探討巖土工程深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)及施工問題

何國(guó)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(hù)施工是巖土工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，可為整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量及安全提供保障，而在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)與地質(zhì)監(jiān)測(cè)，了解環(huán)境情況，并通過反復(fù)驗(yàn)證，確保深基坑設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性。但當(dāng)前很多深基坑支護(hù)施工都面臨著各類問題，如支護(hù)結(jié)構(gòu)、邊坡結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)施工差異等，對(duì)整體項(xiàng)目質(zhì)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(guān)問題。本文結(jié)合某地鐵站地下空間項(xiàng)目的案例進(jìn)行探討。

2 巖土工程深基坑支護(hù)的常見問題

2.1 設(shè)計(jì)問題

在深基坑支護(hù)工程中，若無法確保工程穩(wěn)定性，就會(huì)出現(xiàn)基坑支護(hù)偏移或支護(hù)空間不足的情況，這是由于相關(guān)人員在設(shè)計(jì)過程中未能充分考慮支護(hù)參數(shù)，未確保工程具備詳盡的數(shù)據(jù)參數(shù)，無法滿足深基坑施工中基坑實(shí)際受力的需求。還有一些設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中僅停留在研究階段，未充分勘測(cè)實(shí)際施工場(chǎng)地條件，所計(jì)算的支護(hù)力度與實(shí)際受力不符，導(dǎo)致在理論上較為完好，但在實(shí)際開挖過程中受到土質(zhì)巖體等方面的影響，出現(xiàn)安全問題，忽視了一定的動(dòng)態(tài)因素。另外也有部分施工項(xiàng)目，擋土結(jié)構(gòu)與土層之間產(chǎn)生了土壓力，設(shè)計(jì)人員卻僅考慮了支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向土壓力，對(duì)于地下土質(zhì)、地下水等方面的變化情況缺乏分析，導(dǎo)致深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)頻頻出現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，影響后續(xù)工程順利進(jìn)行[1]。

2.2 施工問題

在深基坑支護(hù)工作中，往往會(huì)出現(xiàn)挖掘不夠或過多挖掘等情況，產(chǎn)生這些情況的原因一方面是相關(guān)人員在使用機(jī)械設(shè)備的過程中缺乏嚴(yán)格的管理，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)缺少精細(xì)化的監(jiān)管，另一方面則是在施工中，施工人員未嚴(yán)格選擇施工工藝，所使用的開挖方式不當(dāng)而出現(xiàn)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(guān)系，沒有施行圍護(hù)結(jié)構(gòu)、墻趾注漿、坑底加固等措施。此外，也有些深基坑支護(hù)施工需要對(duì)地下室、停車場(chǎng)等區(qū)域進(jìn)行施工，這種場(chǎng)所對(duì)基坑施工的要求較高，但在施工過程中，施工人員對(duì)墻體的各項(xiàng)參數(shù)沒有進(jìn)行控制，如導(dǎo)向墻體的中線、設(shè)立角度、排布距離與制作寬度等，或是在施工中未合理把控?fù)饺氲呐驖?rùn)土、純堿等添加劑的用量，這樣難以保證泥漿質(zhì)量，無法確保施工的穩(wěn)定性。

3 巖土工程深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 深基坑工程概況

以某地鐵站地下空間項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目緊鄰雄安新區(qū)新月公園，距雄安新區(qū)起步區(qū)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(chǎng)約1.25 萬m2，M1 軌道區(qū)間結(jié)構(gòu)預(yù)留段約102 m）建立地下設(shè)施（見圖1），如下人行通廊、地下公共服務(wù)設(shè)施及設(shè)備用房等，建筑面積約33 067 m2，還包括地鐵預(yù)留區(qū)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(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用年限100 年，安全等級(jí)一級(jí)，建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（即乙類），抗震設(shè)防烈度為8 度，但項(xiàng)目處于軟弱地層，很容易受到軟土地質(zhì)影響出現(xiàn)變形、隆起等情況，在基坑施工中需要嚴(yán)格控制。

