对深基坑支护方案及施工要点的分析

摘要：当前，我国土木工程建设施工技术与过去相比有了很大的进步，尤其在深基坑开挖支护方面，先进行支护结构施工，后在基坑内侧挖土，垂直开挖的先进工法，为解决在复杂的地形、水文、地质及相邻建筑、开挖范围、地下敷设限等多种限制条件下，如何选择最优的建筑物深基坑支护施工技术方案，科学组织和安全有效地进行地下工程施工，提供了宝贵的经验。此项施工技术已在哈尔滨市建筑、供排水及热力管网等类施工中得到了广泛应用，其推广应用具有重大的经济效益和社会效益。本文对深基坑支护方案及施工要点进行分析。

关键词：基坑支护；施工技术；方案

一、基坑支护工程勘察

为正确进行基坑支护结构设计和合理制定施工方案，需要对工程地址和水文地质、场地周围环境及地下敷设物、地下结构设计等三方面资料进行全面收集。

（一）地质勘查

基坑工程地勘应与主体工程同时进行，同时满足主体建筑物基础设计与基坑工程设计与施工的要求，否则宜再进行补充勘察。基坑工程地勘一般应提供以下资料：水文资料、场地地形、地貌、岩土层分布及分布特征、土体类别、结构特点、土层性质；基坑及围护墙边界附近、回填土、暗滨、古河道及地下障碍物分布；浅层滞水、潜水和基坑底部承压水埋藏情况，各土层水的补给、动态变化、水力联系；土层的渗流特性及产生管涌、流沙的可能性；支护结构设计与施工所需的物理力学指标。

（二）周围环境勘察

深基坑开挖、降水势必引起周边场地土的应力和地下水位发生改变，使土体产生变形，往往会对周围邻近建（构）筑物、道路和地下敷设设施产生一定影响，一旦超过一定限度，则会危及它们的安全和正常使用或造成严重后果，因此必须采取一定保护措施，使影响控制在允许范围以内。

调查内容包括：基坑周围邻近建筑物状况调查，如周围建筑物分布于基坑边线的距离；周围建筑物上部结构形式与现状、层数和高度、基础结构类型及埋深、有无桩基和存在倾斜、裂缝、使用不正常情况，需通过拍片、绘图等手段搜集相关资料，必要时可通过权威部门鉴定。

基坑周围地下敷设状况调查，如上下水、燃气、热力、电缆及其相关详细数据参数及其对基坑开挖的影响程度。基坑周围邻近地下构筑物、设施及道路状况调查，如基坑周围邻近的地下各类隧道、车库、商场、通道、人防工程及其他构筑物工程等，也应调查其与基坑的相对位置、埋置深度、结构与基础形式、对变形与沉降的敏感程度；对基坑周围邻近的道路应调查其性质、类型、与基坑的相对位置；交通状况与重要程度；道路的路基与路面结构等。周围施工条件调查，如施工现场的交通运输条件；施工现场附近对施工产生的噪声和振动的限制；施工场地条件有无足够的场地供运输车辆运行、堆放材料、停放施工机械、钢筋、模板加工，以便确定全面施工还是分段施工。

（三）地下结构设计资料调查

主体工程地下结构设计资料是基坑工程设计和施工的重要依据。进行基坑设计和施工前，应对地下结构设计资料详尽了解和掌握。

调查内容包括：主体工程地下室的平面布置和形式，以及红线的相對位置，以作为选用支护方案的主要参考资料。主体工程桩的位置图，以作为围护墙和确立位置时的重要技术资料。主体结构地下各层的布置与标高，地面标高，以便据此确定基础开挖深度，以作为选择支护方案、选择降水和开挖方案的重要依据。

二、支护工程系统设计中的问题

支护工程系统设计中的原则问题：

第一，根据各种条件计算基坑边坡土体作用力。计算理论应用库仑理论和朗金理论。第二，对围护结构、支撑体系的设计是以能否平衡土体作用力为依据。第三，仅以用料的多少或所用材料的造价作为选优的依据。各种施工方案仅仅作为定性选优的参考。第四，选择工程资料库中列出的施工方案。第五，开挖方式、降水效果均包含在土体作用力的计算结果之中。第六，定性规则与量化计算选优相结合。第七，支护方式的筛选：任意给定一个支护方式，筛选去不能平衡土体作用力的支护方式，逐步筛直至找到能平衡土体作用力的各种支护方式。第八，按三级选优的方式进行优化设计。

