市政工程施工深基坑开挖支护关键技术应用

瞿 强

江西省地质工程集团有限公司 （路桥市政公司） 江西 南昌 330000

在市政工程施工中，深基坑开挖支护关键技术的应用至关重要。这些关键技术包括了各种支护结构的设计、施工监控以及安全措施的实施等。利用这些技术，可以有效地避免基坑坍塌、地层滑移以及可能的地下水渗漏等问题，保证基坑开挖的安全和顺利进行。

1 市政工程施工深基坑开挖支护的重要性

1.1 提供可靠的支撑结构

市政工程施工中，深基坑的开挖是非常常见的工作，但由于土壤条件的复杂性和基坑深度的增加，施工过程中容易遇到土壤塌方和地面沉降的问题。因此，对于深基坑开挖支护的重要性不可忽视。支撑结构的重要性和作用具体如下：（1）提供稳定的土壤支撑：支撑结构可以提供坑壁土壤的支撑和稳定，防止土体发生塌方，从而确保施工安全。（2）分担土壤压力：通过合理设计并施工支撑结构，可以有效分担坑壁土壤的压力，确保基坑的稳定性和整体安全。（3）形成闭合结构：支撑结构的设置可形成一个封闭的空间，保证施工过程中不受外界干扰，并保护周围环境的安全[1]。

1.2 预防土壤塌方和地面沉降

一旦地下基坑发生土壤塌方，将会导致严重的安全问题和工期延误。因此，预防土壤塌方和地面沉降是市政工程施工深基坑开挖支护的重要任务。以下是具体预防土壤塌方和地面沉降的措施：（1）合理选择支撑结构：根据不同的土壤类型、坑深等因素，选择合适的支撑结构，确保它能够承受土壤的压力并提供稳定的支撑。（2）施工过程中监测：通过实时监测开挖过程中的土壤变形和压力，及时采取措施进行调整和支护，防止土壤的塌方和地面的沉降。（3）控制开挖速度：合理控制开挖速度，防止土壤失去支撑而发生塌方或沉降。（4）土壤加固与改良：对于土壤条件脆弱的区域，可以采取加固和改良措施，增强土壤的稳定性，减少塌方和沉降的风险。

1.3 确保施工安全

市政工程施工中，保证施工过程的安全性是至关重要的。深基坑开挖支护的关键技术对于施工安全的保障起着重要作用。以下是确保施工安全的措施：（1）定期安全检查：定期对支撑结构的稳定性和完整性进行检查和评估，及时发现问题并采取措施解决。（2）建立紧急应对机制：制定并落实紧急情况下的应对措施，保障工人和周围环境的安全。（3）培训和指导：为工程人员提供培训和指导，掌握深基坑开挖支护的关键技术和操作要点，增强施工安全意识。（4）合理规划和协调：在施工前充分规划和协调各方面资源，确保施工顺利进行，减少安全风险。

在市政工程施工中，深基坑开挖支护技术的应用是确保施工安全和保证工程质量的关键环节。通过提供可靠的支撑结构、预防土壤塌方和地面沉降，以及确保施工安全，可以有效地保护工人的生命安全和降低工程风险。因此，合理应用深基坑开挖支护的关键技术对于市政工程的成功完成至关重要[2]。

2 市政工程施工深基坑开挖支护的关键技术

2.1 地下探测技术

在市政工程施工深基坑开挖支护过程中，地下探测技术的应用是至关重要的。通过地质勘探和地下设施调查，可以获取地下结构和土壤条件的详细信息，为支撑结构设计和施工过程提供准确的基础数据。以下将具体介绍地下探测技术的两个重要方面：地质勘探和地下设施调查。

2.1.1 地质勘探

地质勘探是通过对地下土壤和岩石条件进行调查和分析，获取其物理、力学特性和地质构造的信息。在深基坑开挖支护中，地质勘探的重要性体现在以下几个方面：（1）确定土壤和岩石的力学特性：通过地质勘探可以获取土壤和岩石的力学参数，如抗剪强度、抗压强度等，以便合理设计支撑结构和施工方案。（2）判断地下水位和水文条件：地质勘探可以帮助确定地下水位和水文条件，如水位变化趋势、水质等，对支撑结构的设计和水土保持措施提供重要参考。（3）分析地质构造：地质勘探可以获得地下的构造信息，如断层、裂隙、岩溶等，帮助评估工程地质风险，并制定相应的支护措施。（4）确定地下障碍物：地质勘探也可以用于确定地下障碍物的位置和性质，如管线、地铁隧道等，以避免对地下设施造成破坏或施工安全问题。

2.1.2 地下设施调查

地下设施调查是对地下现有管线、电缆等各种地下设施进行调查和定位，以确保基坑开挖施工过程中不会对现有设施造成损害。以下是地下设施调查的重要性和作用：（1）确定地下设施位置：地下设施调查可以确保施工过程中不会对现有管线、电缆等地下设施造成损害，避免事故和延误施工。（2）评估设施状态：地下设施调查可以评估现有地下设施的状态，如老化程度、承载能力等，从而决定是否需要进行修复或迁移。（3）设施冲突预防：地下设施调查可以避免施工过程中与现有地下设施发生冲突，避免损坏或重新施工的成本和时间。（4）规划管线和电缆布局：地下设施调查可以为新建地下管线和电缆的规划提供基础数据，确保合理布局和更好的管理维护。

