深基坑支護施工技術(shù)及穩(wěn)定性分析

李文厚

摘 要：隨著房地產(chǎn)行業(yè)的高速發(fā)展及城市化進程的逐步深化，大量的高層及超高層在城市范圍內(nèi)拔地而起，深基坑支護施工已經(jīng)成為普遍的基礎(chǔ)施工模式，此外城市地鐵和輕軌施工也需要大量使用深基坑支護。文章結(jié)合深基坑工程實例，以支護體系彈性計算模型和土體本構(gòu)模型等方式，采用有限元計算方法模擬穩(wěn)定性分析，總結(jié)出一套深基坑支護施工技術(shù)及穩(wěn)定性影響分析的方法，為廣大深基坑施工人員提供參考。

關(guān)鍵詞：深基坑支護；施工技術(shù)；穩(wěn)定性分析

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0145-02

隨著房地產(chǎn)行業(yè)的高速發(fā)展及城市化進程的逐步深化，大量的高層及超高層在城市范圍內(nèi)拔地而起，深基坑支護施工已經(jīng)成為普遍的基礎(chǔ)施工模式，此外城市地鐵和輕軌施工也需要大量使用深基坑支護。而深基坑支護體系的設(shè)計、施工能力水平及穩(wěn)定性分析直接關(guān)系到深基坑施工的安全性和工程整體的安全可靠，必須采用一套較為完善可行的方法進行管理。

1 深基坑支護工程的概念及施工技術(shù)要求

深基坑支護工程是伴隨著深基坑樁基施工所需要的一項臨時施工設(shè)施，并不屬于建筑物和構(gòu)造物的主體工程。隨著城市高層建筑的不斷建設(shè)，高層建筑的深基坑的支護施工技術(shù)越發(fā)凸顯重要性。深基坑支護施工是為保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護措施的施工。常見的基坑支護型式主要有：排樁支護，樁撐、樁錨、排樁懸臂；地下連續(xù)墻支護，地連墻+支撐；水泥土擋墻；鋼板樁支護；土釘墻；逆作拱墻；放坡；基坑內(nèi)支撐等。伴隨著目前建筑發(fā)展趨勢，深基坑施工也向大深度、大廣度方向發(fā)展。隨著城市地鐵及輕軌建設(shè)進度的加快，深基坑施工的規(guī)模的加大也導(dǎo)致深基坑施工周期變長，施工難度加大，因此必須對施工技術(shù)及穩(wěn)定性分析技術(shù)進行拓展和延伸。

2 深基坑支護施工中存在的問題及原因分析

2.1 部分將深基坑支護工程委托給沒有專業(yè)資質(zhì)的單位

一些土建總承包施工單位為了節(jié)約成本，將深基坑支護工程委托給沒有任何施工技術(shù)人員的隊伍進行。這些所謂巖土工程公司在不具備勘察設(shè)計資質(zhì)或者巖土工程施工資質(zhì)的情況下，私自承攬深基坑支護工程施工，導(dǎo)致深基坑支護施工出現(xiàn)設(shè)計水平低劣、施工質(zhì)量差的情況。

2.2 施工質(zhì)量不佳，違規(guī)操作現(xiàn)象嚴重

①邊坡開挖沒有達到設(shè)計要求。機械開挖不達標，出現(xiàn)開挖深度不足、水平度不足和坡度不到位等情況，甚至出現(xiàn)機械開挖后的邊坡表面的平整度和順直度不規(guī)則，而人工修理時又由于條件的限制無法作深度挖掘，繼而出現(xiàn)邊坡開挖沒有達到設(shè)計要求的情況。

②不按設(shè)計要求及施工方案施工。部分施工單位偷工減料，以次充好，使用低標號水泥進行深層攪拌樁施工，影響支護強度并且發(fā)生裂縫，直接影響支護工程的可靠性。還有一些施工單位為了保障施工進度減少開挖程序和開挖深度，不按照設(shè)計圖紙及施工方案要求施工，導(dǎo)致支護工程變形，進而破壞深基坑支護體系的構(gòu)造及強度。

③開挖與支護施工不配合，現(xiàn)場管理混亂。部分深基坑支護施工將開挖與支護進行分開承包，最終導(dǎo)致雙方爭搶施工作業(yè)面，最終導(dǎo)致開挖施工與支護施工嚴重脫節(jié)，現(xiàn)場互不配合，管理混亂。最終導(dǎo)致開挖截面長期得不到支護，支護安全系數(shù)嚴重降低。

