探究深基坑支护施工技术在高层建筑工程中的应用

周意 单立锋 曾治国 杨鹏

湖南省第二工程有限公司 湖南 长沙 410006

深基坑支护施工技术是一项重要的土木工程领域技术，用于在城市建设和地下工程中创造深度、大规模地下空间，其主要应用目标是确保在挖掘深基坑时，地下结构、周围建筑物和地下设施的安全和稳定性。深基坑支护施工技术在城市规划和建设中发挥着不可替代的作用，能够确保地下空间的安全、可持续利用和合理开发，同时为城市发展提供更多的空间和机会。本文将从工程实践的角度出发，剖析深基坑支护施工工艺流程，以及该技术在高层建筑工程中的具体应用步骤。希望通过此项研究，为高层建筑工程的设计和施工提供部分参考，为城市的可持续发展做出贡献。

1 工程概况

此次工程为某市CBD高层办公大楼建设项目，项目地点位于某大城市的商业中心区域，总建筑面积为130,000m2，地上35层为办公空间，总面积为91023.20m2，地面建筑高度达到150m，地下3层为地下停车场，总面积为7432.28m2。地下建筑高度为15m。由于市中心地段用地有限且地下条件复杂，工程面临着一定程度的工程难度挑战，需要采用深基坑支护技术，以确保工程的安全进行和建筑结构的稳定。该工程的深基坑南北宽度为85m，东西长度为120m，基底标高为-16.5m，施工区域地表下3.0m处为地下水位，地表土层在遇水后表现出软弱特性。为确保施工的成功，逐步进行深基坑的挖掘和支护工作，同时采用高度监测和安全措施，以确保高层建筑工程的安全和稳定。

2 深基坑支护施工工艺流程

深基坑支护施工是土木工程领域中的一项重要工程活动，其技术原理是通过一系列工程措施，确保工程施工过程中深度挖掘的基坑周围的土地和周围环境的稳定和安全。深基坑支护施工工艺流程图，如图1所示。

图1 深基坑支护施工工艺流程

深基坑支护施工的关键工艺流程，主要包括以下几个方面：

（1）施工准备：在进行深基坑支护施工之前，需要进行详细的工程规划和准备工作，包括确定施工区域的地质情况、地下水位、周边环境等信息，并制定施工方案，包括土方开挖序列、支护结构类型、施工时间表和安全计划。

（2）土方开挖施工：采用挖掘机等重型设备进行土方开挖，是深基坑支护工程的第一步。在进行土方开挖时，要注意控制挖掘深度和坑壁的稳定性，防止土体坍塌或坑壁塌方。

（3）周围土体止水：通过使用沉井、灌浆、防渗墙等技术，进行地下水位控制和土体止水是深基坑支护施工的关键步骤，防止基坑内出现积水现象，降低地下水的渗透和渗漏风险，保持坑壁的稳定。

（4）支护结构设计：支护结构的设计根据土壤性质、深度、工程类型等因素而定。常见的支护结构包括钢支撑、混凝土墙、桩基、岩锚等。设计支护结构时，需要考虑结构的稳定性和承载能力。

（5）钻孔灌注桩施工：钻孔灌注桩是一种常用于深基坑支护的施工方法，其通过在地下形成强固的桩基支撑来稳固坑壁。施工过程主要为钻孔、清理孔内土层、灌浆注浆，形成桩身等。

3 深基坑支护施工技术在高层建筑工程中的具体应用

3.1 施工准备

深基坑支护施工前，应对施工场地进行全方位的勘察工作，为后期的工程设计与施工提供地质数据，以确保工程的安全和顺利进行。首先，在土地规划范围图上，使用场外坐标控制点，进行勘探点标识工作，并对其进行逐一编号，以便后续施工过程中提取勘探点的精确坐标。在施工现场，使用RTK标记出勘探点，使用土壤钻机或土壤采样器，提取施工场地内原地貌的土壤样本，勘探点孔径在35～100mm之间[1]。其次通过使用岩心钻机，取得地下岩石的样本，以提供岩石类型、颗粒大小、结构、风化程度等信息。使用水位计或井孔测井设备测量钻深范围内的地下水分布状况，保证勘察的平面位置偏差在±0.4m之内，高程偏差在±4cm之内。开始清理和平整场地之前，使用地下雷达低于地下是否有埋设的管道、电缆或其他地下设施进行检测。根据具体情况，采取重新定位、加固或设置防护壁、管道套管等保护措施进行处理，以降低机械设备的风险，避免原有设施在施工期间受到损害[2]。此外，在机械设备入场前，必须确保施工场地的地表清理干净，没有明显的杂物、垃圾或障碍物。在场地周边设置必要的安全标志和警示牌，清晰地指示危险区域、施工区域、入口和出口，通过地面标记、栏杆、隔离带等方式提醒施工人员遵守安全规定，明确限制机械设备的允许运行区域。

3.2 土方开挖施工

土方开挖施工是深基坑支护施工的一个重要阶段。对于大型基坑，采用挖掘机、挖掘装载机等机械挖掘的方式，以较低的人力成本保证施工效率。人工挖掘，适用于小规模、复杂形状或要求高度精度的开挖。爆破开挖，则适用于岩石或坚硬土层的开挖，全程需要专业爆破工程师进行安全控制，从而快速、安全地破碎坚硬的土层。