通过地质勘探和地下设施调查的应用，可以准确了解施工地点的地下情况，为支撑结构设计提供准确的地质和地下设施信息。这有助于合理规划施工过程，预防地下问题的发生，并保证基坑开挖施工的顺利进行。因此，地下探测技术在市政工程施工中扮演着重要的角色。

2.2 地质力学参数测试

地质力学参数测试是通过实验和测试来获取土壤的力学性质和特性，进而建立土壤力学模型。这对于深基坑开挖支护中的结构设计和施工过程非常重要。以下将具体介绍地质力学参数测试的两个重要方面：土壤力学性质测试和建立土壤力学模型。

2.2.1 土壤力学性质测试

土壤力学性质测试是通过实验室测试和现场观测来获得土壤的力学特性和参数。下面列举了一些常见的土壤力学性质测试：（1）荷载试验：通过在土壤上施加荷载并监测应力和应变的变化，确定土壤的抗压强度、剪切强度和变形特性。（2）液塑性指数测试：液塑性指数测试用于评估土壤的流动性和塑性特性，以确定其可塑性和可变性。（3）密度测试：通过测量土壤的重量和体积，计算土壤的干密度，对设计和土方计算非常重要。（4）水分含量测试：测量土壤中的水分含量，对于确定土壤的重量含水量和湿度变化非常重要。（5）钻孔观测：通过在现场进行钻孔观测和取样，以获取土壤的层状分布和物理特性。这些测试可以提供关于土壤的重要信息，帮助工程师了解土壤的力学特性和行为，从而进行准确的结构设计和施工安排[3]。

2.2.2 建立土壤力学模型

建立土壤力学模型是根据土壤力学参数和实际工程状况来模拟土壤的力学行为。通过以下步骤可以建立土壤力学模型：（1）收集土壤样本和测试数据：进行土壤测试和观测，获取土壤力学参数，如抗剪强度、抗压强度、弹性模量等。（2）确定土壤的本构模型：根据土壤的力学特性和实验数据，选择适当的本构模型来描述土壤的力学行为，如弹性体模型、塑性模型或弹塑性模型。（3）进行数值模拟和分析：利用计算机辅助软件，将土壤力学模型转化为数学方程，并进行数值模拟和分析，以模拟土壤的变形和应力分布。（4）进行模型验证：将模拟结果与实际观测结果进行比较，对模型进行验证和调整，以提高模型的准确性和可靠性。建立土壤力学模型可以帮助工程师更好地理解土壤的力学行为，从而进行合理的结构设计和施工控制。例如，在深基坑支护中，通过建立土壤力学模型可以预测土壤的变形和应力分布，进而优化支护结构设计和施工方法。

2.3 支护结构设计

支护结构设计是在深基坑开挖中非常重要的一环，它的目标是选择适当的支护结构，以保证基坑的稳定性和施工安全。以下将具体介绍支护结构设计的两个重要方面：土壤压力计算和支护结构选择。

2.3.1 土壤压力计算

在支护结构设计中，计算土壤压力是一个关键的步骤。土壤压力是指由于土壤的自重和活动载荷而在基坑壁上产生的压力。以下是一些常见的土壤压力计算方法：（1）假设土压力分布法：根据土壤压实曲线和基坑土壤的载荷条件，根据土压力分布理论计算土壤的水平和垂直压力分布。（2）弹塑性理论：根据土壤的弹性和塑性特性，使用有限元方法计算土壤的变形和应力分布。以上的土壤压力计算方法可以提供支护结构设计所需的土壤力学参数和荷载信息，从而确定支护结构的尺寸和强度。

2.3.2 支护结构选择

在深基坑开挖中，根据土壤条件、施工要求和安全性要求等因素选择适当的支护结构是至关重要的。以下是一些常见的支护结构选择方法：（1）桩墙支护：将一系列的桩按一定的排布间距沉入土壤中，形成桩墙，以抵抗土壤的侧向压力。桩墙可以根据土壤条件和工程要求选择不同类型的桩，如钢管桩、混凝土桩等。（2）土壤钉支护：通过在基坑壁面预埋或钻孔灌注钢筋混凝土钢绞线钉，并连接土壤和钉杆，形成悬臂支撑，并承受土壤的侧向压力。（3）挡土墙支护：将预制的混凝土或钢筋混凝土挡土墙沉入土壤中，以抵抗土壤的侧向压力。（4）辅助支撑：在施工过程中使用辅助支撑结构，如斜撑、水平撑、锚杆等，以提供额外的支持和稳定。在选择支护结构时，需要考虑土壤的力学特性、基坑的尺寸和深度、地下水位、附近建筑物的影响等因素。合理选择支护结构可以确保施工的安全性和经济性[4]。