2.3 事故發(fā)生率高，不及時處理問題

在深基坑支護工程施工過程甚至交付后，由于地質(zhì)變動或者設(shè)計、施工等多方面原因?qū)е峦话l(fā)事故，但極少得到深基坑支護工程施工單位的配合及處理。

較常見的事故情況有：

①邊坡坍塌。這是最為嚴重的深基坑支護工程事故，表明該支護沒有達到原有要求，最嚴重的，甚至?xí)斐芍車ㄖ锏奶突A(chǔ)沉降。

②臨近建筑物受力變形。由于深基坑工程一般會緊鄰其他的建筑物，如果支護工程措施不得力，就會造成附近建筑物結(jié)構(gòu)變形和基礎(chǔ)沉降。一旦建筑物出現(xiàn)較大變形后，結(jié)構(gòu)就會被破壞，產(chǎn)生機構(gòu)裂縫，危機人民生命財產(chǎn)安全。

③產(chǎn)生水平位移。由于支護不充分造成基坑邊坡水平位移較大，水平位移如果繼續(xù)加大，則會影響主體工程的建設(shè)，特別是不明原因位移往往是大面積滑坡的開始，因此需要召集基坑支護設(shè)計、施工單位和專家對基坑重新進行穩(wěn)定性分析，并就出現(xiàn)的問題提出處理措施。

3 深基坑支護工程施工措施及對策

①加強施工分包及招標管理。由于深基坑支護工程的技術(shù)性和特殊性，其施工應(yīng)由具有施工資質(zhì)與能力的專業(yè)分包隊伍進行。施工單位的技術(shù)力量、整體素質(zhì)是影響工程質(zhì)量的重要因素之一。因此在項目的分包階段，必須嚴格審查各專業(yè)的施工隊伍及人員資質(zhì)是否達到了國家規(guī)范的要求。所有施工人員都必須要求持證上崗，而且單一作業(yè)面必須有有單一資質(zhì)。

②重視施工方案設(shè)計。要杜絕設(shè)計事故，必須重視施工方案的設(shè)計工作，熟悉當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)情況的勘察設(shè)計公司結(jié)合建筑要求及周圍環(huán)境特點設(shè)計出經(jīng)濟合理的深基坑支護方案。工程人員在施工前應(yīng)對方案進行認真審核，理解設(shè)計意圖，及時與設(shè)計人員溝通以掌握方案，在施工組織時，使各個組成部分、各道工序協(xié)調(diào)有序。

③編制專項施工方案，并經(jīng)監(jiān)理及業(yè)主審批。施工專項方案是具體指導(dǎo)施工的重要文件，深基坑支護施工方案要綜合考慮工程所在地的地理條件、工程類型、基坑開挖規(guī)模、周邊環(huán)境、支護結(jié)構(gòu)等因素。方案中要明確施工平面圖、基坑的支護方式、基坑開挖方式、降水措施、施工工期、監(jiān)測布置的合理性等，要對施工基準面進行控制，控制的關(guān)鍵是基坑的穩(wěn)定性、地面變形及地下水的控制，并要根據(jù)實際情況適時地調(diào)整方案。監(jiān)理工程師應(yīng)認真審核施工單位提交的專項方案，對不能滿足施工要求的，堅決要求其修改完善后按程序申報，特別復(fù)雜的方案可組織專家匯審，待總監(jiān)審批后方能實施。

④加強施工過程中的組織及質(zhì)量管理。深基坑支護的施工流程一般包括：施工前準備、支護樁的施工、聯(lián)系梁等的施工、錨桿的施工、土方開挖。工程施工前，施工人員需要熟悉當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)資料、本次施工設(shè)計圖紙及施工現(xiàn)場周圍的環(huán)境，在施工過程中不得隨意改變錨桿位置、長度、型號、數(shù)量，鋼筋網(wǎng)間距，加強筋范圍，放坡系數(shù)等?；又ёo施工單位要與挖土施工單位緊密配合，堅持分層分段開挖和分層分段支護的施工原則進行施工。土方開挖的順序和具體開挖的方法必須與設(shè)計的工作情況相一致，減少開挖過程中土體的擾動范圍，縮短基坑開挖卸荷后無支撐的暴露時間，對稱開挖，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。巖土深基坑開挖的過程中應(yīng)采取措施以防止碰撞支護結(jié)構(gòu)、工程樁或撓動基底原狀土。

