建筑基坑支护施工技术研究

2023-01-03裴大楷

中国设备工程 2022年18期

裴大楷

（广东省核工业地质局二九三大队，广东广州 510800）

近年来，我国的高层建筑呈现出了良好的发展态势，在这样的背景下，深基坑支护技术也得到了更进一步的发展。但由于当前阶段的城市建筑之间距离普遍较短，一些基坑和建筑之间的距离甚至只有几米，这便给建筑的基础施工增添了许多的困难。同时，传统所应用的深基坑支护的结构、相关理论、原则以及公式早已不能够有效满足当前阶段的实际需求，加大了基坑工程事故发生的概率，其所造成的损失也是非常严重的。基于此，对当前阶段常用的建筑基坑支护施工技术进行深入的探索与研究具有非常积极的意义。

1 当前阶段深基坑支护存在的不足

1.1 设计阶段的土体物理力学参数选择不合理

针对深基坑支护结构来说，其自身需要承受的土压力与其安全性之间存在着密不可分的联系，但因为地质情况具有较强的多变性以及复杂性，要想能够保障土压力计算的精准性是存在较大难度的，同时对于土体物理参数的选择同样也是一大难题，特别是咋开展深基坑开挖工作的过程中，其的含水率、内摩擦角以及粘聚力是比较容易发生相应的变化的，无法有效保证对支护结构具体受力计算的精准性。在实际开展深基坑支护结构设计工作的过程中，若在地基土体的力学参数方面取值不够合理，那么其对最终的设计造成的影响将是非常严重的。从相关的土力学实验数据当中能够了解到，如果实际内摩擦角值差为5°，那么其形成的主动土压力也会存在相应的差异，同时原土体自身具备的粘聚力和开挖完成之后土体的粘聚力之间存在非常明显的不同。实际当中如果采用的施工工艺或者支护机构的形式不一样，那么其在土体力学参数的选择方面产生的影响也是较为深远的。

1.2 基坑土体取样不够完整

在实际开展深基坑支护结构设计的过程中，需要预先针对地基土层开展相应的取样分析工作，主要的目的是为了能够获取相对合理的物理力学指标，进而有利于一定程度减少工程的投入成本，减少工程整体的工作量，防止出现钻孔过多的情况。所以，实际当中获取的土样无法避免地会具有相应的随机性以及不完全性。但实际当中的地质构造是具备较强的多变性以及复杂性的，获取的土样无法充分将土层真实性展现出来。所以，实际开展的支护结构设计工作并不能够确定也具体地质情况之间是充分相符的。

1.3 基坑开挖空间效应考虑不全面

从相关的深基坑开挖资料当中能够了解到，在基坑周围朝着基坑当中出现的水平位移情况的特点主要为中间大而两边小。对于深基坑边坡经常出现的失稳情况来说，其通常发生的部位为长边居中，从这当中便能够了解到深基坑开挖问题为明显的空间问题。通常开展的深基坑支护结构设计工作主要是针对平面应变方面存在的问题给予处理的。针对细长条类型的基坑而言，此种类型的平面应变假设和实际之间是相对应的，但针对和方形以及长方形比较相似的深基坑来说存在的差别还是较为悬殊的。基于此，在还没有针对空间问题给予解决之前，将平面应变假设作为主要依据开展设计工作的过程中，需要针对支护结构给予相应的调整，保证其能够有效满足空间效应开发方面的相关需求。

1.4 支护结构设计计算和具体受力不相符

当前阶段在实际开展深基坑支护结构设计的过程中，涉及到的计算工作主要依靠的是极限平衡理论，但对于实际的支护结构来说，其的具体受力是相对复杂的。根据大量的工程实践表明，对于一些支护结构，如果将极限平衡理论作为主要依据开展相应的安全系数计算工作，那么基于理论方面而言其是非常安全的，但偶尔也有可能出现破坏。对于一些支护结构安全系数其的数值相对较小，有可能无法满足规范需求，但其在具体工程开展的过程中却是可以符合要求的。

