浅述建筑工程中深基坑支护施工技术的应用

文／范兵涛、卢维 西北综合勘察设计研究院 广东深圳 518101

引言：

随着城市建设的不断发展，越来越多的高层建筑、地下结构和地铁工程需要在狭小的空间内进行施工。这就需要在建筑工程中应用深基坑支护施工技术，以确保工程的稳定和安全。深基坑支护施工技术是指在土方开挖过程中采取一系列支撑和保护措施，以防止基坑坍塌、地面沉陷和地下水涌入等问题的发生。深基坑支护施工技术的应用不仅直接影响工程的质量和进度，也对周边环境和地下设施的安全有着重要影响。因此，深基坑支护施工技术的研究和应用具有重要的实践意义[1]。近年来，针对深基坑支护领域的研究不断深入，涌现出许多相关的综述论文，对该领域的技术发展和应用进行了全面的总结和归纳。深基坑支护施工技术的发展趋势、影响因素、支护结构选择、安全管理等方面进行了深入探讨。其中，一些研究关注于新型支护材料和技术的应用，如钢支撑、钢筋混凝土支护、土钉墙等，以提高施工效率和支护结构的稳定性。其他研究则侧重于基坑开挖方法和顺序的优化，以减小地表变形和影响范围[2]。这些研究为深基坑支护施工提供了重要的参考和指导，有助于提高工程质量和施工安全。

1.深基坑支护施工技术的定义和特点

1.1 深基坑的定义

深基坑是指在建筑工程中为了建造地下结构或进行土方开挖而所需的较深的坑体。它通常是一个具有一定深度和较大面积的开挖区域，用于容纳建筑物的地下部分或地下设施。深基坑的深度一般超过5 米，甚至可以达到几十米，其形状可以是方形、圆形或异形，根据具体工程需求而定。深基坑的定义包含了两个关键要素：深度和用途。首先，深基坑相对于浅坑而言，具有较大的深度[3]。这是为了满足建筑物地下结构的需要，例如地下停车场、地下商场、地下室等。深基坑的深度要求通常由建筑物的功能和设计要求决定。其次，深基坑的开挖是为了实现特定的用途，为地下结构的建设提供空间。深基坑的形状和尺寸根据具体工程要求和设计方案而定，可以适应不同的建筑需求。

1.2 深基坑的特点和挑战

土力学特性：深基坑受到地下土层的约束和承载，土体的稳定性对基坑的支护施工至关重要。土体的力学特性，如强度、压缩性和剪切性，会对基坑的稳定性产生影响。不同的土层会有不同的土力学特性，因此需要根据具体的土质情况选择合适的支护结构和施工方法。地下水问题：深基坑施工过程中，地下水位的控制是一个重要的挑战[4]。地下水的涌入会增加土体的重量，增加基坑的侧向土压力，甚至引起坑底水平面的抬升，对施工安全造成威胁。因此，在深基坑支护施工中，需要采取适当的排水措施和防水措施，以控制地下水的水位和流动对基坑的影响。周边建筑物的影响：深基坑施工可能会对周围现有建筑物、地下管线和地铁等结构物产生影响。挖掘过程中的地震、振动和变形可能导致周边建筑物的沉降或破坏。因此，在施工前需要进行周边建筑物的详细勘察和结构分析，以确定合适的支护措施和施工方法，减小对周边环境的影响，确保施工过程的安全和稳定[5]。深基坑的特点和挑战需要在施工规划和设计阶段充分考虑，并采取相应的支护措施和管理措施来应对。通过合理的施工方法和技术，可以确保深基坑施工的稳定性和安全性，为城市建设提供坚实的地下基础。

2.深基坑支护的重要性

2.1 工程稳定性的保障

深基坑的支护是确保工程稳定性的关键因素之一。在深基坑施工过程中，土体受到剧烈的变形和应力的作用，如果不采取适当的支护措施，土体可能会失稳，导致坍塌、沉降或坑底水平面的抬升等问题。这些问题不仅会对工程造成严重的损失，还可能危及工地人员的生命安全。为了确保工程的稳定性，需要根据具体的工程条件和土体特性设计合适的支护结构。常见的深基坑支护结构包括支撑桩、钢支撑结构、深层土钉墙、预应力锚杆等。这些支护结构能够承担土体的水平和垂直力，并将其传递到更稳定的地层或支护结构上，确保基坑的整体稳定性[6]。支护结构的设计需要考虑土体的强度、变形性质和水力条件等因素。通过分析土体的力学特性和受力状态，确定合适的支护结构类型、尺寸和间距，并计算支护结构的承载能力和变形性能。支护结构的施工过程需要严格控制施工质量，确保支护结构的安全可靠。此外，对于特殊情况下的深基坑工程，如软土地区、高水位地区或邻近敏感结构的工程，可能需要采用更复杂的支护措施[7]。例如，可以结合土壤改良技术，采用加固土体、加固地基或地下连续墙等方法，提高土体的强度和稳定性。