三、地下水控制设计问题

地下水控制是基坑工程中的一个难点，因土质与地下水位的条件不同，基坑开挖的施工方法大不相同。有时在没有地下水的条件下，可轻易开挖到6米或更深；但在地下水位较高，又是砂土或粉土时，开挖3米也可能产生塌方。所以，对于沿海、沿江等高水位地区或表层滞水丰富的地区来说，深基坑工程的地下水控制的成败是基坑工程成败的关键问题之一。在基坑开挖中，降水排水及止水对工程的安全与经济有重大的影响，多数基坑工程事故与水都有直接或间接的关系。一般情况下，软土地区地下水位较高，深基坑工程开挖时，为改善挖土操作条件，提高土体的抗剪强度，增加土体抗管涌、抗承压水、抗流沙的能力，减少对围护体的侧压力，从而提高基坑施工的安全度，往往对坑内、坑外采取降水。目前，降水主要有轻型井点及多层轻型井点、喷射井点、深井井点、电渗井点等。但降水过程中，由于含水层内的地下水位降低，土层内液压降低，使土体粒间应力，即有效应力增加，从而导致地面沉降，严重时地面沉降会造成相邻建筑物的倾斜与破坏，地下管线的破坏。另外，在坑内降水时，如果降水深度过深，由于水位差增加，易出现管涌造成工程事故。为此，施工决策前，需要了解施工中可能发生的各种情况及其危害程度，以便提出最佳决策方案，获得最佳经济效益及保障施工安全。

四、支护结构方案的优化与确定

（一）支护结构方案的优化

支护结构的方案优化是根据某一深基坑工程所要达到的目标，从众多可行方案中选出一个最佳方案。由于深基坑工程是一个相当复杂的系统工程，其支护结构的优选受许多确定和不确定因素，亦即模糊因素的制约，很难用费用最低的单目标优化准则做出最佳决策。深基坑支护结构设计方案包括可靠性、造价、施工难度、工期、环境影响等诸多属性，这些属性中有些是模糊的。运用多目标决策模糊集理论，能够较好地用于这样一个具有多种属J性和模糊特性的深基坑支护方案的优选。支护结构细部优化。在支护方案优选后，需更进一步对所选方案的细部结构进行优化，在满足支护功能前提下使支护结构工程造价最低。完成一个实际问题的优化设计，大致包括4部分内容：决策（设计）变量、目标函数、约束条件和优化算法。在依据基坑安全等级和变形控制等级初步选择方案基础上，利用优化设计综合评判法进行方案的进一步优选，在深基坑支护工程中是一个比较科学的方法。根据深基坑支护设计的基本参数，进行一级优化设计：根据深基坑支护体系设计应满足强度、变形和稳定性验算等基本原则，以及深基坑支护体系施工费用、土方开挖费用、施工监测及检测费用、环保费用等基本原则确定影响经济性的因素，进行二级优化设计；根据施工对周围居民生活的影响、施工对周围建筑物和地下管线的影响、施工产生的次生灾害影响等基本原则确定影响环境保护的因素，进行三级优化设计：按“安全可行、经济合理、环境保护、施工便捷”的原则对基坑支护方案进行确定。

（二）基坑支护方案的确定

弄懂图纸：弄清楚基础埋深、长宽、地基持力层、地耐力要求，确定持力层为勘察报告中的哪一层，是否会加深，确定出自然地坪至基底的深度。根据勘察报告取得各土层厚度、重度、黏聚力、内摩擦角、地下水等计算数据。现场放线，丈量周围建（构）筑物、地下管线等距基础外边沿的距离，基坑开挖对周围环境影响程度，确定开挖坡度、基坑支护安全级别（安全系数）。确定基坑支护结构顶面荷载大小及作用形式为静载还是活载。根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，初步确定支护类型。

五、结束语

深基坑支护虽为一种施工临时性辅助结构物，但对保证主体工程顺利进行和邻近地基、建筑物的安全影响极大。在实际应用中，支护结构并非越大、越厚越好，或是埋置越深越好，而是在了解各种支撑、支护方法的优缺点和适用场合的基础上，应根据所搜集相关完备资料。进行多方案的经济技术分析，综合全面比选确定。

参考文献：

[1]周忠伟.深基坑支护方案的优选决策[J].渤海大学学报，2011（1）.

[2]崔江余，梁仁望.建筑基坑工程设计计算与施工[M].北京：中国建筑出版社，2011.

[3]张浩，李学宁，张维·深基坑支护结构设计与施工[J].陕西建筑，2013（16）.

作者简介：

车世军，湖南省西湖建筑集团有限公司。