2 基坑支护施工技术

为了能够有效保障基坑支护结构作业的安全性，除了需要保证设计工作开展的合理性，同样也需要施工全过程中涉及到各个施工环节的紧密配合，严格根据相关设计需求开展施工。对于施工过程中存在的任何超挖现象，其都会造成支护结构的超载，进而造成比较严重的后果，所以，在实际开展施工之前需要从实际出发，做好严密组织，在此基础上开展施工的设计工作，保证施工设计具有充分的合理性。

实际开展的基坑土方开挖工作需要控制在降水排水方面施工结束之后进行，同时需要保证降水排水工程可以正常投入到运行和使用当中。针对基坑周围的地面，需要做好相应的排水以及防水工作，主要的目的是为了能够有效防止地表水发生渗流，进入到基坑周围的土体当中或者是流入到坑当中。针对坑的内部需要进行排水沟以及集水井的设置，同时对于其中存在的积水需要给予及时抽除。

在具体开展基坑开挖施工的过程中，需要保证施工的连续性，最大程度缩短无支护暴露的时长，开挖环节需要严格按照相关原则进行，从上到下进行开挖，首先做好支撑然后进行开挖，按照分层开挖的原则，避免出现任何的超挖情况。通过对锚杆的应用建立支护结构的过程中，需要严格根据相关的设计需求，及时开展锚杆施工工作，同时需要保证等到锚杆张拉锁定之后才能够开展接下来的开挖工作。

需要保证基坑的周围不会堆放任何的土方以及和建筑材料，如果实际当中的情况较为特殊，必须堆放，那么通常需要保证和基坑上方的边缘距离超过2m，弃土堆高的高度不会大于1.5m，同时，保证不会超出相关的设计荷载值。对于垂直的坑壁，其的边距还要一定程度增大。对于软土地区开展的基坑开挖工作需要避免在坑周围进行弃土的堆放。在实际开展坑边作业的过程中，对于重型结构的应用，需要进行专门平台以及深基础的设置。并且在整个作业的过程中，针对坑顶旁存在的振动荷载作用需要采取相应的措施给予隔离以及限制。

在基坑挖土的过程中，对于挖土应用的机械以及车辆，需要专门布置相应的通道，同时制定合理适用的挖土流程，避免在挖土工作开展期间对存在的维护结构造成相应的碰撞。除此之外还需要针对机械以及车辆上下基坑坡道的位置做好相应的支护工作。

应用机械开展开挖工作的过程中，为了避免对基坑土体原本结构造成任何的不利影响，需要预先留出150～300mm厚度的原土层，通过应用人工的方式对其进行挖掘以及修整。在基坑开挖工作结束之后，需要及时开展清底验槽工作，同时进行垫槽的铺设，主要的目的是为了避免由于暴晒或者出现雨水浸刷情况对原本的结构造成破坏。如果出现了基层超挖的情况，就需要加强对素混凝土的应用进行回填或者是采用夯实回填的方式，以此来保证基底土自身具备的承载性能可以有效满足设计的相关需求。

需要在基坑周围进行相应安全标志以及围护栏杆的设置，绝对不允许出现从坑顶上进行物体抛扔的现象发生。在坑当中应该进行安全出口的设置有利于出现意外情况时工作人员的撤离。对于施工机械的行驶或者停放需要保证平稳性，同时需要保证坡道的牢固性以及可靠性，如果实际情况比较特殊还需要做好相应的加固工作。

对于和机械共同开展清底、场地的凭证以及修坡等工作的相关人员，需要保证在机械回转半径区域外开展作业，如果特殊情况下必须要在回转半径当中开展作业，那么需要预先保证机械停止回转，在完全制动之后才能够进行作业。

实际当中应用的土方机械需要控制在电缆1m之外的距离开展施工。在机械使用的过程中，避免和机械转动部位相接触，在针机械工作装置开展检修工作的过程中，需要最大程度降低的位置控制在最低，同时需要针对悬空位置进行垫木的设置。

