超高層建筑深基坑支護(hù)設(shè)計優(yōu)化

耿 城

(信陽農(nóng)林學(xué)院 工商管理學(xué)院，河南 信陽 464000)

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超高層建筑深基坑支護(hù)設(shè)計優(yōu)化

耿 城

(信陽農(nóng)林學(xué)院 工商管理學(xué)院，河南 信陽 464000)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(nèi)建筑也逐漸向大型化方向發(fā)展，高層建筑的深基坑支護(hù)技術(shù)得到了前所未有的重視，且已成為當(dāng)前高層建筑的主要施工方法。深基坑的支護(hù)技術(shù)可以保證高層建筑周邊環(huán)境的安全，是一種可以支擋、加固的保護(hù)措施，任何高層建筑都需要具備良好的根基基礎(chǔ)，只有具備了堅固的根基，高層建筑才可以不斷平地而起。該文通過介紹超高層建筑深基坑支護(hù)工程存在的幾點(diǎn)問題，指出了深基坑支護(hù)技術(shù)的具體實(shí)施方法。

超高層建筑；深基坑支護(hù)；設(shè)計優(yōu)化

隨著社會的快速發(fā)展，城市的超高層建筑也如雨后春筍般不斷出現(xiàn)。由以往的工程實(shí)踐可知，超高層建筑可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利益，從根本上減少市政機(jī)關(guān)的投資數(shù)額，同時，超高層建筑也具有層數(shù)多、施工難度大以及專業(yè)技術(shù)要求高等特點(diǎn)，需要極高的建筑設(shè)計要求與堅固的支護(hù)防護(hù)措施。作為高層建筑的復(fù)雜系統(tǒng)工程，深基坑支護(hù)的施工質(zhì)量直接關(guān)系著高層建筑的整體水平。但深基坑支護(hù)僅是超高層建筑的臨時工程，施工過程中往往得不到施工單位的充分重視，施工時只考慮如何節(jié)省建筑工程的投資額度，甚至通過減少施工工期降低工程的整體成本，完全不顧施工過程中的潛在風(fēng)險，從而導(dǎo)致超高層建筑的深基坑施工過程中頻繁發(fā)生安全事故。為了進(jìn)一步保證建筑深基坑工程的安全性，施工單位必須引起高度重視，并積極研究探討深基坑支護(hù)技術(shù)的改善方向。

1 深基坑支護(hù)技術(shù)的理論分析

1.1 影響深基坑支護(hù)技術(shù)的因素

超高層建筑的深基坑支護(hù)技術(shù)復(fù)雜繁瑣，且涉及諸多影響因素，具體設(shè)計過程中應(yīng)仔細(xì)辨別分析?？傮w而言，影響深基坑支護(hù)技術(shù)的因素主要可分為六種:一是環(huán)境因素，它主要指的是建筑周圍設(shè)施、工程地質(zhì)條件以及施工現(xiàn)場條件等，深基坑的施工現(xiàn)場多處于城市的中心區(qū)域，由于周圍建筑具有密集的地下線路，因此需要進(jìn)行垂直施工，并密切注意對周圍設(shè)施的影響。同時，施工單位還應(yīng)具體勘察場地的地質(zhì)構(gòu)造，分析巖土的物理參數(shù)，做到充分了解場地的地下水況，并根據(jù)土層的滲透規(guī)律檢測承壓水的水質(zhì)、水壓。除此之外，還應(yīng)高度重視基坑周圍的施工條件，主要包括場地的交通、行政情況,選擇支護(hù)方案后引起的環(huán)境問題以及施工過程中的材料存放、車輛進(jìn)出等情況。二是工程的主體因素，設(shè)計前應(yīng)充分了解深基坑的支護(hù)概貌、規(guī)模、施工方式以及使用要求等。三是基坑的深度、寬度因素。四是深基坑結(jié)構(gòu)的側(cè)向載荷、地震載荷、地面超載等因素。五是深基坑支護(hù)技術(shù)適用范圍以及施工場地的設(shè)備、技術(shù)現(xiàn)狀。六是深基坑支護(hù)設(shè)計的相關(guān)材料依據(jù)，比如工程當(dāng)?shù)氐幕邮┕ひ?guī)范章程以及實(shí)際施工過程總結(jié)的諸多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)[1]。

1.2 深基坑支護(hù)技術(shù)遵循的原則

施工單位選擇具體的深基坑支護(hù)技術(shù)時應(yīng)遵循一定的原則標(biāo)準(zhǔn)，并全面考慮周圍建筑的施工條件、地質(zhì)現(xiàn)狀以及工程期限等因素。首先便是安全性原則，建立深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)時應(yīng)全面考慮高層建筑的強(qiáng)度、變形要求，進(jìn)而確保施工周圍建筑環(huán)境的安全穩(wěn)固[2]；其次是經(jīng)濟(jì)適用原則，在確保施工現(xiàn)場安全后，施工單位還應(yīng)全面分析建筑的造價、工期以及環(huán)境保護(hù)等問題，通過比較分析，選擇最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用型方案；最后是便利性，在保證深基坑技術(shù)安全、適用的前提下，還應(yīng)考慮施工時的便利問題，通過改善施工現(xiàn)場條件，做到方便施工。

