基于岩土工程中的深基坑支护设计问题和对策

陶阳

四川省川建勘察设计院有限公司 四川 成都 610000

1 浅谈深基坑支护设计的重要意义

深基坑支护是工程建设中的一个关键环节，其施工过程的规范性和安全性对整个工程的质量起着至关重要的作用。目前，在岩土工程建设过程中，建设单位必须对地下水文状况进行深入的分析，全面地分析施工过程中地下水的各种影响。在建设过程中，要对勘察现场进行深度分析，判定地下水的分布状况。根据实际情况，选择相应的施工工艺措施。其次，如果地下水位分布范围很大，那么在这种情况下进行基坑工程，就必须采取相应的保护管理措施。在局部防水、结构围护支护等方面，全面提高施工工艺的应用效果。在我国城镇化建设发展的大背景下，城市高层建筑的全面发展，要求其处于深层开挖状态，这将对周围建筑物的稳定产生重大影响[1]。在这种情况下，有必要对其进行合理的支护设计，以保证后续施工过程中的整体稳定。从而保证工程的安全，避免因工程事故而引起的连锁反应。

2 常用的深基坑支护形式及设计方法综述

2.1 普通支护形式

2.1.1 自立式支护

这类支护施工技术措施必须在地质情况比较好的地方进行，这类支护方案中，基坑无任何支护，有利于机械化施工和地下工程建设的开展。但在工程施工中，由于支护结构本身存在着很大的侧向变形，因此，在工程施工中，如果地质情况发生了变化，且基坑开挖深度很大，相应的工程施工成本也会随之增加。

2.1.2 桩锚

对于一些深基坑工程，桩锚支护技术主要应用于土质良好的地区。在岩土锚固中，设置的参数是固定的，如轴向上拔力不得超过600 kN，因此，在实际工程中，必须选择二次灌浆工艺。

2.1.3 排桩内支撑支护

排桩的选择有冲孔桩、钻孔灌注桩等，也有一些工程选择了预应力管桩和地下连续墙。在施工过程中，根据施工方案的不同，对内支护体系的布置形式作相应的调整。如采用角撑对称支护体系、水平拱圈支护体系等。

2.1.4 喷锚支护

喷锚支护是一种组合支护方式，其施工过程中需将喷砼、锚杆和钢丝网等有机地组合起来。这种施工支护方法的使用，一般都是在人工填土和粘性土的施工环境下进行的。另外，施工现场不能存在很多的卵石层和细砂层，相应的基坑开挖深度必须在12m以下。

2.2 应用支护设计方法

2.2.1 深层搅拌桩

采用搅拌桩进行基坑支护，在饱和粘土、淤泥、粉质粘土等多个土层中，其加固深度可根据工程实际进行50-60m的设计。因其抗拉强度比抗压强度低，所以适合在5-7m以下的较小土层中使用[2]。该支护结构具有良好的整体性和抗压性，在设计时可不加任何支架，且可在开放的条件下开挖，具有很高的工程效益。

2.2.2 排桩支护

排桩有很多种，如钻孔灌注桩、钢筋混凝土板桩、钢板桩、人工挖孔桩等。在基坑的支护过程中，可以选择柱式排桩支护，如果边坡的土壤条件比较好，并且地下水位比较低的时候，可以利用土拱效应，采用钻孔灌注桩和孔桩来支护。在软弱的环境下，连续排桩支护往往无法形成土拱，因此，必须采用密集的排桩法，或者选择钢筋混凝土板桩密集排布。复合排桩支护技术是一种新型的复合结构，它能有效地应用于软弱地层中的高水位地区。对于6m以下的深基坑，在无法选择自沉的情况下，应选择600mm厚的密排钻孔桩。也可以在上面打上预制的水泥板和钢板桩，然后在板后做防水和注浆，然后在上面设置支护和圈梁。对于6-10m深的基坑，选择800-1000mm的钻孔桩，然后再进行灌浆和防水处理，设置2-3个支护。对于深10m以上的深基坑，选择大直径800-1000mm的钻孔灌注桩，设置多道支护。

2.2.3 地下连墙支护

在软弱地基中，如果深埋超过10m，周围的建筑物和地下管线都有很高的沉降变形，就必须选择地下连续墙作为基坑支护。地下连续墙具有良好的整体性和较高的刚度，因此，基坑的变形量很小，可以进行超长基坑支护。当设计和施工中，当遇到强风化地层，不能进行钢板桩施工时，可选择地下连续墙[3]。

