淺談建筑工程深基坑支護技術(shù)的優(yōu)化策略

劉芳 卓佳

0 引言

高層施工已經(jīng)是當前建筑領(lǐng)域的主流，深基坑支護是重要的環(huán)節(jié)之一，為了保障整體工程的質(zhì)量水平，必須注重深基坑支護的施工質(zhì)量，既要確保不發(fā)生安全事故，又要保障施工水平和新技術(shù)的應(yīng)用。深基坑支護施工必須做到規(guī)范性、可靠性和科學性，切實提高深基坑支護施工工藝，做好施工安全防護工作，科學分析深基坑施工對周邊環(huán)境和建筑物安全的不利影響，以防邊坡失穩(wěn)。

1 深基坑支護施工存在的主要問題

在建筑施工中，深基坑支護施工往往面臨復(fù)雜的地質(zhì)條件和施工環(huán)境，在不同施工階段也對技術(shù)參數(shù)和施工標準有不同的嚴格要求。借助前期的周密規(guī)劃和測算，利用先進的施工技術(shù)，能夠提升深基坑支護施工的效率，確保施工的安全性和建筑物的穩(wěn)定性，達到驗收標準。受到多方面的限制及建筑施工過程中多變因素的影響，深基坑支護施工依然存在諸多問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 地基的物理力學參數(shù)測算問題

復(fù)雜多變的地質(zhì)條件，是影響建筑施工中深基坑支護結(jié)構(gòu)的重要因素，支護結(jié)構(gòu)所承受的地基壓力數(shù)值，密切關(guān)系安全水平和穩(wěn)定性，壓力數(shù)值的計算長期以來是施工規(guī)劃的難點和重點，通過利用庫倫公式或朗肯公式計算壓力數(shù)值，目前無法做到盡善盡美。地基中土體參數(shù)的精確計算難度大、變化多，尤其在施工開始后，施工前的數(shù)據(jù)測算需要重新取值，比如內(nèi)摩擦角、含水率、粘聚力等參數(shù)的測算，由于數(shù)值的可變性和多變性，很難隨時獲得精確的支護結(jié)構(gòu)受力數(shù)值，而這些數(shù)值的取值不精確，對結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工技術(shù)和驗收等都會帶來明顯的影響，在一些施工中甚至存在差之毫厘謬以千里的問題。同時，在不同的施工環(huán)境中，由于設(shè)計和施工人員在施工工藝、設(shè)計理念、支護結(jié)構(gòu)運用等方面存在差異，對地基的各類參數(shù)選擇和測算存在一些不同，也會產(chǎn)生明顯的影響。

1.2 支護結(jié)構(gòu)測算與施工實際不符

基于極限平衡理論的深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計測算，在實際施工中難免會遇到參數(shù)變化的影響。在建筑工程正式施工之前的規(guī)劃設(shè)計中，運用理論標準所獲得的設(shè)計方案，往往是具有較高安全系數(shù)的，從理論上來說不會出現(xiàn)質(zhì)量和安全問題。但實踐證明，“紙上談兵”并不能解決施工遇到的具體問題，一些測算時毫無問題的支護結(jié)構(gòu)，往往會出現(xiàn)施工質(zhì)量問題，在施工過程中達不到安全要求。究其原因，極限平衡理論是靜態(tài)理念下的計算方式，這種情況下做出的深基坑支護結(jié)構(gòu)與施工中的動態(tài)變化難以匹配，開挖后的地基逐漸松弛，土體的支撐力、聚合力不斷降低，設(shè)計人員必須考慮到這種動態(tài)變化。

1.3 施工基坑取樣具有片面性

深基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計，是基于施工區(qū)域的地質(zhì)條件來完成的，地基的土層取樣尤為必要。對地質(zhì)條件比較單一的施工環(huán)境而言，多次取樣的土樣往往穩(wěn)定性較強，成分、強度等參數(shù)比較平衡，這種情況下得出的參數(shù)和設(shè)計方案比較具有科學性。但是，對大型施工項目來說，施工環(huán)境占地范圍廣、深度更大，這就導(dǎo)致在打孔取樣時，土樣的位置和性能參數(shù)存在很大的不確定性，盡管打孔取樣盡可能覆蓋施工范圍，但取樣測試所得參數(shù)依然難以反映土層的真實情況。因此，在具體施工中，深基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計難免與實際情況存在一定的誤差。