圖1 深基坑支護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)

3.2 深基坑支護(hù)特性

深基坑工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)臨時(shí)性支撐結(jié)構(gòu)，對(duì)施工項(xiàng)目整體與基坑結(jié)構(gòu)等起到重要的防護(hù)與支撐作用，能夠提高施工穩(wěn)定性，這種支護(hù)結(jié)構(gòu)面對(duì)不同的地質(zhì)巖體，還應(yīng)運(yùn)用不同的施工方式。深基坑工程技術(shù)比較復(fù)雜，并且存在很多不穩(wěn)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(gè)工種協(xié)同工作，做好施工的嚴(yán)格管理與監(jiān)督。這要求在設(shè)計(jì)過程中需要技術(shù)人員具備理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料學(xué)、地質(zhì)測(cè)量學(xué)等多方面知識(shí)，做好對(duì)周邊地區(qū)的勘察工作，其中包括建筑周邊區(qū)域土體土質(zhì)、水文環(huán)境、氣候環(huán)境等方面的勘測(cè)，準(zhǔn)確地通過數(shù)據(jù)標(biāo)注環(huán)境情況，并從安全、經(jīng)濟(jì)等方面去考量，嚴(yán)格審核設(shè)計(jì)方案，要求各道工序協(xié)調(diào)配合，保證工程進(jìn)度[2]。

3.3 深基坑支護(hù)技術(shù)方案

深基坑工程中往往會(huì)出現(xiàn)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(qiáng)化技術(shù)把控手段，編制相應(yīng)設(shè)計(jì)文件（見表1），根據(jù)施工需求靈活調(diào)整設(shè)計(jì)方案。例如在本工程中，由于受到地下質(zhì)地濕潤(rùn)、結(jié)構(gòu)松散、韌性較低粉土的影響，施工人員通過測(cè)斜儀觀察，發(fā)現(xiàn)初步挖掘土方時(shí)，出現(xiàn)較大位移，且與前一天觀測(cè)數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)失穩(wěn)，再加上勘察報(bào)告顯示，地下水位埋深約為9 m，穩(wěn)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(yīng)通過預(yù)應(yīng)力錨桿的土釘墻提供支撐，可通過加錨桿的方式適當(dāng)放坡，對(duì)土釘墻提供進(jìn)一步的支撐，這樣的結(jié)果可保證較高的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。

表1 工程參數(shù)描述

4 巖土工程深基坑支護(hù)的施工要點(diǎn)

4.1 深基坑施工支護(hù)技術(shù)流程

深基坑支護(hù)是各類施工的關(guān)鍵階段，管理人員應(yīng)嚴(yán)格要求施工人員做好各項(xiàng)工作。深基坑工程流程較多，如環(huán)境勘測(cè)、合理地設(shè)計(jì)規(guī)劃、基坑土方開挖、支撐受力結(jié)構(gòu)施工、土釘墻支護(hù)施工、防水施工等。施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照施工規(guī)程開展施工，在開工前通過技術(shù)交底的方式明確各項(xiàng)施工要點(diǎn)，做好施工前的技術(shù)指導(dǎo)。還要對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)加以控制，例如在土方開挖過程中，應(yīng)對(duì)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告進(jìn)行分析，合理甄選細(xì)沙、粉土、黏性土的用量等，加強(qiáng)預(yù)防支護(hù)措施，避免超挖帶給土體的影響，做好各項(xiàng)施工防護(hù)準(zhǔn)備工作。

