基于巖土工程中的深基坑支護設計問題和對策

陶陽

四川省川建勘察設計院有限公司 四川 成都 610000

1 淺談深基坑支護設計的重要意義

深基坑支護是工程建設中的一個關鍵環(huán)節(jié)，其施工過程的規(guī)范性和安全性對整個工程的質量起著至關重要的作用。目前，在巖土工程建設過程中，建設單位必須對地下水文狀況進行深入的分析，全面地分析施工過程中地下水的各種影響。在建設過程中，要對勘察現場進行深度分析，判定地下水的分布狀況。根據實際情況，選擇相應的施工工藝措施。其次，如果地下水位分布范圍很大，那么在這種情況下進行基坑工程，就必須采取相應的保護管理措施。在局部防水、結構圍護支護等方面，全面提高施工工藝的應用效果。在我國城鎮(zhèn)化建設發(fā)展的大背景下，城市高層建筑的全面發(fā)展，要求其處于深層開挖狀態(tài)，這將對周圍建筑物的穩(wěn)定產生重大影響[1]。在這種情況下，有必要對其進行合理的支護設計，以保證后續(xù)施工過程中的整體穩(wěn)定。從而保證工程的安全，避免因工程事故而引起的連鎖反應。

2 常用的深基坑支護形式及設計方法綜述

2.1 普通支護形式

2.1.1 自立式支護

這類支護施工技術措施必須在地質情況比較好的地方進行，這類支護方案中，基坑無任何支護，有利于機械化施工和地下工程建設的開展。但在工程施工中，由于支護結構本身存在著很大的側向變形，因此，在工程施工中，如果地質情況發(fā)生了變化，且基坑開挖深度很大，相應的工程施工成本也會隨之增加。

2.1.2 樁錨

對于一些深基坑工程，樁錨支護技術主要應用于土質良好的地區(qū)。在巖土錨固中，設置的參數是固定的，如軸向上拔力不得超過600 kN，因此，在實際工程中，必須選擇二次灌漿工藝。

2.1.3 排樁內支撐支護

排樁的選擇有沖孔樁、鉆孔灌注樁等，也有一些工程選擇了預應力管樁和地下連續(xù)墻。在施工過程中，根據施工方案的不同，對內支護體系的布置形式作相應的調整。如采用角撐對稱支護體系、水平拱圈支護體系等。

2.1.4 噴錨支護

噴錨支護是一種組合支護方式，其施工過程中需將噴砼、錨桿和鋼絲網等有機地組合起來。這種施工支護方法的使用，一般都是在人工填土和粘性土的施工環(huán)境下進行的。另外，施工現場不能存在很多的卵石層和細砂層，相應的基坑開挖深度必須在12m以下。

2.2 應用支護設計方法

2.2.1 深層攪拌樁

采用攪拌樁進行基坑支護，在飽和粘土、淤泥、粉質粘土等多個土層中，其加固深度可根據工程實際進行50-60m的設計。因其抗拉強度比抗壓強度低，所以適合在5-7m以下的較小土層中使用[2]。該支護結構具有良好的整體性和抗壓性，在設計時可不加任何支架，且可在開放的條件下開挖，具有很高的工程效益。

2.2.2 排樁支護

排樁有很多種，如鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土板樁、鋼板樁、人工挖孔樁等。在基坑的支護過程中，可以選擇柱式排樁支護，如果邊坡的土壤條件比較好，并且地下水位比較低的時候，可以利用土拱效應，采用鉆孔灌注樁和孔樁來支護。在軟弱的環(huán)境下，連續(xù)排樁支護往往無法形成土拱，因此，必須采用密集的排樁法，或者選擇鋼筋混凝土板樁密集排布。復合排樁支護技術是一種新型的復合結構，它能有效地應用于軟弱地層中的高水位地區(qū)。對于6m以下的深基坑，在無法選擇自沉的情況下，應選擇600mm厚的密排鉆孔樁。也可以在上面打上預制的水泥板和鋼板樁，然后在板后做防水和注漿，然后在上面設置支護和圈梁。對于6-10m深的基坑，選擇800-1000mm的鉆孔樁，然后再進行灌漿和防水處理，設置2-3個支護。對于深10m以上的深基坑，選擇大直徑800-1000mm的鉆孔灌注樁，設置多道支護。

2.2.3 地下連墻支護

在軟弱地基中，如果深埋超過10m，周圍的建筑物和地下管線都有很高的沉降變形，就必須選擇地下連續(xù)墻作為基坑支護。地下連續(xù)墻具有良好的整體性和較高的剛度，因此，基坑的變形量很小，可以進行超長基坑支護。當設計和施工中，當遇到強風化地層，不能進行鋼板樁施工時，可選擇地下連續(xù)墻[3]。