2.2 安全问题的防范

深基坑支护施工涉及到土方开挖、支撑结构的安装和拆除、排水与防水等多个环节，其中安全问题是至关重要的考虑因素。深基坑施工现场存在着坍塌、滑坡、物体打击、高处坠落等危险，如果不采取有效的安全措施，可能会导致严重的事故和人员伤亡。为了确保施工安全，深基坑支护需要制定详细的施工方案，并严格执行安全操作规程。首先，对施工人员进行全面的安全培训和技能要求，使其熟悉施工操作流程和安全操作规范。其次，在施工现场设置明确的安全警示标识和防护设施，包括安全围挡、安全网、护栏等，以提供必要的安全保护[8]。同时，施工现场应配备必要的安全设备和工具，如安全帽、安全带、护目镜、手套等，确保施工人员的人身安全。定期的安全检查和监测也是保障施工安全的重要手段。通过定期巡视施工现场，检查支护结构和设备的运行情况，及时发现并解决潜在的安全隐患。同时，对施工现场进行安全监测，包括土体变形、支护结构变形和应力、地下水位等参数的监测，以及施工过程中的实时监控。这些监测数据可以及时提供施工安全状态的反馈，确保及时采取必要的措施来应对潜在的安全风险。在深基坑支护施工中，还需要进行全面的风险评估，并制定相应的应急预案[9]。通过分析可能出现的风险和事故情况，制定应对措施和紧急救援方案，以减少事故发生的可能性，并能够迅速应对和处理突发事件，保障人员安全。通过科学合理的支护设计和施工方案，以及严格的安全措施，可以确保深基坑施工过程的安全和稳定，保护工人的生命安全，同时保证工程的质量和可持续性发展。在整个施工过程中，工程管理人员和施工人员应密切合作，积极落实安全措施，不断加强安全意识，共同确保深基坑工程的安全顺利进行。

3.常见的深基坑支护施工技术

3.1 土方开挖技术

深基坑的土方开挖是工程建设中的重要环节，它决定了基坑的形状和尺寸，并为后续工程提供了必要的空间。根据具体的工程要求和地质条件，可以选择不同的土方开挖技术。常规开挖是最常见的土方开挖方法之一。它使用挖掘机、推土机等机械设备从地表开始逐层逐段地进行土方开挖。施工人员清理和运输土方，逐步达到所需的基坑深度和形状。常规开挖适用于较稳定的土体和较小深度的基坑。逆作法开挖是一种从基坑底部向上逐层逐段进行的开挖方法。它有助于减小基坑的变形和沉降，并降低地表震动对周围建筑物的影响。逆作法开挖适用于较深的基坑和较不稳定的土体[10]。局部开挖是指在基坑周边或特定位置进行有选择性的开挖方法。它可以减少对周围建筑物和地下管线的影响，保护周边环境的稳定性。局部开挖常用于城市中心区域或密集建筑物周边的基坑施工。在选择土方开挖技术时，需要考虑地质条件、土体稳定性、施工效率和成本等因素。根据工程的具体情况，结合相关专业人员的建议和经验，选择最适合的土方开挖技术。

3.2 土方支撑结构的选择

土方开挖后，为了防止土体失稳和坍塌，需要采取适当的土方支撑措施。选择合适的土方支撑结构可以提供必要的支撑和约束力，保持基坑的稳定性。钢支撑是一种常用的土方支撑结构，由钢板桩、钢梁、钢管等组成。钢支撑具有强度高、刚度大的特点，适用于较大深度和较大变形的基坑。它可以提供可靠的支撑力，有效控制土体的变形。混凝土支撑是通过灌注混凝土构成的支撑结构。常见的形式包括混凝土梁、墙体等。混凝土支撑具有稳定性好、耐久性强的特点，适用于较深的基坑和长期使用的情况。它可以提供刚性支撑，防止土体的塌方和坍塌。土钉墙是一种通过在土体中预埋钢筋，并用混凝土面层进行加固的支撑结构。土钉墙具有施工简便、适应性强的特点，适用于较薄土层和较小变形的基坑。它可以提供有效的水平支撑，抵抗土体的侧向压力[11]。在选择土方支撑结构时，需要综合考虑土体的稳定性、承载能力、变形特性以及施工成本和工期等因素。工程设计师和土木工程专家会根据具体工程要求和地质条件，进行合理的土方支撑结构选择。他们会进行详细的工程分析和计算，结合经验和实际情况，评估每种支撑结构的适用性和可行性。综合评估包括考虑土体的强度和变形特性，确定所需的支撑刚度和强度。同时，还需要考虑施工的复杂性和经济成本。根据基坑的深度、土质特性、周围环境条件和工程要求，选择最合适的土方支撑结构。在实际施工中，还需要进行监测和控制，确保土方支撑结构的稳定性和安全性。定期检查土体变形和支撑结构的状况，采取必要的调整和加固措施，以保证施工的顺利进行和工程的安全完成。通过合理的选择和设计，可以确保基坑的稳定性，并为后续工程提供良好的施工条件。在实际施工中，需要密切监测和控制，及时采取必要的措施，以保证施工的安全和质量。

