从基坑支护设计源头解决地下工程诸多问题

从基坑支护设计源头解决地下工程诸多问题

陆超烨

无锡水文工程地质勘察院有限责任公司  江苏省无锡市 214000

摘要：对地下空间的充分利用，迫切需要对深基坑支护模式进行创新，并根据具体工程特点，采用多种支护模式，实现对地下工程施工的整体控制，保证其安全性和可靠性。与此同时，由于深基坑支护是一项比较复杂的技术，所以它所牵涉到的研究领域也很广。文章对该技术的技术特征及其发展进行了介绍，并结合实际工作，有针对性地提出了几种深基坑支护技术。

关键词：深基坑支护；工程安全；地下施工

一、从基坑支护设计源头解决地下工程诸多问题

基坑工程的设计任务十分繁重，需要考虑的因素也很多。基坑设计不但要清晰地表述出支护结构和施工工艺这一部分的内容，而且还要对桩基、土方、主体结构等有关的“衍生内容”，如时间、空间次序、工作面的供给、基坑周边的道路和场地的利用等，做出明确的规定。

“衍生内容”既是基坑设计中的一环，也是一环，它关系到整个工程能否安全、顺利、高效和经济的运行。然而，在过去的地下工程设计中，“衍生内容”就成了设计的空白点，只有在建设之前才加以考虑，哪怕建设过程中有问题，也是治标不治本。因此，必须抓住深基坑支护设计的“牛鼻子”，才能解决深基坑施工中存在的种种问题。

目前，基坑的设计者，都倾向于在基坑底部进行桩基施工，因为桩基的优点很多，可以系统性地解决很多问题：

①如果天然地面和坑底都是软粘土，需要对垫层进行回填才能达到桩基础的要求，则可以省略一次回填工作；如果是地面较软，底部较硬，那就能“大赚一笔”。②在施工过程中，可降低桩身的空洞和进桩长度，既可节约成本，又可降低施工成本。同时，也可避免在送桩过程中，桩顶高程不易控制，桩身容易发生倾斜，从而提高了施工质量。③相对于地表打桩，尤其在淤泥区，可有效避免开挖时对桩身造成的剪切破坏。④在淤泥区，在坑底开挖过程中，一般都会在一定厚度的软土上铺上一层，这既为土方开挖、砖胎模砌筑及底板垫层等工程创造了有利的作业条件，又大大降低了工程难度。

当然，在大坑底部打桩，也带来了几个问题：

①由于需要在某一特定的位置进行换填层的开挖，从而使基坑施工成本提高；②临近基坑边沿（以下简称边桩）存在着施工空间不足的难题，目前国内外尚无针对该难题的研究。③基坑底部排水，特别是在雨水多的季节，负荷过大等问题。

对于第一点，可以将基坑工程纳入到地下工程系统中，进行整体评价：尽管基坑成本会提高，但是根据前面提到的四个优点，如果地下工程的综合效益已经显现出来，那么就应该选择使用在坑底的打桩方案；对于第二点可以采用预先在天然地面上打边桩的方式来处理；对于第三点可以采取在坡顶上下设置良好的排水设施，并加大排水的人力和物力。

在基坑的设计中，怎样才能将基坑底部的换填土层考虑进去？

同样，以沿海地区的深厚淤泥区为背景，如果基坑深H，那么在坑底打桩，需要对坑底土换填h厚，理论上，基坑设计深度应该是H+h，这样的话，基坑的安全应该不会有太大问题，但是这必然会导致支护结构造价的大幅度提高。

如果换填的厚度不是很大，例如使用锤击桩工艺，那么如果完全按照基坑的深度H来考虑，虽然会显得冒进，但也不是不可以，可以考虑采取如下措施：

①对基坑底部被动区某一宽度的区域，采取深层搅拌桩等加固方法，一方面可以提高被动土压力，有利于基坑的稳定；同时，由于该地区的土壤经过了强化和改善，所以不需要再进行填筑，因此，该地区的顶部高度将与设计的基坑底部高度一致。②对被动加强区之外的土壤进行充填，在充填速率和一次充填区域的面积上要进行充填。最好的办法就是带着一大堆泥土离开，然后再带着一大堆碎石回来。但是在实际施工过程中，因为存在衔接问题和淤泥对碎石土的污染问题，可以考虑以数车（如少于5车）或一定面积（如少于30m2）为一单元换填一次，并且从一单元开挖完成到换填开始间隔的时间不能超过半个小时。③在计算过程中，应进一步提高基坑的稳定性。

