高層建筑深基坑支護(hù)措施

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的進(jìn)步，城市土地供應(yīng)越來越緊張，全國(guó)各地都在興建高層或超高層建筑。我國(guó)對(duì)高層建筑的定義是指樓身的高度超過28m或?qū)訑?shù)達(dá)到10層以上，事實(shí)上，目前在建的大多數(shù)高層建筑層數(shù)都達(dá)到了20層以上，部分超高層建筑層數(shù)超過50層，這些高層建筑的龐大自重對(duì)建筑的基礎(chǔ)提出了更高的要求。為了保證建筑的基礎(chǔ)穩(wěn)定，須通過加深建筑基礎(chǔ)才能使高層建筑有效地抵抗其自身的豎向荷載和風(fēng)荷載。而深基坑由于存在著較大的風(fēng)險(xiǎn)，在建造過程中應(yīng)特別注意加強(qiáng)深基坑的支護(hù)工作。

1 深基坑的定義及支護(hù)工程的特點(diǎn)

根據(jù)我國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2009年印發(fā)的《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法的通知》中的相關(guān)規(guī)定，深基坑一般指開挖深度大于等于5米、建造地下室層數(shù)大于等于三層或基坑深度雖未超過5米，但施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件較差和周圍環(huán)境特別復(fù)雜的工程。由于深基坑存在著較大的風(fēng)險(xiǎn)性，須在施工過程中對(duì)基坑壁進(jìn)行支護(hù)和維系，保持四周邊坡的穩(wěn)定，保證基坑的開挖不對(duì)深基坑附近的建筑物、構(gòu)筑物和地下管線等造成影響，并通過降低坑底的地下水位等措施，使施工面在地下水位以上，防止出現(xiàn)坑四周的土體變形、塌陷和位移造成的工程安全事故。深基坑支護(hù)工程具有地質(zhì)條件多樣、施工周期長(zhǎng)、規(guī)模大、造價(jià)高，條件差等特點(diǎn)。

2 高層建筑深基坑支護(hù)的重要性

高層建筑多在城市的中心地帶建設(shè)，由于其周邊的建筑和市政配套設(shè)施均已建設(shè)完畢，深基坑開挖時(shí)不可避免地會(huì)對(duì)周圍的建筑物等產(chǎn)生影響。因此，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和開挖深度等因素對(duì)基坑進(jìn)行一定形式的支護(hù)。雖然基坑支護(hù)工程不是建筑施工的產(chǎn)品，但其作為一個(gè)輔助建設(shè)施工的安全措施工程，對(duì)建筑的質(zhì)量以及建筑施工的安全起著非常重要的作用。根據(jù)巖土力學(xué)的土體穩(wěn)定原理可知，當(dāng)穩(wěn)定的土體被開挖后，應(yīng)保證其邊坡的穩(wěn)定，通常做法可以放坡，實(shí)現(xiàn)自然穩(wěn)定。但超高層建在城市中心地帶，施工場(chǎng)地面積受到嚴(yán)格限制，放坡穩(wěn)定法不現(xiàn)實(shí)。工程中多采用各種支擋結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)基坑四周的穩(wěn)定。某高層建筑所在地為南方，基坑開挖深度為6.5m，當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件屬河水沖積平原，土層松軟，穩(wěn)定性差。深基坑在開挖施工過程中，由于支護(hù)措施不當(dāng)，造成基坑壁局部失穩(wěn)，出現(xiàn)坍塌，導(dǎo)致大量土方流入基坑內(nèi)，影響了工程進(jìn)度，同時(shí)邊坡垮塌還造成了施工現(xiàn)場(chǎng)附近的公路路基出現(xiàn)沉陷，影響了正常的交通運(yùn)行。由此可見，深基坑的邊坡支護(hù)工程對(duì)于維護(hù)正常的施工秩序和保持周邊建筑物的穩(wěn)定具有重要的意義。

3 深基坑支護(hù)的類型

不同的地質(zhì)情況下，邊坡的穩(wěn)定性不同，對(duì)其支護(hù)所采用的材料與方法也不盡相同。施工前應(yīng)根據(jù)地質(zhì)的勘察情況選擇適宜的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)。深基坑的支護(hù)方法有很多種，下面介紹幾種常見的深基坑支護(hù)類型：

（1）鋼板樁支護(hù)

鋼板樁支護(hù)是利用鋼板擋護(hù)土體，并由錨接桿在上部施加拉力以達(dá)到土體穩(wěn)定效果的施工方法。鋼板樁所采用的材料十分簡(jiǎn)單，其施工過程也不復(fù)雜，其用途較為廣泛。鋼板樁支護(hù)的缺點(diǎn)是鋼板樁易發(fā)生變形。由于鋼的韌性比較大，在基坑很深時(shí)，鋼板樁受到很大的側(cè)向土壓力，雖然不會(huì)導(dǎo)致支護(hù)失效，但由于過大的變形會(huì)帶來安全隱患，也容易造成基坑四周出現(xiàn)裂縫，因此，在超過7米的基坑支護(hù)中，單層鋼板樁支護(hù)不宜采用，可以雙層或多層鋼板樁支護(hù)代替。

