深基坑支护技术在复杂地质条件下的应用与挑战

摘要：深基坑支护技术在现代土木工程中至关重要，尤其在复杂地质条件下，其应用面临诸多挑战。地质条件的多样性和不确定性、狭小的施工空间以及不可预见的因素都增加了支护技术的难度。通过采用灵活多变的支护结构、加强施工监测和应对不可预见因素的措施，可以确保基坑边坡的稳定性和周围环境的安全。本文以某居民区复杂基坑工程为例，探讨了深基坑支护技术的应用效果，并展望了未来技术的发展方向，旨在提高施工效率和质量。

关键词：深基坑支护技术   复杂地质条件   施工挑战与应对

引言

深基坑支护技术是现代土木工程中的重要组成部分，特别是在城市建设和地下空间开发中扮演着至关重要的角色。然而，复杂的地质条件给深基坑支护技术的应用带来了诸多挑战。本文将详细探讨深基坑支护技术在复杂地质条件下的应用及其面临的挑战，并提出相应的解决方案。

一、深基坑支护技术概述

深基坑支护技术是指在深基坑开挖过程中，为确保基坑边坡的稳定性和周围环境的安全，采用一系列支护措施的技术。深基坑的支护方式多种多样，包括土钉墙、排桩、地下连续墙、钢板桩等。支护技术的选择和应用需要根据具体的地质条件、施工环境和工程要求来确定。

1. 基坑的分级与支护方式

基坑按照其开挖深度和周围环境的重要性可以分为一级、二级和三级基坑。一级基坑通常指开挖深度大于10米，且临近建筑物和重要设施的重要工程；二级基坑则是不属于一级或三级的其它基坑；三级基坑指开挖深度小于7米，且无特别要求的基坑。

三级基坑的支护方式：对于深度不大的三级基坑，当放坡开挖有困难时，可采用短柱横隔板支撑、临时挡土墙支撑、斜柱支撑、锚拉支撑等支护方法。

一般基坑的支护方式：基槽支护一般采用横撑式土壁支撑，可分为水平挡土板和垂直挡土板两大类。

深基坑的支护方式：深基坑支护的基本要求是确保支护结构能起挡土作用，基坑边坡保持稳定，同时保证相邻建筑物、道路和地下管线的安全。常见的深基坑支护方式包括排桩支护、土钉支护、锚杆支护、挡土灌注桩与土层锚杆结合支护、钢板桩支护和地下连续墙支护等。

2. 深基坑支护的关键技术

排桩支护：在基坑周围设置砼灌注桩，桩的排列有间隔式、双排式和连续式，桩顶设置砼连系梁或锚桩、拉杆。这种支护方式施工方便、安全度好、费用低。

土钉支护：土钉支护是通过在开挖的工作面中设置土钉，并在其表面喷射混凝土面层来加固基坑边坡。土钉支护具有施工速度快、造价低、适应性强等优点。

锚杆支护：锚杆支护是在未开挖的土层立壁上钻孔至设计深度，孔内放入拉杆，灌入水泥砂浆与土层结合成抗拉力强的锚杆。这种支护方式适用于较硬土层或破碎岩石中开挖较大较深的基坑。

钢板桩支护：当基坑较深、地下水位较高且未施工降水时，采用钢板桩作为支护结构，既可挡土、防水，还可防止流砂的发生。

地下连续墙支护：建造钢筋砼地下连续墙，达到强度后在墙间用机械挖土。该支护法刚度大、强度高，可挡土、承重、截水、抗渗，适用于狭窄场地施工和大面积、有地下水的深基坑施工。

二、复杂地质条件下的应用与挑战

复杂地质条件对深基坑支护技术的应用带来了诸多挑战。这些挑战主要来源于多变的地质结构、狭小的施工空间以及不可预见的因素。

1. 地质条件的多样性和不确定性

复杂地质条件下的深基坑支护面临的主要挑战之一是地质条件的多样性和不确定性。例如，同一施工区域内可能同时存在软土层、砂土层和岩石层等不同类型的地质结构。这些地质结构在物理力学性质上存在显著差异，导致支护方案的设计和实施变得异常复杂。

