1、1高层建筑深基坑支护设计与施工摘要：基坑工程是建筑工程的一个重要组成部分，特别是深基坑工程施工和设计的成败往往事关工程全局。深基坑施工的安全可靠，直接关系着高层建筑的安全性、稳定性和耐久性。深基坑的支护工程要从支护的设计和施工两方面着手，确保质量。良好的基坑支护施工技术，是整个工程施工顺利的前提与保证，是整个庞大工程的重要开端。因此，加强对建筑深基坑施工技术的认识与研究意义重大。 关键词：深基坑支护；高层；设计；施工 中图分类号：TU97 文献标识码：A 引言：伴随着我国国民经济日益蓬勃发展，建筑朝着大型化、高层化快速发展，大量大型建筑、高层建筑拔地而起，日益增多。众所周知，任何建筑都必须要有
2、一个稳定的基础，这样才能保证建筑的稳固耐久。对大型高层、超高层建筑来讲，要有稳固基础，必须在基坑施工时加强支护结构的设计和施工，于是对于深基坑支护结构的施工和设计的重要性就日益凸显。下面本文主要阐述了有关深基坑设计和施工技术的相关内容。 一、深基坑支护施工技术的应用现状 经过多年的深基坑的支护技术应用实践，基本形成了一个根据不同地形、地质条件、不同经济条件的的深基坑支护技术体系。目前建筑工程中深基坑支护技术的应用主要有：土钉墙支护、排桩支护、搅拌桩支2护、柱列式灌注桩、地下连续墙和钢板桩支护等。其中在 5m 以内、或者10m 以内的深基坑工程最常用的支护技术为土钉墙技术和搅拌桩技术。如果工程所
3、在地的地质条件良好，15m 左右的深基坑也是可以应用以上的土钉墙技术。通常搅拌桩支护技术既能挡土，还能挡水，而土钉墙支护技术更多是应用在地下水位过低的地方。土钉墙技术一般可以单独使用，也能联合其他各种支护技术使用，使得这种支护工艺成为当今深基坑工程中最常用的技术。 二、深基坑支护施工技术的要求 在当前大型建筑或者高层建筑工程中，深基坑的施工技术要求有如下几点：根据建筑物的占地面积、基坑的边缘距、地质条件等进行合理设计；选择适宜的支护技术，这是确保深基坑施工安全的关键措施；由于深基坑支护工程既要保证基坑四周稳定，又要具有良好的止水效果；因此，选择适宜的支护方法，避免对周围的道路、建筑物、地下管道
4、等的危害和影响。 三、深基坑支护施工中存在的问题 现今深基坑支护结构的设计理论虽然有了很大发展，但是在实际施工中仍然存在许多不足的地方，主要表现为如下几个方面。 3.1 边坡修理不达标 在深基坑施工中经常存在挖多或挖少的现象，这都是由于施工管理人员管理的不到位以及机械操作手的操作水平等多种因素的影响，使得机械开挖后的边坡表面的平整度和顺直度不规则，而人工修理时又由于条件的限制不可能作深度挖掘，故经常性的会出现挡土支护后出现超挖3和欠挖现象。这是深基坑支护工程施工中较为常见的不足之处。 3.2 施工过程与施工设计的差别大 在深基坑施工中需要支护施工时，会用到深层搅拌桩，但其水泥掺量会不够，这就影
5、响水泥土的支护强度，进而使得水泥土发生裂缝，另外，在实际施工中，偷工减料的现象也时常发生，深基坑挖土设计中常常对挖土程序有所要求来减少支护变形，并进行图纸交底，而实际施工中往往不管这些框框，抢进度，图局部效益，这往往就会造成偷工减料现象的发生。深基坑开挖是一个空间问题，传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。在未能进行空间问题处理之前而需按平面应变假设设计时，支护结构的构造要适当调整，以适应开挖空间效应的要求。这点在设计与实际施工相差较大，也需要引起高度的重视。 3.3 土层开挖和边坡支护不配套 当土方开挖技术含量较低时，组织管理也相对容易。而挡土支护的技术含量较高，施工组织和管理都
