探討巖土工程深基坑支護的設計及施工問題

何國華

（河北中色華冠巖土工程有限公司，河北廊坊 065201）

1 引言

深基坑支護施工是巖土工程建設的重要環節，可為整個項目的質量及安全提供保障，而在深基坑支護設計中，應做好現場勘測與地質監測，了解環境情況，并通過反復驗證，確保深基坑設計的科學性和可行性。但當前很多深基坑支護施工都面臨著各類問題，如支護結構、邊坡結構、設計施工差異等，對整體項目質量造成了影響。因此，我們要積極加以研究，盡量克服施工中存在的困難，解決相關問題。本文結合某地鐵站地下空間項目的案例進行探討。

2 巖土工程深基坑支護的常見問題

2.1 設計問題

在深基坑支護工程中，若無法確保工程穩定性，就會出現基坑支護偏移或支護空間不足的情況，這是由于相關人員在設計過程中未能充分考慮支護參數，未確保工程具備詳盡的數據參數，無法滿足深基坑施工中基坑實際受力的需求。還有一些設計人員在設計中僅停留在研究階段，未充分勘測實際施工場地條件，所計算的支護力度與實際受力不符，導致在理論上較為完好，但在實際開挖過程中受到土質巖體等方面的影響，出現安全問題，忽視了一定的動態因素。另外也有部分施工項目，擋土結構與土層之間產生了土壓力，設計人員卻僅考慮了支護結構的側向土壓力，對于地下土質、地下水等方面的變化情況缺乏分析，導致深基坑支護結構頻頻出現設計問題，影響后續工程順利進行[1]。

2.2 施工問題

在深基坑支護工作中，往往會出現挖掘不夠或過多挖掘等情況，產生這些情況的原因一方面是相關人員在使用機械設備的過程中缺乏嚴格的管理，對施工現場缺少精細化的監管，另一方面則是在施工中，施工人員未嚴格選擇施工工藝，所使用的開挖方式不當而出現各類施工混亂的情況。例如，在土方挖掘施工過程中，未處理好支撐與開挖的關系，沒有施行圍護結構、墻趾注漿、坑底加固等措施。此外，也有些深基坑支護施工需要對地下室、停車場等區域進行施工，這種場所對基坑施工的要求較高，但在施工過程中，施工人員對墻體的各項參數沒有進行控制，如導向墻體的中線、設立角度、排布距離與制作寬度等，或是在施工中未合理把控摻入的膨潤土、純堿等添加劑的用量，這樣難以保證泥漿質量，無法確保施工的穩定性。

3 巖土工程深基坑支護的設計要點

3.1 深基坑工程概況

以某地鐵站地下空間項目為例，該項目緊鄰雄安新區新月公園，距雄安新區起步區約24 km，需要在公園地下空間約4.83 萬m2（面積包含下沉廣場約1.25 萬m2，M1 軌道區間結構預留段約102 m）建立地下設施（見圖1），如下人行通廊、地下公共服務設施及設備用房等，建筑面積約33 067 m2，還包括地鐵預留區間，建筑面積約為1 616 m2，地面樓梯間等地面建筑約1 200 m2，此外還包括工程所需的雨水管線、排污管線、給水管線及通信電纜等工程。該項目主體結構采用鋼筋混凝土框架結構，設計使用年限100 年，安全等級一級，建筑抗震設防類別為重點設防類（即乙類），抗震設防烈度為8 度，但項目處于軟弱地層，很容易受到軟土地質影響出現變形、隆起等情況，在基坑施工中需要嚴格控制。

圖1 深基坑支護施工現場

3.2 深基坑支護特性

深基坑工程的支護結構是一項臨時性支撐結構，對施工項目整體與基坑結構等起到重要的防護與支撐作用，能夠提高施工穩定性，這種支護結構面對不同的地質巖體，還應運用不同的施工方式。深基坑工程技術比較復雜，并且存在很多不穩定因素，容易造成施工安全，很容易造成工種之間相互影響。因此，在施工過程中需要多個工種協同工作，做好施工的嚴格管理與監督。這要求在設計過程中需要技術人員具備理論力學、結構力學、材料學、地質測量學等多方面知識，做好對周邊地區的勘察工作，其中包括建筑周邊區域土體土質、水文環境、氣候環境等方面的勘測，準確地通過數據標注環境情況，并從安全、經濟等方面去考量，嚴格審核設計方案，要求各道工序協調配合，保證工程進度[2]。

3.3 深基坑支護技術方案

深基坑工程中往往會出現影響工程施工的各種因素，因此在施工過程中，需要施工人員強化技術把控手段，編制相應設計文件（見表1），根據施工需求靈活調整設計方案。例如在本工程中，由于受到地下質地濕潤、結構松散、韌性較低粉土的影響，施工人員通過測斜儀觀察，發現初步挖掘土方時，出現較大位移，且與前一天觀測數據相差10 cm。通過分析得知這是樁的荷載成倍增加，造成了樁結構失穩，再加上勘察報告顯示，地下水位埋深約為9 m，穩定水位埋深約為8.5 m，屬于孔隙潛水。因此，在施工過程中應通過預應力錨桿的土釘墻提供支撐，可通過加錨桿的方式適當放坡，對土釘墻提供進一步的支撐，這樣的結果可保證較高的穩定性與經濟性。