2.4 土壤处理技术

土壤处理技术在深基坑开挖中起着至关重要的作用，它可以改善和增强土壤的性质，提高土壤的承载能力和稳定性。以下将具体介绍土壤处理技术的两个重要方面：岩土改良和深层土壤加固。

2.4.1 岩土改良

岩土改良是通过改变土壤的物理性质和/或化学性质，以增强土壤的工程性能。以下是一些常见的岩土改良方法：（1）土壤挤密：通过应用外部压力，使土壤颗粒紧密排列，以减少土壤的孔隙比例和提高土壤的密实度。土壤挤密有不同的方法，如振动挤密、静压挤密、冲刷加固等。（2）土壤稳定剂：向土壤中添加稳定剂，以增强土壤粒间的黏结力和抗剪强度。常用的土壤稳定剂有石灰、水泥、石膏等。（3）土壤固化：通过化学反应或物理作用，使土壤颗粒之间形成坚固的结合，并增加土壤的抗剪强度和抗渗性。常见的土壤固化方法包括胶结法、固化剂加固法等。（4）土壤增强材料：向土壤中添加纤维材料、颗粒材料等，以增加土壤的内聚力和抗拉强度，提高土壤的整体性能。岩土改良旨在改善土壤的强度、稳定性和可塑性，以满足深基坑开挖的要求。

2.4.2 深层土壤加固

深层土壤加固是一种通过在土壤深层注入材料，形成增强层，以提高土壤的承载能力和稳定性的技术。以下是一些常见的深层土壤加固方法：（1）桩基加固：将预制的桩或灌注桩沉入土壤中，通过桩与土壤的相互作用，提高土壤的承载能力和刚度。（2）土钉加固：预埋或钻孔灌注钢筋混凝土土钉，并在土钉上施加预应力，以增强土体的内聚力和抗剪强度。（3）深层固化柱：在土层中进行钻孔，并灌注固化材料形成深层固化柱，提高土壤的承载能力和稳定性。（4）地锚加固：通过在土壤中埋设锚杆，并连接到支护结构中，形成拉力以提高土壤的稳定性。深层土壤加固可用于解决深基坑开挖中土壤的不稳定性和承载能力不足等问题。

3 应用案例研究

3.1 相关技术应用

3.1.1 工程概况

某市地铁施工深基坑开挖支护工程位于市中心地带，是该市地铁网络新线路的一部分。基坑的开挖深度约为30m，面积约为1000m2。

3.1.2 具体应用

（1）地质勘探阶段：在施工前，进行了详细的地质勘探工作，包括地下水位、土质和地质构造等的调查研究。地质勘探主要目的是了解地下地质情况和土壤性质，为支护结构设计和施工方案制定提供依据。（2）土壤处理阶段：根据地质勘探数据，进行了土壤改良处理。通过土壤挤密和土壤固化等方法，提高了土壤的承载能力和抗剪强度，减少了土体的变形。（3）支护结构施工阶段：根据设计要求，采用了混凝土墙和钢支撑结构进行基坑支护。混凝土墙主要用于基坑周边较稳定的土体，而钢支撑则用于边坑的支护。支护结构的施工包括基坑开挖、钢支撑的安装和混凝土墙的浇筑等。（4）监测与调整阶段：在施工过程中，利用监测设备对地下水位、土壤变形和支护结构变形等进行实时监测。根据监测数据，及时进行调整和修正，以保证施工的稳定性和安全性[5]。

3.2 施工结果与效果评估

在某市地铁施工深基坑开挖过程中，应用了上述相关技术，并取得了良好的施工结果和效果。以下是对施工结果和效果的评估：（1）安全性：施工期间，通过实施合理的支护措施和监测措施，保证了施工的安全性。没有发生严重的事故和工地塌陷，保护了施工人员和周边建筑的安全。（2）工期控制：通过合理的施工方法和有效的土壤处理技术，顺利控制了施工的进度。避免了因土壤条件复杂而导致的延误，确保了地铁建设的进度和交通的正常运行。（3）土体稳定性：经过相关技术的应用和支撑结构的设计，土体的稳定性得到了有效控制。通过土壤改良和支撑结构的加固，减少了土体的沉陷和变形，确保了周围建筑物的安全。（4）资源利用效益：通过土壤处理技术的应用，最大限度地利用了区域内的土壤资源。减少了外部填土的需求，降低了施工成本，并减少了对环境的影响。

4 结束语

综上所述，与一般的基坑工程相比，深基坑工程具有更高的风险性，在施工过程中必须采用适当的支护措施来确保工程的安全性。在制定施工计划时，需要充分考虑各种因素，以实现施工和管理的良好结合，确保施工过程的合理性，从而最大程度地提高项目的建设质量。同时，还要有效地实施支护和降水排水施工，合理设计支护结构，准确地按照图纸进行施工，只有这样才能从根本上保证深基坑的支护效果符合相关规范，并满足工程施工建设的要求。