6、比土方开挖复杂。所以在实际的施工过程中，大型的工程一般都是由专业的施工队伍来完成的，而且绝大部分都是两个平行的合同。这样，在施工过程中协调管理的难度大，土方施工单位抢进度，拖延工期，开挖顺序较乱，特别是雨天期间施工，甚至不顾及挡土支护施工所需要的工作面，留给支护施工的作业面几乎是无法操作，时间上也无法去完成支护工作，对属于岩土工程的地下施工项目，资质限制不严格，基坑支护工程转手承包较为普遍，一些施工单位不具备技术条件，为了追求利润而随意修改工程设计，降低安全性。现场管理混乱，以致于险情环生，未做到信息化施工和动态化管理。这4也是深基坑支护施工中常见的问题之一。 四、深基坑支护技术设计常见类型及
7、适用范围 1、钢板桩支护 钢板桩应用于建筑深基坑的支护，是一种施工简单，投资经济的支护方法。在软土地区过去应用较多，但由于钢板桩本身柔性大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，因此对基坑支护深度达 7m 以上软土地层，基坑支护不宜采用钢板桩支护，除非设置多层支撑或锚拉杆，但应考虑到地下室施工结束后钢板桩拔除时对周围地基和地表变形的影响 本图是某公司在钢结构车间大型设备基础施工中对软土层达 3 米厚的基坑采用的钢板桩支护图例。 2、地下连续墙 地下连续墙是在泥浆护壁的条件下分槽段构筑的钢筋混凝土墙体，由于地下连续墙具有整体刚度大和防渗性好，适用于地下水位以下的软粘土和砂土多种地层条件和复杂的
8、施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，因此，在国内外的地下工程中得到广泛应用，并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡墙围护结构，又能作为拟建主体结构的侧墙。也可采用逆作法施工减少对环境和地面交通的影响。 如下图，地下连续墙方面的一个应用实例。 53、柱列式灌注桩排桩支护 柱列式间隔布置包括：桩与桩之间有一定的净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。为降低工程造价和施工方便，柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间，必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠连结。为防止地下水井夹带主体颗粒从桩间空隙流入坑内，应同
9、时在桩间或桩背采用高压注浆，设置深层搅拌桩，旋喷桩等措施，或在桩后专门构筑防水帷幕。灌注桩施工时无振动，对周围邻近建筑物，道路和地下管线影响危害比较少。 4、内支撑和锚杆支护 作为基坑围护结构墙体的支承，内支撑（水平横撑、角撑、斜撑曾）和锚杆（斜锚杆、锚定板拉杆等）的作用对保证基坑稳定和控制周围地层变形极为重要。目前支护结构的内支撑，常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类，钢结构支撑多用圆钢管和大规格的型钢。为减少挡墙的变形，用钢结构支撑时可用液压千斤顶施加预应力。钢筋混凝土支撑是近几年在上海地区等深基坑施工中发展起来的一种支撑形式，它多用土模或模板随着挖土逐层现浇，截面尺寸和配筋根据支撑