2.2.4 土钉墙支护技术

在深基坑施工过程中，先将钢管桩置于原地，然后采用喷浆的方法对其进行表面处理。在土体-土钉-喷砼面层协同工作的基础上，形成一种复合土体，从而达到加固的目的。土钉墙支护技术是一种将工程现场和工程监控信息有机地结合在一起的技术。为了方便随后的建设工作的开展，对设计进行修正。便于后续开展，适用于基坑开挖深度较小，对周边相邻建筑不产生较大变形和要要求不高的情况下，施工简便，经济稳定。

3 在岩土工程中应用深基坑支护应注意的几个问题

根据当前一些深基坑的施工情况，可以发现，在深基坑的基础上，掺入的水泥量不够，不仅会对混凝土的强度造成很大的影响，还会引起混凝土的开裂。其次，工程建设中存在的“偷工减料”现象也比较普遍。为了有效地控制支护的变形，在进行工程设计时，需要严格的开挖顺序，然后再对工程的施工图纸进行交底。然而，在工程建设过程中，有些工程技术人员忽略了工程建设的细节，盲目地追逐着工程的进度，一味地追求着局部的利益，这就会给工程的施工质量带来很大的负面影响。

在深基坑开挖过程中，由于开挖后很快就会导致边坡塌陷。分析造成这种现象的主要原因是设计不规范，没有按照规范的设计要求进行施工。举个例子，我们选择土钉支护，但没有按照设计和规范的要求来进行。很多土钉都没有灌浆，就是在钻孔之后，在里面放入钢筋。尽管局部已进行了注浆，但孔内浆体尚未充填，这两种情况都将引起边坡的塌方。

在岩土工程中，由于地质环境本身的因素，对工程建设的质量有很大的影响。从目前的工程建设情况来看，很多深基坑工程安全事故都是由边坡本身因素引起的，根据岩土物理特性的不同，在施工过程中，软土、杂填土等因素对支护强度的影响要引起足够的重视。其中，沙土，粉土抗剪强度高，结构稳定，渗透性好，因此，在工程建设过程中，容易发生坑底冒砂现象。在进行工程建设之前，有关建设单位要对工程地质特性进行深入调查，并根据工程建设需要，制订出一套完整的施工方案。

在工程实践中，如果施工单位制订的不规范和不合理的防护方案，将极大地影响工程的效果。在工程建设过程中，存在着大变形和大面积滑移的情况，这将给以后的工程建设带来很大的不利影响。究其原因，在于对工程施工过程中的变形监控不到位，无法对各种问题进行及时检测，在施工过程中没有针对工程实际进行合理的施工支护，从而造成了后续的变形和滑移问题。

4 岩土工程中深基坑支护设计问题的改进

4.1 将现代科技与深基坑支护设计相结合，做好设计与计算

地下连续墙和排桩的内力和变形精确化计算是一个非常复杂的问题，目前急需建立一个完整的计算模型。在建立该模型时，应着重考虑支护系统、围护墙和地基的空间分析问题。目前，有必要对平面问题进行联合分析，并将相应的空间影响集中体现出来，并根据工程建设的发展要求，形成一套完整的三元计算程序，为后续的深基坑几何形态计算打下坚实的基础。

目前，在进行深基坑支护设计时，必须对强度、变形特性和稳定性进行综合评判，而不是单纯的静态平衡方法[4]。在进行深基坑工程施工时，有必要对工程的特点进行分析。设计中可以运用增量法、总和法，这两种方法的应用可以保证在工程建设过程中的受力过程中，刚度的稳定性是恒定的，而在刚度发生改变的时候，则要综合使用增量法。在采用总和法进行分析时，外部荷载可以是在整个工程建设过程中墙体的土压力、锚杆和压力等，而刚度则主要来自于地基和支护部。

4.2 加强对深基坑变形的监控，优化设计方案

在岩土工程项目的建设和施工过程中，必须对设计方案进行全面的优化，才能对各种施工事故进行有效的控制，提高其安全水平。在深基坑工程建设中，必须选择合适的支护设计方案，将支护结构的整体使用寿命、地质水文状况、基坑埋深等因素进行综合集成。在每一种设计方案中，都要进行标准化选择，并对其中的各种影响因素进行集中分析，从而为以后提高基坑的稳定性打下基础。在工程建设过程中，基坑支护结构的变形直接关系到整个工程的安全。在此基础上，提出了一种基于三维有限元模型的深基坑工程设计方法。目前，迫切需要对深基坑支护的变形进行综合观测，并对其施工过程中的变形状况进行综合评价。在遇到变形问题的时候，要立即停止施工，找出主要的问题，然后采取相应的措施，积极地进行处理，以此来对施工变形进行有效的控制。