在土方开挖过程中，合理安排开挖面的步进，每次步进的深度宜在0.5～1.5m之间。在黏土等较稳定的土壤条件下，采用较陡峭的边坡，保持边坡坡度比在1:1.5～1:3之间。在不稳定的砂土或松散土壤条件下，为减小坍塌风险，边坡的坡度应更加平缓，保持边坡坡度在1:1.5～1:2.5之间。并通过逐层开挖的方式，减小土方开挖面的宽度，及时支护和加固开挖边坡，以减轻边坡的压力，降低坍塌风险。从深基坑的顶部开始逐层开挖，在坑底设置桩或支撑墙等适当的支撑结构，使用挖掘机挖掘支撑桩孔洞，并在孔洞中安装预制的支撑桩，支撑桩的深度在10～20m之间，直径为600mm左右控制土方的坍塌。在设置支撑结构后，通过喷射混凝土或添加土体加固材料，喷射混凝土的厚度在50～150mm之间，混凝土的抗压强度在20～40MPa之间，而土体加固剂应具有足够的抗剪强度，抗剪强度宜保持在100～300kPa之间，以增加边坡的稳定性[3]。开挖完成后，及时清理开挖出来的土方，严禁场区内长时间堆载多余土方。对于有特殊要求的土方场地，如环境敏感区域或需要进行再利用的场地，应采取分类堆放、封闭运输等相应措施，进行妥善处理。在施工过程中，施工人员须严格遵守安全规范，并定期进行安全巡查。

3.3 支护结构设计

在深基坑支护施工中，要根据土压力和施工荷载等因素，设计合适的支护结构，以确保基坑周边土体的稳定和安全。地下水压力是支护结构设计的基础，其直接影响了支护结构的稳定性和土壤的承载能力。根据地下水位调查数据和地下水的水头高度，计算地下水对基坑壁面的压力，水压力P的计算公式如式（1）所示：

其中，H表示地下水的水头高度，即地下水位距离地表的垂直距离。表示水密度，表示重力加速度。之后，通过现场土壤测试，确定土壤的黏聚力和内摩擦角，根据库仑法则计算土壤的抗剪强度，为支护结构的设计和稳定性分析提供必要的数据和依据。计算公式如式（2）所示：

其中，D表示死载，即建筑物自身重量。L表示活载，即建筑物内的移动荷载，如人员、家具、设备等。表示雨雪荷载，S表示雪荷载，T表示地震荷载。通过将各种荷载分量按照权重相加，进行支护结构的荷载组合分析，以确定建筑物在多种荷载情况下的最大可能荷载，确保支护结构能够安全地承受来自地下水、土壤、建筑物和施工的荷载，并安装由测斜仪、应变计、位移计等装置构成的支护结构监测系统，用于实时监测结构变形和应力情况。支护结构的允许倾斜限度为1°，最大允许水平位移为20mm，将水平位移警戒值设定为15mm，将测斜警戒值设定为0.8°。此外，混凝土的极限应变在0.002左右，因此将应变计的警戒值设定为0.001，一旦超过警戒值，立即采取停工或调整支护结构等应急措施，从而保障深基坑工程的安全和成功实施。

3.4 钻孔灌注桩施工

在开展灌注桩桩基施工时，使用全站仪、GPS或激光测距仪等精确的测量仪器，测量精度应符合项目的精度要求，至少达到±5mm。依照坐标点和桩基平面图，测量桩位的坐标、深度和方向，确保测量点覆盖全部需要安装桩的位置。在进行土钉安装前，使用螺旋钻孔机精确地钻孔到设计深度以下0.2m左右，确保土钉成孔能够达到预设深度，以避免施工安全隐患，保障工程施工安全。

在坚硬的土壤或岩石中，护筒的埋设深度可以较浅。但在松软或不稳定的土壤中，需要更深的护筒来提供足够的支撑。使用枕木固定螺旋钻孔机底座，将钻头准确定位到标记的桩位位置，遵照速度“由慢至快”，力度“由小至大”的施工原则进行钻孔施工[4]。在钻进施工过程中，安排专人进行土孔编号的记录工作，同步进行钻孔深度复核。钻孔施工参数，如表1所示。

表1 钻孔施工参数

钻孔施工完成后，使用吸尘器清除钻孔中的杂物和碎石，地面上的泥浆应通过过滤系统和沉淀池进行清洁和回收，以减少浪费和环境污染。

之后，进行钢筋笼安装施工，严格把控好探孔器，探孔器的精度应在±2mm以内，确保准确探测孔洞内部情况。在进入钻孔时，如果孔壁出现松动情况，立即停止工作，采取加固孔壁等支撑措施，确保工作区域的安全。采取导管法进行混凝土灌注，混凝土配比为水泥：砂：骨料=1：2：3，从钻孔底部开始开始持续灌注混凝土，直至灌注到设计标高，每次灌注高度不超过1.5m。在每次灌注后，使用振捣器进行振实操作，振捣时间约为2min，以确保混凝土的均匀分布。根据施工具体情况，添加混凝土密实剂，每1m3混凝土中添加剂的用量控制在不超过2L，应高出设计高度约0.2m，以保证设计桩顶下桩身混凝土的强度过关。在灌注后的24h内，使用喷水器，每小时喷水2次，确保混凝土表面持续湿润。完成桩的施工后，通过静载试验进行施工质量测试和验收，计算公式如式（4）所示：

4 结束语

综上所述，通过应用深基坑支护技术，不仅有助于防止土壤塌方、基坑变形以及与周围地下结构冲突，确保工程施工安全，也能够确保高层建筑的基础稳固，减少建筑物的沉降和变形，提高建筑质量和寿命。本文基于工程概况，首先介绍了深基坑支护施工工艺流程，继而从施工准备、土方开挖施工、支护结构设计、钻孔灌注桩施工等方面，详细介绍了深基坑支护施工技术在高层建筑工程中的应用，以期为城市高层建筑建设提供更加稳固和可持续的基础支持。