10、布置和杆件内力大小而定，它刚度大，变形小，能有力的控制挡墙变形和周围地面的变形，宜用于较深基坑或周围环境要求较高的地区。 下图，是一公司在市区高层施工与市政管线方面之间的支护施工图例。 5、土钉墙支护 6土钉墙围护结构是边开挖基坑，边在土坡面上做锚杆，连接铺设钢筋网，并通过喷射混凝土形成混凝土面板，从而形成加筋土重力式挡墙起到挡土作用。适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土，不适用淤泥质及地下水位下且未经降水处理的土层。 下图，是在我公司唐山高层住宅施工中的土钉墙应用 6、深层搅拌水泥土桩支护 深层搅拌水泥土桩是用特制的进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强
11、制拌合制成水泥浆固化剂与地基土进行原位强制拌合制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙既可挡土又可形成隔水帷幕，对于平面呈任何形状，开挖深度不很深的基坑，皆可用作支护结构，比较经济。许多工程都用了深层搅拌水泥土桩支护。 7、施喷桩帷幕墙支护 它是钻孔后将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙的支护机构形式。 五、深基坑支护设计必然考虑的条件 现在的建筑趋向高层化，基坑深度逐渐加大；基坑开挖面积较大，给支撑系统带来较大难度；软土基坑位移、沉降大，影响周边环境；工程地质条件越来越差，尤其是沿海地区，填海
12、、填湖、淤泥、泥潭、沼泽等，地质条件十分复杂；深基坑施工周期长、场地狭窄、降雨、重物7堆放对基坑稳定影响等都是设计必须考虑的要求和条件。当代建筑的发展，施工设计方法越来越多，都各显神通。但是同时也要求设计时尤其要考虑周边环境条件的复杂性，四周建筑物与市政设施的紧邻条件，不仅要保证自身稳定，也不能殃及池鱼；相邻场地施工，如打桩、降水、挖土、基础浇筑混凝土等工序也会相互影响制约的难度等。 六、高层建筑深基坑的支护设计和施工控制的有效措施 施工阶段是项目实施的关键阶段，建设单位工程管理人员应根据地质勘探资料和当地水文气候条件，结合当地深基坑工程施工的经验和条件，确定工程的关键项目，要求施工单位及时制
13、定专项施工方案报监理机构审核，并强调要制定突发事件的应急预案。以实现设计的具体体现：1、深基坑工程的施工 深基坑工程包括挖土、挡土、围护、防水等环节，是一项复杂的系统工程，任何一个环节的失误都有可能导致施工失败，甚至造成事故。施工单位要严格按照施工规范、经批准的施工组织设计及相关的技术规范组织施工，对各施工要点要制定施工方案，并加强过程控制。例如，确定土方开挖方案时，应对地质勘察报告、周围建筑物及地下设施情况等信息进行分析，对特殊土质需精心组织施工，膨胀土地区不宜在雨季开挖，软土地区分层开挖的深度不宜太大。若挖土高差太大或挖土进度过快，极易改变土体原来的平衡状态，降低土体的抗剪强度，从而导致土
14、体发生水平方向的滑移，造成坍塌事故，上海的“楼脆脆”事故就是挖土方案不合理，导致建筑主体整体倒塌的重大质量事故。 82、深基坑周围土体止水效果的控制 “水”是深基坑支护的大敌。在地下水位较高的地区，地下水对深基坑工程施工带来的危险程度是相当高的。地下水的来源一般为上层滞水、潜水、承压水、雨水及基坑周围的渗漏管道水，由于水的来源复杂，在制定止水方案时应从深基坑工程的防水、降水和排水 3 个方面考虑，根据地质勘察部门提供的地质资料，深入分析地下水的成因，了解深基坑周围环境，不能仅靠长时间不间断地抽水来降低地下水位，否则会导致基坑周围土体流失，周围建筑物不均匀沉陷，甚至发生坑底流沙、管涌等现象，增大