应对措施：采用灵活多变的支护结构，根据地质条件选择不同类型的支护方式。例如，在软土层中采用土钉支护或钢板桩支护，在岩石层中采用锚杆支护或地下连续墙支护。

2. 狭小的施工空间

城市中的深基坑施工往往受到周围建筑物、地下管线等障碍物的限制，施工空间狭小。这使得支护结构的安装和施工操作变得困难，甚至可能影响到周围建筑物的安全。

应对措施：支护结构的设计需要考虑施工空间的限制，确保支护结构既能够有效支撑基坑，又不会影响周围的建筑物和设施。例如，采用内支撑系统，如钢管支撑或钢筋砼内支撑，以减小支护结构对周围空间的占用。

3. 不可预见的因素

在深基坑支护过程中，还可能遇到各种不可预见的因素，如地下水位的变化、地下障碍物等。这些因素可能导致支护方案的调整或施工过程的延误。

应对措施：加强施工过程中的监测工作，通过实时监测基坑的变形、土体的位移等数据，及时发现潜在的安全隐患，并采取相应的补救措施。同时，在支护方案的设计阶段，应充分考虑各种可能的不可预见因素，并制定相应的应对措施。

三、实际应用案例分析

以某居民区复杂基坑工程为例，该工程开挖面积较大，且为不规则多边形，天然地基浅基础，距离围护结构外边线最近处仅2.6米。同时，某些建筑长边方向平行于基坑，对基坑开挖产生的变形及沉降非常敏感，极易产生裂缝等不利状况。

1. 工程背景

该工程地下结构施工临近居民区和保护建筑，最近处不到3米，场地较为狭窄，可利用的空间较为有限。工期紧，要求4个月完成。清障难度高，有未拆除的老房地基、废弃的人防地下室及其它不明的地下障碍物。

2. 支护方案

根据本工程基坑的周边环境特点，经专家论证，采用钻孔灌注桩+钢支撑作为本基坑工程的主体围护形式。以钻孔灌注桩挡土，外侧采用水泥搅拌桩止水结构，灌注桩顶用钢筋混凝土圈梁连成一体。

挡土体系：基坑围护体系采用750@1000mm钻孔灌注桩+1道钢管支撑，桩端人土深度为13.0～17.0米；其余地段的围护体系采用700@900mm钻孔灌注桩+1道钢管支撑，断面为1200mm×700mm，支撑轴线相对标高为-0.650米。同时，外围水泥土搅拌桩止水帷幕，人土深度为10.7米。

内支撑系统：基坑内部分设置1道内支撑。根据基坑实际形状，支撑采用对撑+角撑的形式。

支撑立柱：钢立柱截面尺寸为400mm×400mm，采用4L125mm×10mm钢格构柱，立柱桩采用700mm灌注桩，桩端人土深度坑底以下16.0米。

3. 施工工艺

本工程的钻孔灌注桩施工采用正循环回转钻进成孔，人工造浆与孔内原土自然造浆相结合护壁，正循环二次清孔除渣，导管回顶法灌注水下混凝土成桩的施工工艺。具体施工顺序为：测量放线—护筒埋设—钻机安装就位—成孔钻进—一次清孔—钢筋笼的制作与安放—下导管—二次清孔—水下混凝土灌注。

4. 施工效果

实践表明，采用钻孔灌注桩+钢支撑作为基坑工程的主体围护形式，在居民区复杂基坑工程中是切实可行的。该支护方案不仅确保了基坑边坡的稳定性和周围环境的安全，还为类似工程提供了有益的借鉴。

四、结论

复杂地质条件下的深基坑支护技术是一项颇具挑战性的任务。为了确保施工的安全性和稳定性，必须综合考虑地质条件、施工空间等因素，采用灵活多变的支护结构，并加强施工过程中的监测工作。只有这样，才能有效应对复杂环境下的基坑支护挑战，确保施工的顺利进行。

参考文献：

1、 狄源磊. 复杂地质条件下深基坑支护技术研究.市政工程,2024-08.

2、 吴志高. 浅析复杂地质条件下深基坑支护施工技术.建筑设计及理论,2017-12.