技术，得出以下结论：①在施工前通过图纸会审，可以让设计、施工、监理等各方对项目有更全面的了解，图纸会审过程中，各相关方可以共同讨论并解决可能存在的不一致或模糊的地方，及早发现潜在的风险和问题。②根据设计图纸和施工规范，制定详细的施工组织方案。该方案应涵盖施工流程、安全管理措施、人员配置、设备使用等各个方面，针对超过一定规模或危险性较大的深基坑工程，编制专项施工方案，可以有效降低深基坑工程施工过程中的安全风险。③基坑施工过程中必须先进行必要的支护措施，才能进行开挖工作，严禁超挖，每天进行外观巡视和动态基坑监测，可以帮助工程团队及时采取措施，防止潜在的问题发展成安全隐患。