在以前的基坑设计中，上面提到的①点，会直接在基坑设计图中体现出来，而②点，却很少出现在图纸上，即使是在文字描述中，也不会有任何的提到，所以，一切都要靠施工单位对图纸的理解和经验来判断，这无疑会给基坑的安全性带来很大的威胁。

从表面上来看，坑底的换填属于土建，但是，如何进行换填，关系到基坑的深浅，关系到支护工程的成本，所以，在基坑的设计中，一定要有这样的“衍生内容”。

二、深基坑支护工艺

深基坑工程是土建作业中最重要的一个环节，深基坑技术包括沉井基础、桩深基础和深基坑支护三种，深基坑支护是整个技术过程中的关键环节，其具体的深基坑支护施工过程要严格按照设计要求进行，确保施工过程的正确实施，及时高效。早在上个世纪40年代，就有了与之相对应的深基坑开挖理论，经过多年的实践积累，从五十年代起，他们就开始有针对性地对支护技术中存在的问题进行改进，并在八十年代中后期，他们开始与最新的仪器和设备相结合，对施工技术进行创新，进入新世纪以来，随着城市群规模的扩大以及新型城镇化的发展需求，更多的复杂基坑开挖施工技术被用于工程建设。

（一）地下连续墙支护技术

这一技术最早在欧洲被广泛采用，后在欧美发达国家、苏联等国家快速普及，最早被我国用于大坝的开发与建造，后逐步被用于深基坑的维护型式。

（二）土钉支护技术

在深基坑的开挖阶段，最常用的就是土钉支护，该技术可以增大土钉与土层之间的摩擦力，所以，可以在具体的条件下，对其进行强度的计算，并与建筑所需的施工规范相结合，来决定土钉的强度和应力需求，进而提高施工的安全系数，与此同时，还要注重对灌浆的力度和量数的控制，并采用先进的测量设备，对钻孔的深度进行精确的测量，为后续的施工打下坚实的基础。旋入法、沉入法及“先成孔后成孔”的施工工艺，操作简单，施工速度快，安全可靠。

（三）预应力锚杆支护技术

在大型、复杂的地下工程建设中，多采用预应力锚索支护方式，通过锚索的作用，使围护结构（如墙、桩等）将受力转化为稳定的土层，从而保持整体结构的稳定性。与此相似的是混合支护，它是利用混凝土混合料来加强墙体的强度，是一种安全可靠的方法。但是，从整体上看，该技术是一项较为复杂、施工难度较大的技术。

结语：

有很多的深基坑支护工艺技术，随着工程的持续应用，它的技术成果也在不断的发展。在具体的工程项目中，要根据不同的地质条件、周围环境和施工特点，根据实际情况，选择适合的深基坑类型，将多种支护形式进行有效的融合和利用，从而保证深基坑支护技术在土建施工中的作用。与此同时，与工程实践相结合，应该在地下工程深基坑支护过程中，要注意以下几点：1）重视工艺设计之前的地质勘察工作，并在项目实施过程中，利用信息化施工和动态设计来对其进行控制，避免出现重大的安全事故。2)对于复杂地质条件下的工程，可采用吊脚桩、网状预应力锚索等措施，增强基坑支护结构的稳定；3)采取不同的加固方式，采取不同的技术措施，对围护结构的变形及对周边环境的影响进行了有效的控制。

参考文献：

[1]张幸洪董李辉吴加池.从基坑支护设计源头解决地下工程诸多问题[J].价值工程,2022,41(32):123-126.

[2]黄飞.岩土工程中的深基坑支护设计问题和对策探析[J].信息周刊,2020(10):1.