2 深基坑支護結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計要求

在建筑施工的設(shè)計階段，基層支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須與施工項目高度契合，綜合考慮地質(zhì)條件、基坑側(cè)壁、土樣參數(shù)、基坑結(jié)構(gòu)等因素，并結(jié)合項目整體的施工要求、設(shè)計和施工標準，科學設(shè)計深基坑支護結(jié)構(gòu)方案，具體來說，應(yīng)該綜合考慮以下幾個方面的要求：

（1）將具體的建筑項目與新設(shè)計理念相融合，避免落入傳統(tǒng)設(shè)計理念的窠臼。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和建筑技術(shù)升級，建筑施工對安全性的要求越來越高，施工質(zhì)量和過程安全性都是竣工驗收的重要標準。但在深基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，能夠運用的計算公式、測量和設(shè)計手段，大多為傳統(tǒng)方式，缺少與新技術(shù)、新理念的融合。深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工不能與其他方面的設(shè)計混為一談，要根據(jù)實際情況綜合運用新技術(shù)、新設(shè)備、新理念，實現(xiàn)動態(tài)化設(shè)計和管理，確保設(shè)計方案與現(xiàn)場施工的變化不斷契合。

（2）加強施工方法和新材料的研究、運用。施工的實踐結(jié)論要不斷反饋到方案設(shè)計中，尤其對于深基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計運用，施工過程中帶來的基坑結(jié)構(gòu)和強度變化，都要求支護結(jié)構(gòu)隨之改變，確保質(zhì)量效率的雙優(yōu)先。相比于國外研究，我國的建筑設(shè)計研究還有一定的不足，務(wù)必要加強施工新理念運用，將實際施工的數(shù)據(jù)不斷回饋給設(shè)計團隊，并根據(jù)施工要求改善材料運用，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）總結(jié)各類施工環(huán)境的經(jīng)驗，創(chuàng)新運用新的支護結(jié)構(gòu)。深基坑支護結(jié)構(gòu)本身具有復(fù)雜性和多樣性，其設(shè)計理念、結(jié)構(gòu)方式、材料運用并非一成不變，設(shè)計和施工時都要從大局出發(fā)，將不同要素緊密結(jié)合，來實現(xiàn)多重功能。作為一種特殊的結(jié)構(gòu)方式，深基坑支護結(jié)構(gòu)必須使用不同的施工環(huán)境，伴隨著深度、地質(zhì)、水文、氣候、施工進展等條件的變化，不斷提供適應(yīng)變化的可行性方案，實現(xiàn)“一工程多方案”的發(fā)展式設(shè)計理念。

3 深基坑支護設(shè)施的施工要求

3.1 深基坑支護設(shè)施的施工特點

深基坑支護設(shè)施的施工十分復(fù)雜，對質(zhì)量和安全性要求高。首先，建筑施工時，深基坑支護設(shè)施的施工需要較高的技術(shù)基礎(chǔ)，確保基坑周邊受力，起到足夠的支撐和保護作用，需要在支護結(jié)構(gòu)、材料應(yīng)用、施工時間和方案調(diào)整方面做到最優(yōu)。其次，大型建筑項目越來越向城市中心位置遷移，周邊的建筑物、管線、公共設(shè)施等比較多，深基坑支護結(jié)構(gòu)的施工必須保證周圍設(shè)施不受影響，避免因施工造成周圍管線、建筑和人員的損傷。最后，深基坑支護設(shè)施的施工要充分考慮周圍的水文條件，控制好地下水，綜合運用降水、截水、明排等方式控制好地下水，避免為施工帶來新的困擾。

3.2 施工流程的基本情況

深基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案確定后，會進入具體施工階段，主要包括以下幾個流程：施工前方案和物資準備、支護設(shè)備施工、聯(lián)系梁施工、錨桿施工和土方開挖。支護樁施工時一般需要人工施工，采用混凝土、固定標號鋼筋做護壁；聯(lián)系梁施工要注意基槽開挖質(zhì)量，驗收合格后進行澆筑；錨桿施工較為復(fù)雜，要按照一般施工項目的流程開始施工，確保錨桿試驗合格；土方開挖工程量較大，須分層開挖，及時清運，并隨時關(guān)注不同深度土層的變化，若與測繪階段發(fā)生明顯變化，須重點研究是否調(diào)整支護方案。