2.2.4 土釘墻支護技術

在深基坑施工過程中，先將鋼管樁置于原地，然后采用噴漿的方法對其進行表面處理。在土體-土釘-噴砼面層協(xié)同工作的基礎上，形成一種復合土體，從而達到加固的目的。土釘墻支護技術是一種將工程現場和工程監(jiān)控信息有機地結合在一起的技術。為了方便隨后的建設工作的開展，對設計進行修正。便于后續(xù)開展，適用于基坑開挖深度較小，對周邊相鄰建筑不產生較大變形和要要求不高的情況下，施工簡便，經濟穩(wěn)定。

3 在巖土工程中應用深基坑支護應注意的幾個問題

根據當前一些深基坑的施工情況，可以發(fā)現，在深基坑的基礎上，摻入的水泥量不夠，不僅會對混凝土的強度造成很大的影響，還會引起混凝土的開裂。其次，工程建設中存在的“偷工減料”現象也比較普遍。為了有效地控制支護的變形，在進行工程設計時，需要嚴格的開挖順序，然后再對工程的施工圖紙進行交底。然而，在工程建設過程中，有些工程技術人員忽略了工程建設的細節(jié)，盲目地追逐著工程的進度，一味地追求著局部的利益，這就會給工程的施工質量帶來很大的負面影響。

在深基坑開挖過程中，由于開挖后很快就會導致邊坡塌陷。分析造成這種現象的主要原因是設計不規(guī)范，沒有按照規(guī)范的設計要求進行施工。舉個例子，我們選擇土釘支護，但沒有按照設計和規(guī)范的要求來進行。很多土釘都沒有灌漿，就是在鉆孔之后，在里面放入鋼筋。盡管局部已進行了注漿，但孔內漿體尚未充填，這兩種情況都將引起邊坡的塌方。

在巖土工程中，由于地質環(huán)境本身的因素，對工程建設的質量有很大的影響。從目前的工程建設情況來看，很多深基坑工程安全事故都是由邊坡本身因素引起的，根據巖土物理特性的不同，在施工過程中，軟土、雜填土等因素對支護強度的影響要引起足夠的重視。其中，沙土，粉土抗剪強度高，結構穩(wěn)定，滲透性好，因此，在工程建設過程中，容易發(fā)生坑底冒砂現象。在進行工程建設之前，有關建設單位要對工程地質特性進行深入調查，并根據工程建設需要，制訂出一套完整的施工方案。

在工程實踐中，如果施工單位制訂的不規(guī)范和不合理的防護方案，將極大地影響工程的效果。在工程建設過程中，存在著大變形和大面積滑移的情況，這將給以后的工程建設帶來很大的不利影響。究其原因，在于對工程施工過程中的變形監(jiān)控不到位，無法對各種問題進行及時檢測，在施工過程中沒有針對工程實際進行合理的施工支護，從而造成了后續(xù)的變形和滑移問題。

4 巖土工程中深基坑支護設計問題的改進

4.1 將現代科技與深基坑支護設計相結合，做好設計與計算

地下連續(xù)墻和排樁的內力和變形精確化計算是一個非常復雜的問題，目前急需建立一個完整的計算模型。在建立該模型時，應著重考慮支護系統(tǒng)、圍護墻和地基的空間分析問題。目前，有必要對平面問題進行聯合分析，并將相應的空間影響集中體現出來，并根據工程建設的發(fā)展要求，形成一套完整的三元計算程序，為后續(xù)的深基坑幾何形態(tài)計算打下堅實的基礎。

目前，在進行深基坑支護設計時，必須對強度、變形特性和穩(wěn)定性進行綜合評判，而不是單純的靜態(tài)平衡方法[4]。在進行深基坑工程施工時，有必要對工程的特點進行分析。設計中可以運用增量法、總和法，這兩種方法的應用可以保證在工程建設過程中的受力過程中，剛度的穩(wěn)定性是恒定的，而在剛度發(fā)生改變的時候，則要綜合使用增量法。在采用總和法進行分析時，外部荷載可以是在整個工程建設過程中墻體的土壓力、錨桿和壓力等，而剛度則主要來自于地基和支護部。

4.2 加強對深基坑變形的監(jiān)控，優(yōu)化設計方案

在巖土工程項目的建設和施工過程中，必須對設計方案進行全面的優(yōu)化，才能對各種施工事故進行有效的控制，提高其安全水平。在深基坑工程建設中，必須選擇合適的支護設計方案，將支護結構的整體使用壽命、地質水文狀況、基坑埋深等因素進行綜合集成。在每一種設計方案中，都要進行標準化選擇，并對其中的各種影響因素進行集中分析，從而為以后提高基坑的穩(wěn)定性打下基礎。在工程建設過程中，基坑支護結構的變形直接關系到整個工程的安全。在此基礎上，提出了一種基于三維有限元模型的深基坑工程設計方法。目前，迫切需要對深基坑支護的變形進行綜合觀測，并對其施工過程中的變形狀況進行綜合評價。在遇到變形問題的時候，要立即停止施工，找出主要的問題，然后采取相應的措施，積極地進行處理，以此來對施工變形進行有效的控制。