3.3 墙体支撑技术

墙体支撑技术是深基坑工程中常见的支护施工技术之一。在土方开挖过程中，墙体支撑用于防止土体坍塌和保持基坑的稳定。常见的墙体支撑结构包括钢板桩、混凝土桩、橡胶软管桩等。这些墙体支撑结构通过与土体相互作用，形成一个稳定的框架，承受土压力，防止土体的移动和变形。钢板桩是一种常用的墙体支撑结构，它由钢板沿基坑周边垂直打入土体中形成一道连续的竖向墙壁。钢板桩可以通过不同的连接方式形成连续墙体支撑系统，如槽钢连接、折板连接等。钢板桩具有较高的刚度和强度，适用于较硬土层和岩石地层，能够有效地抵抗土压力和保持基坑的稳定性。混凝土桩也常用于墙体支撑。混凝土桩可以通过灌注、钻孔灌注桩或预制桩的形式施工。混凝土桩作为墙体支撑结构，具有较高的承载力和稳定性，适用于不同类型的土层，尤其是在软土地区应用广泛。混凝土桩的设计和施工需要考虑桩身的强度和稳定性，以及桩与土体之间的相互作用[12]。橡胶软管桩是一种相对较新的墙体支撑技术。橡胶软管桩通过将高压水注入软管内，使软管在土体中膨胀，形成一个均匀的支撑体系。橡胶软管桩适用于软土层和含水层，具有施工便捷、环保无污染等优点。然而，橡胶软管桩的承载力较低，一般适用于较小规模的基坑施工。在墙体支撑技术的选择中，需要综合考虑土体特性、工程要求、施工条件和经济性等因素。无论采用何种墙体支撑结构，施工过程中需要严格控制墙体的竖直度和水平度，并及时采取加固措施，以确保墙体的稳定性和施工质量。墙体支撑技术的正确应用能够确保深基坑工程的安全和顺利进行。

3.4 锚杆支护技术

锚杆支护技术是一种常用的深基坑支护技术，用于增加土体的抗拔能力和抗滑能力。锚杆通常由锚杆体、锚杆套筒和锚杆头组成。锚杆体通过钻孔灌注或预埋方式固定在土体中，然后与锚杆套筒和锚杆头连接，形成一个整体的锚杆支撑结构。锚杆支护技术适用于较深的基坑和较松散的土体条件。通过锚杆的预应力作用，可以有效地抵抗土体的水平推力和竖向位移，提高基坑的稳定性。锚杆的布置和锚固力的控制需要根据土体特性和设计要求进行合理的设计和施工。锚杆支护技术具有较好的适应性和可靠性，被广泛应用于高层建筑、地下结构和地铁工程等领域。它可以有效地控制基坑周边土体的变形和位移，保证施工过程中的安全性和稳定性。在锚杆支护技术中，首先需要进行土体的勘探和分析，确定土体的力学性质和稳定性。根据土体的特点和基坑的要求，设计合理的锚杆布置方案。钻孔灌注是常用的锚杆施工方式，通过钻孔将锚杆体固定在土体中，然后注入灌浆材料使其固化。预埋锚杆则是在土体开挖前预先埋设好锚杆，在土方开挖过程中起到支撑作用。锚杆支护技术在施工过程中需要严格控制锚杆的质量和锚固力的控制。质量控制包括锚杆的制作、安装和固定过程，确保锚杆的强度和稳定性。锚固力的控制涉及预应力的施加和调整，以保证锚杆对土体的有效约束力。

结语：

土方开挖技术和土方支撑结构的选择对于深基坑工程的稳定性和施工效率至关重要。在开挖过程中，选择合适的开挖方法和支撑结构可以确保土体的稳定，并减少对周围环境和建筑物的影响。因此，工程设计师和土木工程专家需要综合考虑地质条件、土体性质、工程要求和经济成本等因素，进行合理的选择和设计。在实际施工中，还需要进行监测和控制，及时调整和加固土方支撑结构，确保施工的安全进行。同时，定期检查土体变形和支撑结构的状况，采取必要的措施解决问题。这样可以保证基坑施工的顺利进行，并保证工程的质量和安全。需要指出的是，每个具体工程都有其独特的特点和要求，因此在选择土方开挖技术和支撑结构时，需要根据具体情况进行综合评估和决策。此外，不断的研究和技术创新也为土方开挖和支撑结构提供了新的方法和工具，以进一步提高施工效率和工程质量。