4.2 基坑土方開挖

基坑的挖掘工作不應(yīng)過度依賴機(jī)械施工，以免對(duì)施工質(zhì)量造成較大影響，同時(shí)若過于依賴人工挖掘，則又難以確保施工進(jìn)度，因此就應(yīng)采用人工挖掘與機(jī)械挖掘相結(jié)合的方式，進(jìn)行分層挖掘，施工各方相互配合。深基坑挖掘應(yīng)減少對(duì)周邊土體的擾動(dòng)范圍，并按照順序降低周邊區(qū)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(shí)間，確保全過程受力平衡，且挖掘中也應(yīng)積極按照施工規(guī)劃，在開挖深度滿足支撐設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，就應(yīng)進(jìn)行開槽并架設(shè)各類支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)還應(yīng)時(shí)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(wěn)定性與安全性。土體壓力情況可通過式（1）和式（2）計(jì)算：

式中，Pa為主動(dòng)土體壓力強(qiáng)度，kPa；Pb為被動(dòng)土體壓力強(qiáng)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(dòng)土體壓力系數(shù)；K2為被動(dòng)土體壓力系數(shù)；c為土體黏聚力標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做好支撐受力應(yīng)急預(yù)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(wěn)定性較高的建材進(jìn)行支撐保護(hù)，并對(duì)周邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固與支撐。例如：在本工程中運(yùn)用了H400 mm×400 mm鋼材，可提供較高的穩(wěn)定性，同時(shí)還應(yīng)在周邊土體中加裝相關(guān)報(bào)警與監(jiān)測(cè)設(shè)備，一旦發(fā)現(xiàn)負(fù)載壓力過高或結(jié)構(gòu)斷裂等情況，可以及時(shí)報(bào)警，降低安全隱患。同時(shí)施工人員還應(yīng)設(shè)立安全帶及隔離區(qū)域，降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，管理人員也應(yīng)在發(fā)生危機(jī)時(shí)做好人員疏散工作，把損失降到最低[3]。

在深基坑的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)加固措施中，土釘支護(hù)技術(shù)可以有效加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（見圖2），它需要在土層中加裝土釘，通過結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與摩擦力，增強(qiáng)支護(hù)能力，同時(shí)還可以配合鋼材支架，確保灌注漿的質(zhì)量，并按要求嚴(yán)格執(zhí)行土釘?shù)睦瘟Χ葴y(cè)試。

圖2 土釘墻與鋼架支護(hù)

4.4 防水施工

很多深基坑施工都會(huì)面臨地下水位的侵蝕，水源很容易對(duì)基坑支護(hù)的穩(wěn)定性造成影響，如本工程的地下水源屬于孔隙潛水，對(duì)施工造成了一定影響。因此應(yīng)做好排水準(zhǔn)備。深基坑施工一般在挖掘到5 m 左右時(shí)就會(huì)出現(xiàn)水源滲漏，本工程采用明排方法，設(shè)立排水溝（見圖3），直接在基坑集水井內(nèi)通過φ600 mm 井下排水管進(jìn)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(jīng)濟(jì)性較高，卻僅僅適用于流沙地質(zhì)。若施工中排水周期較長(zhǎng)，也可采用地面抽水系統(tǒng)，可在管外修建排水溝渠，在降雨季節(jié)還應(yīng)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(yùn)用，采取相應(yīng)的方法，取得了較好的排水效果。

圖3 基坑排水溝渠

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，巖土工程深基坑支護(hù)施工是一項(xiàng)重要工程，直接影響著整體工程項(xiàng)目，而該工程很容易受到周邊環(huán)境及土體壓力等方面的影響，從而導(dǎo)致施工中出現(xiàn)各類質(zhì)量問題。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過充分的環(huán)境勘察，全面收集施工環(huán)境周邊區(qū)域數(shù)據(jù)，并做出數(shù)據(jù)標(biāo)注，合理做好施工方案設(shè)計(jì)，在施工中也應(yīng)做好土方開挖、支撐受力結(jié)構(gòu)、防水施工等各項(xiàng)工作，努力提高深基坑支護(hù)施工的穩(wěn)定性與安全性，全方位提高建筑工程中的深基坑支護(hù)工程質(zhì)量，為整個(gè)工程順利竣工打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。