4.3 提高調查數據的準確性，進行有目標的設計

目前，隨著工程規(guī)模的逐漸增大，以及工程建設的需求越來越高，這就需要更多、更高的基坑支護設計。隨著基坑工程的日趨復雜，各種新的結構型式也不斷涌現出來。有關設計者還需進行更深層次的研究，對原設計方案進行全方位的優(yōu)化，對已有的設計方案進行革新。通過比較不同方案間的差異，根據施工現狀、建設目標和地質環(huán)境要求，提出更加科學合理的設計方案，以保證基坑支護設計更安全、更穩(wěn)定。在進行深基坑工程的施工過程中，應根據工程實際情況，編制一份完整的調查報告。編制好的地質勘察報告是進行深基坑支護設計的重要基礎。然而，在工程建設過程中，由于勘察數據的不準確和數據的錯誤，使得勘察工作中存在著許多不確定性因素。因此，根據目前的工程建設經費，在建設過程中，必須對工程的地質條件和重點部位作出判斷，做好資料的補充。在勘探建設過程中，相關的勘探技術人員必須嚴格按照我國現行的技術規(guī)范進行施工，以提高勘探數據的準確性。

4.4 科學化設計坑壁形式

為了保證工程的施工方案能夠符合工程的設計要求，在進行深基坑工程的施工前，必須對基坑的圍護結構進行全面的調整。在施工過程中，要根據基坑的實際情況，夯實工程施工的地基，并按照規(guī)范的技術要求，進行結構的支護管理。例如，在工程施工過程中，管理者要對工程周圍的環(huán)境，地下水文狀況，地質現狀，開挖資料等進行綜合評判。通過對基坑支護結構的安全分析，實現基坑開挖作業(yè)時的開挖深度區(qū)間的精確定位。在此基礎上，根據已有的施工經驗，對邊坡的坡度進行判定，保證工程施工、基坑支護效果在規(guī)范之內。

在進行深基坑開挖時，要選擇有資質的施工單位，為以后工程的質量提高打下堅實的基礎?；诖耍€需要請業(yè)內專家學者的施工指導進行分析，在制定各種施工方案之前，都要經過專家的全面評價。在施工過程中，施工單位和政府主管部門要對施工單位、監(jiān)理單位和設計單位進行定期的監(jiān)理和檢查。將各種問題進行匯總，并標準化地制定相應的控制措施，防止問題進一步擴大，對基坑的安全造成很大的影響[5]。另外，有關單位應主動引入第三方的監(jiān)測機構，對基坑的變形進行全方位的監(jiān)控，以避免支護結構的變形。同時，根據基坑工程的特點，制定一套完整的應急預案。要定期進行搶險救災演習，同時要對工程施工現場的安全問題進行調查，從而對各種安全事故進行有效的控制。

4.5 進行支護設計的實驗研究

有關部門應主動將各種現代設計方法與巖土工程的深基坑支護設計相結合。在多個學科的支持下，對既有建筑技術方案進行虛擬仿真。在實際應用過程中，充分利用 BIM軟件的應用價值，將基礎支護數據進行標準化導入，并對其合理狀況進行有針對性的評估。在該技術的應用中，可以為支護作業(yè)的展開提供立體的指導。在設計階段，通過對建筑環(huán)境的多種情況進行仿真，判定其是否可行；在仿真過程中，如果遇到了比較嚴重的風險問題和技術問題，就必須對設計進行適當的調整，從而提高實施方案的可行性，減少各種風險問題的發(fā)生幾率。通過對該技術的有效利用，可以使支護設計方案的實施效果得到全面的提高。在技術上，要對工程施工費用進行集中控制，節(jié)省大量的資源。

5 結束語

綜上所述，近幾年來，我國的基建工程規(guī)模越來越大，城鎮(zhèn)化的速度也越來越快。巖土工程中存在著許多復雜的問題，這些問題已成為未來巖土工程建設中必須面對的重大課題。為了提高施工質量，有必要對這些問題進行歸納和總結。在目前的深基坑施工過程中，需要建設、勘察、監(jiān)理、設計等多方參與，對工程施工進行多方面的研究。通過加強各參與部門的交流與配合，使巖土深基坑工程的施工任務得以有效地完成，為以后的主體工程建設打下堅實的基礎。