3.3 深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)施的質(zhì)量監(jiān)測

為了確保支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，適應(yīng)基坑在施工過程中的持續(xù)變化，需要對支護結(jié)構(gòu)進行全方位的監(jiān)測，即確立監(jiān)測點和監(jiān)測制度。一方面，要設(shè)立相應(yīng)的管理制度，明確專人負責支護結(jié)構(gòu)的強度和結(jié)構(gòu)完整性監(jiān)測，明確監(jiān)測時間、結(jié)構(gòu)變化和記錄標準；另一方面，要做好支護結(jié)構(gòu)的位移監(jiān)測，通過檢測頂部的水平位移情況，來監(jiān)測支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，尤其是在開挖過程中要增加監(jiān)測次數(shù)。

4 提升深基坑支護設(shè)計施工的建議

4.1 加強施工監(jiān)測修正支護數(shù)據(jù)

在深基坑支護設(shè)施安裝后，將會進入施工的土石方挖掘階段，在這個過程中，地基的性狀會發(fā)生漸進式的變化，土質(zhì)變松、應(yīng)力變化、強度降低，隨之而來的是支護結(jié)構(gòu)的位移、支撐點變化等。既有的計算公式大多數(shù)基于施工前的地質(zhì)條件進行運算，導(dǎo)致施工后的數(shù)據(jù)發(fā)生改變，土壓力、支護樁參數(shù)的精確度明顯降低。因此，傳統(tǒng)算法的計算結(jié)果與實際施工中的深基坑支護結(jié)構(gòu)參數(shù)懸殊，應(yīng)該建立實時監(jiān)測的動態(tài)設(shè)計體系，在施工中不斷調(diào)整支護結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計，確保施工安全性。

4.2 著重研究支護結(jié)構(gòu)的剛度控制技術(shù)

極限平衡理論是設(shè)計施工的重要方法，設(shè)計人員將其計算結(jié)構(gòu)作為建筑設(shè)計重要參考數(shù)值，但在深基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，該理論衍生的數(shù)據(jù)只能起到較好的結(jié)構(gòu)強度要求，在結(jié)構(gòu)的剛度方面缺乏足夠的支撐。國內(nèi)發(fā)生的一些施工問題中，支護結(jié)構(gòu)的剛度問題比較明顯。因此，施工設(shè)計單位應(yīng)該著重加強深基坑支護結(jié)構(gòu)的剛度性能研究，確保支護結(jié)構(gòu)變形較小，更好地適應(yīng)周邊環(huán)境變化和施工條件改變，將支護結(jié)構(gòu)的變形控制標準、空間變化等作為今后的重點研究課題。

4.3 探索支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的運算新策略

高層建筑的設(shè)計施工已經(jīng)成為當前城市建設(shè)的主流，這為深基坑支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟性提出了更高要求，也迎來了新一輪的建筑設(shè)計領(lǐng)域技術(shù)革命，比如鋼筋混凝土板樁、地下連續(xù)墻等新型支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，進一步提升了施工質(zhì)量，近幾年廣泛應(yīng)用的土釘、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土多孔板等設(shè)施、技術(shù)，更是豐富了支護結(jié)構(gòu)的多樣化，能夠讓施工設(shè)計適應(yīng)更復(fù)雜多變的施工環(huán)境。但從基礎(chǔ)理論來看，各類技術(shù)的運用大多數(shù)基于經(jīng)驗和施工需求，在設(shè)計階段尚未形成科學的設(shè)計模型和數(shù)據(jù)計算，大量的實地測試和數(shù)據(jù)排除，為設(shè)計人員帶來了巨大工作量，也為未來施工埋下了隱患。如何形成一套科學的設(shè)計和計算模式，以數(shù)據(jù)、計算仿真和模型搭建作為設(shè)計的領(lǐng)軍意識，是今后支護結(jié)構(gòu)設(shè)計急需解決的核心問題。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代建筑業(yè)的高速發(fā)展不斷助推建筑施工技術(shù)的優(yōu)化升級，在當前的發(fā)展轉(zhuǎn)折點上，相應(yīng)的施工技術(shù)和標準落地也為深基坑支護施工帶來了新要求。按照施工規(guī)范和具體項目的要求，加強深基坑支護施工作業(yè)的規(guī)劃化、標準化，確保施工質(zhì)量和效率，不僅關(guān)系到建筑施工的經(jīng)濟效益，也明顯影響社會效應(yīng)，在質(zhì)量、效益、安全的前提下，才能最終實現(xiàn)建筑項目的順利推進、竣工。