⑤加強監(jiān)控檢測，發(fā)現(xiàn)問題，采取補救措施及時處理。深基坑支護施工檢測要安排專業(yè)施工監(jiān)測人員對基坑現(xiàn)場及周圍建筑物進行監(jiān)測，根據(jù)基坑開挖期間監(jiān)測到的基坑支護結(jié)構(gòu)或巖土變位等情況，比照勘察、設(shè)計的預(yù)期性狀，動態(tài)分析監(jiān)測資料，全面掌握位移變化的大小、方向、變化頻率，對照報警標準，預(yù)測下一階段工作的動態(tài)，及時對施工中可能出現(xiàn)的險情進行預(yù)報，超過位移設(shè)定的預(yù)警值時，應(yīng)及時采取有效的應(yīng)對措施，確保工程安全。

⑥增加風(fēng)險預(yù)案，針對突發(fā)事件進行管理控制。對于基坑支護結(jié)構(gòu)的施工要做好應(yīng)對突發(fā)事件的技術(shù)準備。常見的突發(fā)事件有：基坑內(nèi)管涌、流沙；基坑支護局部出現(xiàn)成因不明的裂縫、沉降；氣象異常，出現(xiàn)持續(xù)多日的狂風(fēng)暴雨；相鄰工地施工的影響，如降水、打樁、開挖土方；地下障礙物妨礙基坑支護結(jié)構(gòu)或止水帷幕的施工等等。事件發(fā)生后，及時啟動應(yīng)急預(yù)案，并會同相關(guān)單位研究解決辦法。

4 深基坑支護施工穩(wěn)定性分析

在對深基坑支護施工進行穩(wěn)定性分析時，需要根據(jù)工程的施工方法多用計算機技術(shù)模擬施工過程，對影響支護體系穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素進行結(jié)合分析。一般而言，影響深基坑支護體系穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素主要有三個方面：支護結(jié)構(gòu)體的入土深度、整體剛度及基坑內(nèi)支撐軸力的大小。在進行深基坑支護施工穩(wěn)定性分析時，一般可以采用以下步驟：

進行施工過程分解以及施工過程模擬，分析審計空破壞工況條件。

采用穩(wěn)定性分析的常用方法是有限元分析軟件PLAXIS進行有限元分析。

建立有限元分析模型，并分狀況進行破壞性模擬；比如可以計算在良好工況了基坑破壞時地連墻的側(cè)向位移分析。破壞情況可以分為改變地連墻的入土深度即墻長；改變地連墻的剛度直到坑壁土體發(fā)生滑動破壞；改變支撐軸力直至基坑發(fā)生整體穩(wěn)定破壞。

根據(jù)破壞性模擬機基坑失穩(wěn)標準的模擬核算，計算出影響基坑穩(wěn)定最為關(guān)鍵的因素，并且確定基坑破壞的安全系數(shù)及臨界技術(shù)，并作為后期監(jiān)測及監(jiān)控的主要控制目標。

進入施工周期后需要對深基坑施工工程的工況進行監(jiān)護，發(fā)現(xiàn)較大條件的變更，則需要重新進行工況模擬及有限元計算，保證基坑穩(wěn)定性分析的科學(xué)性。

5 結(jié) 語

深基坑支護工程的施工雖然不是建筑物主體施工，但是卻是配合樁基工程的最重要構(gòu)成部分，也是一個循序漸進的過程。綜合對影響基坑穩(wěn)定性的三種因素的理論計算機分析可以推斷，支護結(jié)構(gòu)的入土深度、剛度以及支撐軸力大小對不同的深基坑施工穩(wěn)定性影響不同，因此必須根據(jù)項目實際情況對基坑整體穩(wěn)定性破壞進行總體分析。另外，施工單位應(yīng)按先設(shè)計、后施工的程序施工，并盡量做到邊施工、邊監(jiān)測，遵循“分層開挖，先撐后挖，隨挖隨撐，對稱均衡，限時限量”的施工原則，杜絕盲目施工和野蠻施工的現(xiàn)象，從設(shè)計、施工、檢測、補救等四個階段加強對整個深基坑施工過程的管理，才能保證深基坑施工的質(zhì)量及安全。

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