市政工程中深基坑支护技术及其施工技术

市政工程中深基坑支护技术及其施工技术

李松,吴思霖

河北省第四建筑工程有限公司   河北石家庄  050000

摘要：本文围绕市政工程中深基坑的支护技术及其施工技术进行了深入研究。通过全面分析工程实况，设计方案，计算分析和具体应用等方面，揭示了不同支护技术的优势和适用范围。聚焦于建立合适的模型，检验土壤压力、工程结构荷载和支护结构稳定性等工作，全面探讨了钢板桩、土钉墙、排桩和地下连续桩等支护技术，为不同场景下的实际工程提供了解决方案。

关键词：深基坑支护技术；地下连续桩；支护结构稳定性

随着城市化进程的不断推进，城市市政工程的规模和复杂性不断增加，深基坑工程作为城市建设中不可或缺的一部分，日益显现其重要性。深基坑工程涉及大规模土方开挖和支护，其安全性和稳定性对城市基础设施和人民生活的影响举足轻重。在现代城市规划中，越来越多的地下空间被用于商业、交通、公共设施等用途，因此深基坑工程的设计与施工更加复杂且关键。

1工程概况

以一座市政工程中的深基坑施工案例为例，整个工程的长度为210m，宽度为200m，基坑的深度在11.00至18.40m之间，经现场取样和室内试验，场区地基土的物理力学指标参数如表1所示。在工程的东侧，施工人员采用了逆向工法来进行工程设计。逆向工法施工和支护工程在东侧总共涵盖了210m的长度，其宽度总计为31.6m，整体的形状呈现出东西向较为短的矩形轮廓。

表1场地内各层岩土的物理力学指标及技术参数

2设计方案

2.1结构选型设计

鉴于工程安全的重要性，项目的总体安全等级为1.1级。考虑到项目东段存在复杂的静力因素，采用特殊方法时，需要特别关注以下问题：

一是连续桩的防水效果良好，但施工难度较大，成本较高。考虑到该项目所在土层含水率较高，可以在使用连续桩的情况下，选择排桩支护方案。同时项目周边已建住宅区距离较近，仅为8.8m，因此暂不考虑锚杆支护技术，以免对周边居民产生负面影响[1]。

由于工程总面积较大，应在采用钢板墙和土钉墙技术时特别关注材料的宽度和灌注密度，以免发生坍塌事故。在使用深基坑逆向施工方法的地区，由于构件间距较大，需使用高效的内力支持装置。经过对各种影响因素的分析，本次施工确定了采用3排深搅拌桩作为支护方案。为增强支撑，冠梁和连梁被设置在装置上。

2.2结构经济可行性分析

该支护方案基于排桩法，以H型钢为主要支护构件。考虑到工程需求，东侧住宅区已经设置了2个排桩支护，这有助于减少2个排桩支护的施工，有效提升了成本控制效果，降低了材料消耗，也提高了施工效率。鉴于工形钢支架独特的结构特点，需要在制造公司进行定制，造价为每吨3800元[2]。尽管干重钢架的造价与传统结构相比并没有显著优势，然而，这种结构的施工方式简便、效率高、重量轻等优点使其在经济效益方面具有实际应用价值。

3计算分析

3.1计算模型

考虑到正式施工的复杂性，为确保设计的合理性和施工的安全性，该工程对通常采用的三排桩子进行了调整，改为了两排桩子，并将取消的桩子用作备用的安全桩。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012的规定，该项目进行了计算模型的建立，并围绕相关设计模型进行设计荷载量的验算。由于项目涉及内部支撑结构，图2b显示了该模型的内部结构。针对钢板支撑部分，该模型简化为了弹性支撑KR。另外，在该项目中，对排桩的桩端和桩间土进行了水平土弹簧的建模，将排桩简化为垂直连接的无限刚体。基坑外侧受到朗肯主动土压力Pak的作用，基坑内部承受土压力Ps，而桩间土的两端分别承受Pc0级的荷载。b0和ba分别代表了前后两排桩的总土压力，计算过程中以桩间距为基准。

3.2最不利工作条件的选取

本文选取了该工程施工中的两种最不利工况进行了深入分析。具体而言，第一种不利工况指的是在深基坑内部框架已经成型的情况下，施工从第一个钢柱开始，延伸至二楼梁板标高-7.550m，然后再延伸至桩顶高度6.75m的范围[3]。而在第二种不利施工工况下，随着第二根钢柱的安装于支撑架和护坡上，施工将继续进行，将挖掘深度延伸至距离护桩顶部11m的位置，然后进行后续作业。

3.3工程结构荷载上限的检验

3.3.1应用需求

工程结构需求在高于常规材料强度或变形成都过于严重，支撑结构部件或接头的设计应满足下列条件：

1、桩体的整体弯矩

2、桩体的整体剪力

3、钢支撑轴的支撑力

根据上述公式，其中MK、VK、N

K代表全荷载情况下桩的总弯矩、剪力和轴力；而RM、RV、RK分别代表材料整体的抗剥落、抗剪切和抗支承轴向力能力；根据《建筑基坑支护技术规程》相关规定[4]，对公式（8）中的系数进行了计算，这部分内容未在文中展示；至于公式（9）中的其他参数，则在《混凝土结构设计规范》中得到了相应解释；而公式（10）中的其他参数详细规定可在《钢结构设计标准》GB50017-2017中找到。

综合考虑公式（8）和（9），可得出支撑桩配筋以及工型钢的规范计算结果：RM=1985kN，斜截面抗剪设计值RV=946kN；另一方面，通过公式（10）的推导，可以得出钢片支撑轴向压载荷的能力值为RN=6018kN。