不同的建筑工程需要采取不同的深基坑支護(hù)方案，選擇方案時應(yīng)做到全面考慮，以便選取最為可行的施工方案。每一種施工方案都具備一定特點(diǎn)，有些側(cè)重成本旨在省錢，有些側(cè)重效率旨在縮短工期，有些側(cè)重生態(tài)旨在保護(hù)環(huán)境等，這就要求施工單位根據(jù)實(shí)際工程選取最優(yōu)的支護(hù)方案，從而強(qiáng)化方案本身的客觀性與科學(xué)性。近年來，我國頒布了很多關(guān)于深基坑支護(hù)工程的規(guī)范文件，并對方案的選擇做了原則性規(guī)定。例如，《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中要求支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)兼顧受力特點(diǎn)，并根據(jù)施工時的地質(zhì)條件、施工設(shè)備選擇方案： 錨拉式結(jié)構(gòu)的支護(hù)架適用于較深的基坑；懸臂式結(jié)構(gòu)的支護(hù)架適用于較淺的基坑；支護(hù)與主體結(jié)合的逆作結(jié)構(gòu)則適用于周邊環(huán)境較復(fù)雜的基坑。

2 深基坑支護(hù)存在問題及注意事項

2.1 工程存在的問題

高層建筑深基坑支護(hù)工程中，設(shè)計方案與施工技術(shù)尤為重要。為此，深基坑的施工過程應(yīng)全面考慮周圍的地理環(huán)境與土地條件，比如應(yīng)切實(shí)確?；有螤钆c結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并時刻控制在合理范圍之內(nèi)。深基坑支護(hù)工程的關(guān)鍵在于基坑的穩(wěn)固安全，只有保證技術(shù)的安全性才可以有效預(yù)防地面的變形問題。同時，深基坑的施工過程中也應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計，并選擇科學(xué)合理的設(shè)計方案以確保工程的安全性[3]。除此之外，超高層建筑深基坑的設(shè)計師也應(yīng)具備過硬的專業(yè)素質(zhì)與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計時應(yīng)采用最新的技術(shù)理念，并綜合考慮不同的區(qū)域現(xiàn)狀，最終得到一個實(shí)際可行的方案。

當(dāng)前，多數(shù)的超高層建筑建立在城市市區(qū)，施工過程對環(huán)保的要求標(biāo)準(zhǔn)較高，選擇基坑的支護(hù)體系時不僅應(yīng)考慮工程中噪音震動情況，還應(yīng)消除泥沙、廢土對城市環(huán)境的影響。同時，高層建筑主要集中于城市的繁華區(qū)域，密集的建筑群也帶來了分布雜亂的地下線道，施工時需要垂直下挖，還要全面考慮開挖后的潛在影響，很大程度上阻礙了深基坑支護(hù)工程的施工進(jìn)程[4]。除此之外，施工工期較短且場地較小也是深基坑支護(hù)工程待解決的問題之一，具體施工過程中應(yīng)密切注意施工場地的局限性，并做出科學(xué)合理的安排。

2.2 工程的注意事項

當(dāng)前，超高層建筑的深基坑支護(hù)技術(shù)還存在著很多不足之處，我國并沒有關(guān)于深基坑支護(hù)技術(shù)的精確算法，也沒有嚴(yán)格統(tǒng)一的建筑設(shè)計規(guī)定章程，以往傳統(tǒng)的設(shè)計理念無法在高層建筑中得到很好的應(yīng)用。為此，高層建筑的設(shè)計師應(yīng)摒棄以往固有的設(shè)計理念，根據(jù)實(shí)際的施工現(xiàn)狀建立健全可行的設(shè)計理論，以便更好地適應(yīng)當(dāng)前高層建筑的深基坑支護(hù)工程。為了確保施工方案的合理應(yīng)用，深基坑支護(hù)工程設(shè)計師在確定方案之前需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究，但目前我國并沒有完整的深基坑支護(hù)技術(shù)體系，需要工程設(shè)計師親臨施工現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，并積極勘察當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況。同時，在設(shè)計深基坑支護(hù)實(shí)施方案的過程中還應(yīng)選取一套科學(xué)合理的施工方案，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)狀確定施工現(xiàn)場，并在觀察空間效應(yīng)之后，全面考慮深基坑支護(hù)工程可能發(fā)生的潛在危險，從而確保施工過程的安全穩(wěn)固。