（2）地下連續(xù)墻支護(hù)

地下連續(xù)墻在地鐵施工等深基坑明開挖中應(yīng)用十分普遍，在高層建筑中也逐漸得到了普及。通過特制的挖槽機(jī)械在泥漿護(hù)壁的輔助下挖出需要支護(hù)部位的深槽，然后向深槽中吊放鋼筋籠再向基中澆筑混凝土，形成連續(xù)的地下墻支撐體系后，再對(duì)墻內(nèi)圍合的部位進(jìn)行土方開挖。地下連續(xù)墻的優(yōu)點(diǎn)在于它可以做為永久支護(hù)設(shè)施存在，適用于建造地下室時(shí)使用，既可以做支護(hù)結(jié)構(gòu)又同時(shí)兼作地下室的墻體，一舉兩得，而且其能應(yīng)對(duì)各種不良的地質(zhì)條件，適用范圍廣。由于采用的專用機(jī)械和大量的鋼筋混凝土，地下連續(xù)墻的造價(jià)較高。

（3）土釘支護(hù)

土釘支護(hù)又叫土體墻支護(hù)，它利用在土體中鉆孔，并在孔中制作鋼筋混凝土桿的辦法，借助細(xì)桿與土體間的摩擦力來完成支護(hù)的方法。土釘支護(hù)在我國(guó)推廣的時(shí)間并不長(zhǎng)，由于其施工方便、造價(jià)低、效果可靠，而且可以隨挖隨支，能有效地保持土體強(qiáng)度，減少土體的擾動(dòng)，該方法迅速地在各地的施工現(xiàn)場(chǎng)得到了普及。土釘支護(hù)法由于并未形成封閉的支護(hù)墻體，所以它不適用于含水豐富的粉細(xì)砂層、飽和軟弱土層、沙礫卵石層等地區(qū)的深基坑支護(hù)工程。

（4）拱圈支護(hù)

拱圈支護(hù)利用了拱形能將受力分散至兩側(cè)水平方向上的特點(diǎn)，利用預(yù)制或現(xiàn)制的拱形支擋結(jié)構(gòu)對(duì)基坑四周的土體進(jìn)行支擋。拱圈支護(hù)分為閉合型和非閉合型兩種，具有施工周期短，可靠度高等特點(diǎn)。施工時(shí)應(yīng)注意現(xiàn)場(chǎng)是否有妥善安置拱腳的條件，保證拱腳得到有效的支撐。

（5）深層攪拌支護(hù)

深層攪拌支護(hù)是利用向土體的鉆孔中噴射水泥粉或水泥漿等固結(jié)劑，通過集料將土體固化，形成堅(jiān)實(shí)的水泥樁的一種支護(hù)形式。深層攪拌支護(hù)的類形有水泥攪拌樁、粉噴樁等類型，它是依靠樁體與土體間的共同作用來承受基坑土體的壓力的。深層攪拌支護(hù)措施適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉士、素填土等土層，但當(dāng)基坑的開挖深度不超于6m時(shí)，則支護(hù)效果不明顯，不宜采用。若施工地層中含有機(jī)質(zhì)土、泥炭質(zhì)土?xí)r，雜質(zhì)的含量會(huì)影響水泥漿的固結(jié)效果，其固結(jié)劑的選用與配比宜通過試驗(yàn)確定。

（6）排樁支護(hù)

排樁支護(hù)的原理類似于土釘墻支護(hù)，它也是利用多排混凝土灌注樁來形成主要的擋土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式可以是懸臂式的也可以是多錨桿式的。懸臂式排樁支護(hù)應(yīng)用于粘土層時(shí)，開挖深度不宜超過10m，應(yīng)用于砂性土層時(shí)，開挖深度不宜超過8m，適用于淤泥質(zhì)土層時(shí)，開挖深度不宜超過5m。

（7）錨桿或噴錨支護(hù)

錨桿支護(hù)是向邊坡的土體中打入混凝土錨桿，供助錨桿對(duì)土體施加預(yù)應(yīng)拉力，防止邊坡土體出現(xiàn)位移和變形的一種支護(hù)措施。它適用于與其它支護(hù)技術(shù)聯(lián)合使用，單獨(dú)使用時(shí)不適用于有機(jī)質(zhì)土和液限大于5、相對(duì)密度小于0.3的砂土。

4 深基坑支護(hù)施工準(zhǔn)備工作

高層建筑的基坑支護(hù)施工前，一定要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況和開挖深度等條件，設(shè)計(jì)出一定的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，在施工前，還要對(duì)深基坑的專項(xiàng)施工組織設(shè)計(jì)方案交由專家論證會(huì)進(jìn)行審查通過后，才能進(jìn)行下一步的施工操作。