15、了处理难度，拖延了工期。止水帷幕是高水位地区深基坑支护工程中常用的止水措施，其施工方法主要有高压喷射注浆法、浆喷深层搅拌法、粉喷深层搅拌法和压力注浆法等。采用浆喷深层搅拌法进行止水帷幕止水施工时，如果止水帷幕的搅拌桩成桩质量不好，深基坑开挖后会出现渗水较多的现象。若此时再采用灌浆的方法进行处理，则延误工期、增加造价。因此，在该类止水帷幕施工时要注意保证桩体质量，确定合理的水泥浆掺加量，保证桩体搅拌均匀、桩长达到设计深度，避免桩头出现搅而无浆的情况，特别是在土层情况变异较大的地区，因搅拌桩的桩径不易控制，容易导致止水失效。 3、目前基坑工程中常见问题 3.1支护结构设计不当 实际主动土压力值大于
16、设计值，土压力计算模式与地区经验不符合，破坏模式比较特殊，应该计算滑坡推力，综合考虑滑坡推力和土压力等；雨季、涨潮、地下水管渗漏等使地下水位上升，粘聚力和内摩擦角下降9基坑侧土压力增大，引起破坏；场地顶部堆放建筑材料、挖出的土方堆放；超载引起变形和破坏；违规作业：如挖土机离基坑太近，并且反铲挖土，侧压力和变形加大； 3.2防水、排水、降水措施不力： 时间跨度大，不做坡顶排水沟和挡水墙，不做坡顶护面和坡面防护，轻者冲刷桩间土，重者结构破坏；高水位地区未做止水帷幕，基坑降水漏斗范围内沉降破坏；周边地下管线年久失修，可能破坏渗漏，没有提前处理；止水帷幕设计未考虑地质条件和不同开挖深度，采用同一长度止
17、水帷幕，并且未穿透砂土层。 3.3锚杆失效： 锚杆位置不当，位置过低或抗力不足，引起大的变形；锚杆长度不够，不能阻挡基坑整体滑移；锚固力下降：地面水下渗、水管渗漏、地下水位上升等，使地下水位上升，粘聚力和内摩擦角下降，锚固力下降；地基土的冻胀，锚固力下降；相邻施工的机械振动和挤土效应使孔隙水压力上升，有效应力下降，砂土液化，粘土触变，锚固力下降；锚头锁定失效和腰梁失效，锚固力下降或者丧失； 3.4基坑土体稳定性不足： 支护结构插入深度不够，Ep 不够；饱和粉细砂降水引起管涌河流砂；坑底承压水造成基坑突涌等使土体失稳滑坡。 3.5施工管理水平低、施工质量差： 未监测、少监测或监测技术落后或者不合
18、理；监测数据分析不够，不能及时预警和采取合理正确的措施；施工时随意变更设计，不按照设10计和规范施工；偷工减料，施工质量差，强度达不到要求，止水帷幕不起作用；施工环节协调不力：桩和锚杆强度未达要求就开挖；超挖、一次挖到底等。 结语深基坑支护工程的施工技术包括支护设计和施工两方面。在支护设计时，要注意设计的重要事项；在支护施工时，要注意施工技术要点，并结合监测同时进行，不可盲目施行。只有过硬的基坑支护施工技术，才能既节省了施工费用，又确保了周围环境的安全，完全达到预期的施工目的，才能最终保证了工程的顺利进行。在施工中遵循有关规范和设计要求，狠抓事故隐患管理工作，加强安全教育，重视安全检查等工作，
19、是实现深基坑支护安全工作的根本。对于深基坑支护设计和施工必须加强管理，要做好深基坑支护设计和施工，还需从以下几方面着手解决。(1)设计应全面考虑深基坑支护的设计依据和条件，这是做好深基坑支护工程的前提条件。(2)深基坑支护应重视设计，加强对设计的全面管理，投标时应单独提供基坑支护设计。(3)基坑支护施工是工程得以安全、顺利进行的保证,应加强施工过程控制。(4)“水”是深基坑支护的大敌，应重视对地下水的控制。同时作为宝贵的地下水资源,应限制盲目、过度的抽降。(5)深基坑支护设计和施工管理目前还没有得到工程施工人员的充分重视，必须加强教育培训管理，做好深基坑支护设计和施丁管理对减少甚至杜绝基坑工程事故、规范建筑施工必将起到积极的推动作用。 参考文献: 1蒋玉良 .深基坑支护设计与施工管理J.黑龙江科技信息.2010（27）.