4.3 提高调查数据的准确性，进行有目标的设计

目前，随着工程规模的逐渐增大，以及工程建设的需求越来越高，这就需要更多、更高的基坑支护设计。随着基坑工程的日趋复杂，各种新的结构型式也不断涌现出来。有关设计者还需进行更深层次的研究，对原设计方案进行全方位的优化，对已有的设计方案进行革新。通过比较不同方案间的差异，根据施工现状、建设目标和地质环境要求，提出更加科学合理的设计方案，以保证基坑支护设计更安全、更稳定。在进行深基坑工程的施工过程中，应根据工程实际情况，编制一份完整的调查报告。编制好的地质勘察报告是进行深基坑支护设计的重要基础。然而，在工程建设过程中，由于勘察数据的不准确和数据的错误，使得勘察工作中存在着许多不确定性因素。因此，根据目前的工程建设经费，在建设过程中，必须对工程的地质条件和重点部位作出判断，做好资料的补充。在勘探建设过程中，相关的勘探技术人员必须严格按照我国现行的技术规范进行施工，以提高勘探数据的准确性。

4.4 科学化设计坑壁形式

为了保证工程的施工方案能够符合工程的设计要求，在进行深基坑工程的施工前，必须对基坑的围护结构进行全面的调整。在施工过程中，要根据基坑的实际情况，夯实工程施工的地基，并按照规范的技术要求，进行结构的支护管理。例如，在工程施工过程中，管理者要对工程周围的环境，地下水文状况，地质现状，开挖资料等进行综合评判。通过对基坑支护结构的安全分析，实现基坑开挖作业时的开挖深度区间的精确定位。在此基础上，根据已有的施工经验，对边坡的坡度进行判定，保证工程施工、基坑支护效果在规范之内。

在进行深基坑开挖时，要选择有资质的施工单位，为以后工程的质量提高打下坚实的基础。基于此，还需要请业内专家学者的施工指导进行分析，在制定各种施工方案之前，都要经过专家的全面评价。在施工过程中，施工单位和政府主管部门要对施工单位、监理单位和设计单位进行定期的监理和检查。将各种问题进行汇总，并标准化地制定相应的控制措施，防止问题进一步扩大，对基坑的安全造成很大的影响[5]。另外，有关单位应主动引入第三方的监测机构，对基坑的变形进行全方位的监控，以避免支护结构的变形。同时，根据基坑工程的特点，制定一套完整的应急预案。要定期进行抢险救灾演习，同时要对工程施工现场的安全问题进行调查，从而对各种安全事故进行有效的控制。

4.5 进行支护设计的实验研究

有关部门应主动将各种现代设计方法与岩土工程的深基坑支护设计相结合。在多个学科的支持下，对既有建筑技术方案进行虚拟仿真。在实际应用过程中，充分利用 BIM软件的应用价值，将基础支护数据进行标准化导入，并对其合理状况进行有针对性的评估。在该技术的应用中，可以为支护作业的展开提供立体的指导。在设计阶段，通过对建筑环境的多种情况进行仿真，判定其是否可行；在仿真过程中，如果遇到了比较严重的风险问题和技术问题，就必须对设计进行适当的调整，从而提高实施方案的可行性，减少各种风险问题的发生几率。通过对该技术的有效利用，可以使支护设计方案的实施效果得到全面的提高。在技术上，要对工程施工费用进行集中控制，节省大量的资源。

5 结束语

综上所述，近几年来，我国的基建工程规模越来越大，城镇化的速度也越来越快。岩土工程中存在着许多复杂的问题，这些问题已成为未来岩土工程建设中必须面对的重大课题。为了提高施工质量，有必要对这些问题进行归纳和总结。在目前的深基坑施工过程中，需要建设、勘察、监理、设计等多方参与，对工程施工进行多方面的研究。通过加强各参与部门的交流与配合，使岩土深基坑工程的施工任务得以有效地完成，为以后的主体工程建设打下坚实的基础。