3.3.2荷载检验

根据图2a所示的模型，本文进行了荷载检验。鉴于基坑的开挖方式为一次性开挖至坑底，因此只考虑了两个土压载荷情况。通过利用理正7.0软件进行分析，得出桩顶位移为161.74mm和161.72mm。根据规定，桩的最大变形应小于0.2%，而在本项目中，H=22mm（H为基坑深度）。然而，由于161.74mm大于22mm，因此未能满足设计规范的要求。值得注意的是，在没有采用中间支护的情况下，由于桩顶发生了较大的变形，因此在没有中间支护的条件下，可能无法达到施工的安全目标。

3.4周边建筑物沉降验算

根据《建筑工程逆作法技术规程》DB34/T5079-2018中的经验计算法，对该市政工程东侧住宅区的地表沉降进行了计算。得出的计算结果为6.9mm。基于这一分析，若邻近建筑物竖向位移的最大值为60mm，相应的沉降数值能够符合设计的要求。

4具体应用

4.1钢板桩支护技术分析

对于基坑深度小于4m的情况，在深度范围7~10m内，采用槽形钢板桩作为支护方式。钢板是深基坑支护的主要构件，其主要材料为型钢，表面带有特定的凹凸结构。通常选用热刺式钢板，俗称拉森式钢板桩，尤其适用于松散的土壤和浅挖的基坑。在进行基坑土方开挖之前，需要将钢板连续地插入土层沿着基坑边缘，并确保钢板之间的连接良好，以实现有效的防渗和隔离效果。在土方开挖过程中，按照一定层次进行土方的挖掘、围檩、支撑操作。完成基坑施工后，支护设施将被拆除并回收。采用钢板桩支护技术具有操作简单、高效的特点。通过这种方法，可以有效地隔离基坑内的土壤，确保基础的稳定性，同时也有效避免渗漏问题的出现。

4.2土钉墙支护技术分析

在深基坑施工中，应用土钉支护技术，可以有效提升基坑周边岩土的稳定性[5]。土钉墙的施工过程包括一系列步骤，首先是将长钢钉固定在基坑斜坡上，使其与周围结构牢固连接。接着，在钢钉的顶部设置钢筋网片，以及采用喷射锚杆等方法进行加固。然而，在深基坑开挖的实际过程中，对于地下水埋深较大、管线布局较为复杂的情况，使用土钉支护可能并不合适。因此，在选择支护方法时，需要综合考虑工程具体情况，以保障施工的安全与效益。在土钉支护施工结束后，相关检验人员要对该工艺中工程型钢标准进行合格评定，为后续环节的工作打下良好的基础，见表2。

表2深基坑支护工程型钢验收标准

4.3排桩支护技术分析

排桩支护技术应用了多种桩型，包括桩基、预制桩以及板桩等。在深基坑开挖过程中，常采用混凝土灌注桩，其地基深度范围通常在7至13m，而地基的性质为可塑土。在高水头地区，常会考虑双层砼灌注桩。排桩支护技术的实施需要合理布置桩柱，采用钢筋混凝土结构，并将其逐次插入深基坑中。为增强基坑支护能力、提高基础稳定性，可以在相邻桩身之间加入钢筋混凝土构件。排桩支护可根据布置方式分为拉锚型和锚杆型。

在排桩支护法中，桩距和排桩距离的合理配置至关重要。过大的桩距会降低基础加固效果，同时也不能很好地保护基坑。相反，过小的桩距会加强基坑的围护作用，但可能对围护结构产生较大影响。在设计排桩支护时，需综合考虑排桩距离等因素。使用排桩支护技术时，需要特殊机械的协助，在不改变地质环境的前提下进行施工，然而，机械运行可能对周围居民产生一定影响。

4.4地下连续桩支护技术分析

地下连续桩支护技术在实施过程中通常需要投入大量的资金，然而由于其较高的工程成本，其在施工中的应用相对较少。尽管如此，不可否认的是，地下连续桩在深基坑开挖中的应用，是一种既能确保基础承载力，又能保证施工质量的有效方法。这种技术的核心在于其支护方法。在挖掘之前，必须通过水泥砂浆对连续桩进行加固处理。在开挖过程中，需要关注挖掘的厚度和深度，严格按照设计图纸的要求分段进行。之后，通过管道将剩余的泥沙排出，注入混凝土并加固，形成了一个持续的防渗护坡结构。

结束语：综上所述，在市政工程中，深基坑支护技术的合理应用，不仅为城市地下空间的开发创造了条件，也为城市的可持续发展奠定了基础。未来，随着技术的不断进步和实践经验的积累，深基坑支护技术必将在更广泛的领域发挥更大的作用。然而，施工人员也要充分认识到在实际应用中可能遇到的挑战和风险，持续加强研究和实践，以确保深基坑工程的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]王喆.市政工程中深基坑支护技术及其施工安全管理探讨[J].中国住宅设施,2023,(05):166-168.

[2]仕坦.市政工程深基坑支护施工关键技术研究[J].建筑与预算,2023,(03):55-57.

[3]郭青.市政工程深基坑支护施工关键技术探讨[J].建筑工人,2022,43(10):37-40.

[4]张浩亮.深基坑支护技术在市政施工中的应用研究[J].中国建筑装饰装修,2021,(11):66-67.

[5]王继海,韩翔宇.浅谈市政工程深基坑支护技术及施工要点[J].住宅产业,2021,(10):36-38.