表1 工程參數描述

4 巖土工程深基坑支護的施工要點

4.1 深基坑施工支護技術流程

深基坑支護是各類施工的關鍵階段，管理人員應嚴格要求施工人員做好各項工作。深基坑工程流程較多，如環境勘測、合理地設計規劃、基坑土方開挖、支撐受力結構施工、土釘墻支護施工、防水施工等。施工單位應嚴格按照施工規程開展施工，在開工前通過技術交底的方式明確各項施工要點，做好施工前的技術指導。還要對各個施工環節加以控制，例如在土方開挖過程中，應對地質勘測報告進行分析，合理甄選細沙、粉土、黏性土的用量等，加強預防支護措施，避免超挖帶給土體的影響，做好各項施工防護準備工作。

4.2 基坑土方開挖

基坑的挖掘工作不應過度依賴機械施工，以免對施工質量造成較大影響，同時若過于依賴人工挖掘，則又難以確保施工進度，因此就應采用人工挖掘與機械挖掘相結合的方式，進行分層挖掘，施工各方相互配合。深基坑挖掘應減少對周邊土體的擾動范圍，并按照順序降低周邊區域土體沉降情況，盡可能控制并縮減基坑挖掘的無支撐暴露時間，確保全過程受力平衡，且挖掘中也應積極按照施工規劃，在開挖深度滿足支撐設計標高時，就應進行開槽并架設各類支撐結構，同時還應時刻注意土體形變程度，遵循先撐后挖的方式，確保挖掘過程的穩定性與安全性。土體壓力情況可通過式（1）和式（2）計算：

式中，Pa為主動土體壓力強度，kPa；Pb為被動土體壓力強度，kPa；γi為第i層土體重度，kN/m3；hi為第i層土體厚度，m；q為地面荷載，kPa；K1為主動土體壓力系數；K2為被動土體壓力系數；c為土體黏聚力標準值，kPa。

4.3 支撐受力

由于深基坑屬于地下施工，特別是本工程的深基坑挖掘有一定深度，因此存在較高的風險，設計時應做好支撐受力應急預案，確保深基坑挖掘施工的安全。施工人員需要通過鋼管、混凝土等穩定性較高的建材進行支撐保護，并對周邊結構進行加固與支撐。例如：在本工程中運用了H400 mm×400 mm鋼材，可提供較高的穩定性，同時還應在周邊土體中加裝相關報警與監測設備，一旦發現負載壓力過高或結構斷裂等情況，可以及時報警，降低安全隱患。同時施工人員還應設立安全帶及隔離區域，降低對周邊環境的影響，管理人員也應在發生危機時做好人員疏散工作，把損失降到最低[3]。

在深基坑的各項結構加固措施中，土釘支護技術可以有效加強結構的穩定性（見圖2），它需要在土層中加裝土釘，通過結構的穩定性與摩擦力，增強支護能力，同時還可以配合鋼材支架，確保灌注漿的質量，并按要求嚴格執行土釘的拉拔力度測試。

圖2 土釘墻與鋼架支護

4.4 防水施工

很多深基坑施工都會面臨地下水位的侵蝕，水源很容易對基坑支護的穩定性造成影響，如本工程的地下水源屬于孔隙潛水，對施工造成了一定影響。因此應做好排水準備。深基坑施工一般在挖掘到5 m 左右時就會出現水源滲漏，本工程采用明排方法，設立排水溝（見圖3），直接在基坑集水井內通過φ600 mm 井下排水管進行排水工作，也可以在基坑四周挖掘排水渠，但這種方式雖經濟性較高，卻僅僅適用于流沙地質。若施工中排水周期較長，也可采用地面抽水系統，可在管外修建排水溝渠，在降雨季節還應注意地面降水的影響，可通過單井單泵抽水的方式，通過虹吸管連通排水溝，降低地下水位高的限制，這種使用方法較為普遍。通過在本工程中運用，采取相應的方法，取得了較好的排水效果。

圖3 基坑排水溝渠

5 結語

綜上所述，巖土工程深基坑支護施工是一項重要工程，直接影響著整體工程項目，而該工程很容易受到周邊環境及土體壓力等方面的影響，從而導致施工中出現各類質量問題。為此，設計人員應通過充分的環境勘察，全面收集施工環境周邊區域數據，并做出數據標注，合理做好施工方案設計，在施工中也應做好土方開挖、支撐受力結構、防水施工等各項工作，努力提高深基坑支護施工的穩定性與安全性，全方位提高建筑工程中的深基坑支護工程質量，為整個工程順利竣工打下堅實基礎。