3 深基坑支護(hù)技術(shù)結(jié)構(gòu)

3.1 鋼板樁支護(hù)

這種支護(hù)技術(shù)的施工過程相對簡單且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，在超高層建筑的深基坑支護(hù)工程中得到了廣泛應(yīng)用。鋼板樁支護(hù)技術(shù)屬于連續(xù)支護(hù)，通常被用于基坑深度超過5 m的施工過程中，它主要以帶鎖口的熱軋鋼材為材料，將鋼板集結(jié)起來形成鋼板樁墻，此時的鋼板樁截面為梯形結(jié)構(gòu)，實(shí)施支護(hù)時應(yīng)首先定位，而后利用打樁機(jī)打出第一個定位樁，然后放線扣介，形成基坑的有效防護(hù)系統(tǒng)，但這種技術(shù)噪音較大，施工時很可能會影響周圍的居住環(huán)境，使用范圍受到了一定限制[5]。

3.2 深層攪拌水泥土樁支護(hù)

這種支護(hù)技術(shù)使用的材料主要為水泥，然后利用進(jìn)入土中深層的攪拌機(jī)對水泥進(jìn)行強(qiáng)制性拌和，經(jīng)過一定的物理化學(xué)反應(yīng)后，水泥開始硬化、固化，最終形成可以擋水、擋土的支護(hù)結(jié)構(gòu)。而對于黏土、淤泥等物質(zhì)，只要在允許的深度范圍內(nèi)，這種支護(hù)技術(shù)都可以得到利用，且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠投資較小。

3.3 地下連續(xù)墻支護(hù)

此種技術(shù)最大的特點(diǎn)便是整體剛性較大，可以用于地下水位以下的黏土復(fù)雜條件，實(shí)際施工過程中，需要將地下連續(xù)墻插入較深的地質(zhì)土層。

3.4 柱列式排樁支護(hù)

這種支護(hù)技術(shù)主要通過柱列式的間隔形式布置鋼筋混凝土，它的剛度較強(qiáng)，是一種灌注式的擋土結(jié)構(gòu)。同時，這種支護(hù)方式造價較低、施工方便，但澆筑樁之間的聯(lián)系并不緊密，因此需要進(jìn)行大截面的連接連梁，還要進(jìn)行高壓注漿、設(shè)攪拌樁，這就導(dǎo)致了施工效率較差且施工速度較慢[6]。

3.5 土釘墻支護(hù)

此種支護(hù)技術(shù)需要便開挖便鋪設(shè)，它主要通過噴射混凝土形成重力式的擋墻結(jié)構(gòu)，但這種技術(shù)卻不能用于未經(jīng)人工降水處理的土層，主要被用于地下水之上或人工降水后的粘性土質(zhì)。

4 超高層建筑深基坑支護(hù)施工的過程

4.1 施工前的準(zhǔn)備工作

深基坑支護(hù)工程施工之前應(yīng)做好設(shè)計、選擇方案以及分包單位等充分的準(zhǔn)備工作，建筑施工的首要前提便是設(shè)計工作，當(dāng)前高層建筑的質(zhì)量問題都與設(shè)計階段有著密不可分的聯(lián)系。因此，超高層建筑的設(shè)計師應(yīng)高度重視施工前的設(shè)計工作，并指派具有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計人員親臨場地進(jìn)行勘察，獲取有效的數(shù)據(jù)資料，而后在充分考慮周圍建筑環(huán)境的基礎(chǔ)上，設(shè)計出科學(xué)合理的施工計劃[7]。完成設(shè)計工作后，設(shè)計師還應(yīng)仔細(xì)考量設(shè)計方案，避免出現(xiàn)不必要的工作失誤，而后仔細(xì)交代各種工作細(xì)節(jié)，準(zhǔn)備進(jìn)行施工。同時，施工中的監(jiān)理工程師也應(yīng)切實(shí)發(fā)揮自身作用，這主要是因?yàn)樵O(shè)計師提交方案之后，施工單位為了進(jìn)一步節(jié)省成本而隨意地改變其他施工方案；還有部分施工單位的方案并不細(xì)致，沒有實(shí)際意義。因此，監(jiān)理工程師應(yīng)仔細(xì)審查設(shè)計方案，充分確保方案的合理可行。施工單位是工程的實(shí)際實(shí)施者，作為建筑工程的重點(diǎn)項目，監(jiān)理工程師還應(yīng)監(jiān)督深基坑支護(hù)工程是否選擇了經(jīng)驗(yàn)豐富的施工單位。