4.1 支護(hù)方案的設(shè)計(jì)

深基坑的設(shè)計(jì)方案是否合理是影響深基坑支護(hù)工程成敗的關(guān)鍵因素，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)發(fā)生的深基坑工程事故中，由于設(shè)計(jì)原因?qū)е碌氖鹿收嫉娇倲?shù)的43%，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)深基坑支護(hù)這種具有一定風(fēng)險(xiǎn)性項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)質(zhì)量把關(guān)。我國(guó)的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)出現(xiàn)的時(shí)間較晚，但發(fā)展速度較快，許多設(shè)計(jì)院都在承接深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)任務(wù)。當(dāng)有些設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)把握不準(zhǔn)確，不了解真實(shí)的地質(zhì)情況時(shí)，極易出現(xiàn)設(shè)計(jì)失誤。為了避免這種情況的發(fā)生，在選擇設(shè)計(jì)單位時(shí)，應(yīng)仔細(xì)審查設(shè)計(jì)單位的資質(zhì)，并指定具有一定深基坑支護(hù)工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師來完成；另外，應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況作詳細(xì)的勘察，掌握真實(shí)的地質(zhì)情況；最后，施工時(shí)遇到圖紙表述不清楚和不理解設(shè)計(jì)意圖時(shí)，要請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)人員作出解釋，切不可自行隨意施工，以確保支護(hù)工程的質(zhì)量。

4.2 深基坑支護(hù)專項(xiàng)施工組織設(shè)計(jì)的審查

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對(duì)深基坑施工的安全管理規(guī)定，深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)方案和施工單位編制的施工組織設(shè)計(jì)專項(xiàng)方案必須交由專家論證會(huì)論證，確認(rèn)無施工安全隱患后方可實(shí)施。這對(duì)施工單位編制深基坑支護(hù)施工組織設(shè)計(jì)的能力提出了更高的要求。目前的情況是，施工組織設(shè)計(jì)往往照搬其它施工單位的設(shè)計(jì)成果，并未根據(jù)自身的實(shí)際情況實(shí)事求是地進(jìn)行修改，不能滿足施工的要求。當(dāng)專定提出修改意見后，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照專家的意見進(jìn)行修改，修改完畢后，還要交由總監(jiān)理工程師審批后方可施工。

5 深基坑支護(hù)施工中的質(zhì)量控制要點(diǎn)

深基坑的施工過程包括打孔、灌樁、監(jiān)測(cè)和開挖等幾大步驟，對(duì)施工過程的控制是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。由于深基坑的施工具有較大的危險(xiǎn)性，施工時(shí)應(yīng)注意控制以下幾方面內(nèi)容，防止出現(xiàn)基坑邊坡失穩(wěn)，造成人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。

5.1 嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方案組織施工

施工人員應(yīng)在施工前參加技術(shù)交底與圖紙會(huì)審工作，并親自到施工地點(diǎn)了解施工周邊的環(huán)境情況。施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙以及相關(guān)規(guī)定的要求進(jìn)行，保證降水工作以及其它保障設(shè)備的正常運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更時(shí)，應(yīng)經(jīng)專家評(píng)審?fù)ㄟ^后再施工。

5.2 嚴(yán)把施工材料質(zhì)量關(guān)

凡進(jìn)場(chǎng)的施工材料，如水泥、鋼筋、砂和石等均應(yīng)按施工質(zhì)量管理規(guī)定進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，并進(jìn)行抽樣送檢，檢驗(yàn)不合格的材料產(chǎn)品一律不得在施工中采用。各種質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)作詳實(shí)記錄并妥善保管，以備后查。

5.3 關(guān)鍵參數(shù)控制

開挖過程中應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)定的基坑尺寸、開挖深度和邊坡的坡度進(jìn)行嚴(yán)格控制，并定期校準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)，以防邊坡松動(dòng)對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確性造成影響，造成測(cè)量錯(cuò)誤。

5.4 分段施工，先支護(hù)后開挖

深基坑的規(guī)模一般都比較大，在施工時(shí)應(yīng)遵循“開槽先支撐、分層分段開挖、嚴(yán)防超挖”的原則來進(jìn)行，盡量減少開挖作業(yè)面對(duì)土體的擾動(dòng)范圍，縮短基坑開挖卸載后無支撐的暴露時(shí)間，做到對(duì)稱開挖，均衡開挖，合理利用土體自身在開挖過程中控制位移的能力。

6 結(jié)束語

建筑基坑的開挖與支護(hù)工程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涉及工程水文地質(zhì)和工程結(jié)構(gòu)、施工工藝及管理等多方面的知識(shí)，是一項(xiàng)施工管理水平要求高、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大的施工項(xiàng)目。在高層建筑深基坑支護(hù)的施工過程中，就特別注意控制施工質(zhì)量的措施，做好施工時(shí)的降水工作，有效地保障工程順利進(jìn)行。