在应用挖掘机开展正铲工作的过程中。需要保证其的开挖高度以及开挖深度能够控制在合理的范围之内，保证其能够满足相关规定。在进行反铲作业的过程中，履带和工作面之间的距离需要控制不小于1.5m。

3 建筑基坑支护施工工艺

实际的工程类型为框架结构住宅楼，包含了一层地下室，工程建筑的总体面积为34648m2，地下室在其中占据面积为6785m2，所应用的桩基础类型为钻孔灌注桩，地下室的高度为3.9m，承台标高以及底板面的高度为-4.7m，基坑的总体面积大约在8000m2左右周长为400m，基坑开挖深度在5.30m左右。该工程在基坑支护方面所设置的安全等级为二级，结合施工现场具体情况，包括建筑情况以及地质情况，应用的方案为应用拉森III型钢板桩支护，同时加强了锚杆支护形式的设置。在基坑的周围避免出现超堆荷载情况，在坑周围的2m之内范围禁止进行堆载。

3.1 基坑支护结构变形超出允许范围

如果实际当中的支护结构或者是土体发生了很大程度的变形，同时变形速率在不断提高，那么在后续就非常有可能发生基坑整体滑移失稳的情况，此时，坑当中需要立即暂停挖土工作，施工现场存在的大型机械设备以及施工材料需要及时运送到施工现场之外，同时及时加强对土方以及沙包等材料的应用开展基坑回填工作，等到基坑具备足够的稳定性之后，接下来需要对其更进一步进行处理。如果实际针对支护结构桩墙嵌固的深度不够，导致支护桩墙发生内倾以及出现失稳的情况，那么需要及时中断土方开挖，对撞墙前方进行回土或者是堆沙包进行反压，也可以针对挡土桩被动区打入适量的短桩，这同样也能够起到加固效果。如果实际情况较为特殊还可以进行预应力锚杆设置，这同样也能够提高对支护结构加固的效果。除此之外，采用坡顶卸载方式同样适用。

3.2 支护结构内倾变位

应用坡顶卸载的方式，在桩的后方位置挖出适量的土，在坑当中的桩前方进行砂石带的堆筑。为了能够有效降低桩后方的地面荷载，在基坑的上方禁止进行任何施工材料以及弃土的堆放，同时也要禁止停留大型的施工设备。在应用施工机具的过程中禁止出现反向挖土的现象，平时也需要禁止朝着基坑周围倾倒废水。需要做好坑周围地面的防水方面的工作。

3.3 基坑出现整体或者局部土体滑塌失稳情况

如果条件允许的情况下，可以降低土中水位或者卸载坡顶，针对未滑塌区段需要做好监测以及保护方面的工作，避免事故不断恶化。如果止水墙出现了相应的流水或者流土情况，就比较容易导致坑周围的地面出现下降情况，或者是周围的建筑物发生倾斜以及造成地下管线发生断裂方面的问题。针对此种情况需要及时暂停坑内降水以及施工开挖工作，应用相应的堵水材料针对止水墙出现的渗漏情况给予有效处理。

4 深基坑支护设计的注意事项

改变传统设计理念。当前阶段国内外在深基坑支护设计方面仍然没有完善的计算方法，我国也处在摸索阶段，同时我国当前也没有专门的支护结构设计规范。仍然应用传统的库伦火朗肯理论、等值梁法开展计算工作。最终获取的计算结果和具体深基坑受力之间存在较大的差异，在安全性以及经济方面存在明显的不足。基于此，需要能够加强对传统设计观念的转变，逐渐形成将施工检测作为主导的动态设计体系。创新工程设计方法。当前阶段的相关设计人员对于极限平衡原理的应用较为广泛，最终获取的结果也有着一定的价值。但此种方式在深基坑支护结构当中的应用仅仅能够在支护结构强度方面发挥作用，无法为支护结构刚度提供有效的保障。基于此，需要变形控制设计方法的创新，在支护结构变形控制、地面超载确定方面存在的问题给予不断深入的探索。