4.2 支護(hù)技術(shù)的實(shí)施階段

深基坑支護(hù)技術(shù)的施工過程主要分為施工準(zhǔn)備、安裝支護(hù)樁、施工錨桿以及開挖土方等四個階段，施工前應(yīng)嚴(yán)格確認(rèn)基坑深度與場地的標(biāo)準(zhǔn)高度，仔細(xì)查看周圍建筑物類型以及周邊的道路情況，以防施工期間出現(xiàn)地質(zhì)條件不符、場地布置不合理等問題。支護(hù)樁主要利用人工挖樁，并采用混凝土護(hù)壁，此過程需要進(jìn)行嚴(yán)格控制清孔、鋼筋籠的制作程序，以徹底確保成樁質(zhì)量[8]。施工過程使用的錨桿是一種承拉桿件，當(dāng)基坑挖至錨桿標(biāo)高之后，便可以進(jìn)行鉆孔工作，制作錨頭。直至達(dá)到注漿程序，再安裝鋼腰梁、鋼墊板等設(shè)施，而后還要在施工現(xiàn)場進(jìn)行錨桿試驗(yàn)，直至滿足設(shè)計要求才可停止。土方開挖量大，很可能會影響周圍居民的正常生活，因此需要采取分層開挖方式，開挖過程中還要根據(jù)檢測結(jié)構(gòu)適時控制挖土速度，一旦出現(xiàn)異常應(yīng)立即停止[9]。

4.3 應(yīng)對突發(fā)事故

超高層深基坑支護(hù)是一項繁瑣復(fù)雜的工作，施工現(xiàn)場需要準(zhǔn)備應(yīng)急的材料設(shè)備，比如噴漿機(jī)、鋼筋水泥以及沙袋等。一旦地面出現(xiàn)裂縫情況，工程人員應(yīng)及時進(jìn)行灌漿處理，防止?jié)B入地表水；開挖土方時也應(yīng)適當(dāng)增多檢測頻率，土體位移一旦過大應(yīng)立即停止挖土，并根據(jù)實(shí)際情況及時進(jìn)行回埋，防止出現(xiàn)塌方現(xiàn)象；出現(xiàn)漏水情況應(yīng)及時截斷對應(yīng)水源，并適當(dāng)進(jìn)行灌漿措施；挖至坑底時，如果土位移動過大，施工單位應(yīng)改變原有的挖土順序，利用跳挖方式分塊開挖，還應(yīng)加緊鋪設(shè)墊層，根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行配筋，并用砂包進(jìn)行反壓。

超高層建筑的深基坑支護(hù)工作具有很多潛在危險，任何事情都有可能發(fā)生，為此，施工單位應(yīng)適度增加檢測次數(shù)，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)適時分析支護(hù)設(shè)計方案。工程中任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會引發(fā)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，影響整體工程質(zhì)量，為了避免不必要的傷亡事故，施工單位應(yīng)制訂安全可行的實(shí)施方案，充分做到以人為本，時刻將工人的利益放于首位[10]。同時，深基坑支護(hù)工程實(shí)施之前，還需要有閱歷的設(shè)計單位制訂出完整可行的設(shè)計計劃，并交由專門的審查單位進(jìn)行審批，施工過程中也應(yīng)嚴(yán)格遵循審批通過的設(shè)計方案。施工過程中的降水、排水將直接影響著工程的安全性與經(jīng)濟(jì)性，以往多數(shù)的安全事件都與水有著直接或間接的聯(lián)系，為此，施工單位還應(yīng)出具一個科學(xué)可行的降排水計劃，以充分確保降排水項目的工程效率。除此之外，施工過程中還應(yīng)做好基坑土層的檢測工作，仔細(xì)觀測分析周邊環(huán)境出現(xiàn)的種種變化，并做到及時反饋檢測結(jié)果。

5 結(jié)束語

隨著社會與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，深基坑支護(hù)技術(shù)也在諸多超高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用，只有因地制宜，加強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計，才可以真正確保高層建筑的安全穩(wěn)固。近年來，我國涌現(xiàn)了大批超高層建筑，基坑的深度與面積便越來越大，工程也逐漸趨于復(fù)雜，支護(hù)難度越來越大。為此，施工時應(yīng)不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立健全的監(jiān)測制度，確實(shí)做到信息施工，這樣才可以不斷提高深基坑技術(shù)的支護(hù)水平，從而從根本上提升我國超高層建筑的施工質(zhì)量。

[1] 岳建勇,周 春,任 臻,等.超高層建筑地下主體結(jié)構(gòu)與深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計和實(shí)踐[J].巖土工程學(xué)報,2006(12):1553～1554.

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[6] 李慧娜.深基坑排樁內(nèi)支撐支護(hù)體系優(yōu)化設(shè)計方法及對周圍環(huán)境影響研究[D]. 青島：青島理工大學(xué),2009.

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2016-02-01；修改日期：2016-05-10

耿 城(1979-)，男，河南太康人，碩士，信陽農(nóng)林學(xué)院講師．

TU463

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1673-5781(2016)03-0384-04