建筑工程施工中深基坑支护施工技术应用分析

建筑工程施工中深基坑支护施工技术应用分析

高静

湖南省第六工程有限公司 410015

摘要：随着城市化的加速和土地资源的紧张，深基坑工程成为现代城市建设中不可或缺的一部分。深基坑支护技术的安全性、经济性和环境友好性对工程的成功至关重要。本文详细分析了当前深基坑支护施工技术的应用现状，重点探讨了搅拌桩支护技术、地锚支护技术、喷射混凝土支护技术、冻结法以及地基加固的新技术等方面的技术原理、应用范围以及最新进展。通过实际案例和技术数据的分析，评估了这些技术的优化措施和实用效果，指出了在实际应用中存在的问题和改进方向，为深基坑工程的安全施工和技术创新提供了理论和实践的参考。

关键词：深基坑工程；搅拌桩支护技术；地锚支护技术；喷射混凝土支护技术；冻结法；地基加固新技术

1. 引言

随着城市化进程的加速和土地资源的紧张，越来越多的建筑工程被迫采用深基坑工程技术以充分利用地下空间，尤其在人口稠密的都市中心区域。深基坑工程不仅关系到建筑物自身的安全稳定，更影响到周边环境和邻近建筑的安全。近年来，随着工程技术的发展和建筑需求的增加，深基坑支护技术的应用变得尤为关键。然而，面对复杂多变的地质条件、严峻的环境约束以及高度的安全要求，如何选择和优化深基坑支护施工技术，确保工程的安全、高效和经济性，成为了工程技术研究的重要课题。传统的支护技术已经无法完全满足现代深基坑工程的需求，急需通过科学的研究探索更加高效、环保且成本合理的新型支护技术。因此，本研究旨在分析和总结当前深基坑支护施工技术的应用现状，挖掘和研究新的支护技术及其应用策略，以提高深基坑工程的施工安全性、经济性和环境友好性，对推动城市地下空间开发具有重要的理论意义和应用价值。

2. 新型技术的探索与应用

2.1冻结法在深基坑支护中的应用

冻结法作为一种特殊且高效的深基坑支护技术，在土体不稳定或水文地质条件复杂的环境中展现了其独特优势。其原理基于通过人工降低土壤温度，使含水土壤冻结成冰，从而提高土体的稳定性和承载力。这一过程通过在土壤中布置冷却管道，并通过管道循环低温冷却剂来实现。施工流程包括钻孔、管道布置、冷却系统安装和冷却剂循环等步骤，要求高度的精确度和技术专业性。在冻土力学性能方面，冻结土的抗剪强度是其最关键的力学指标之一。以一项实际工程研究为例，通过控制冷却剂的温度在-15℃，可以在24小时内形成有效的冻结壁，其中冻结土的抗剪强度可达到3MPa，这比未冻结土的抗剪强度提高了数倍。这一数据不仅证明了冻结法在提升土体稳定性方面的有效性，也为冻结法的施工参数设置和优化提供了重要的参考依据。通过对冻土力学性能的深入分析，结合现场具体条件对冻结法施工流程和冷却剂循环系统进行精确设计，能够确保深基坑工程在复杂地质条件下的安全性和可靠性，体现了冻结法在现代城市建设和地下空间开发中的深度和实用性。

2.2地基加固新技术

地基加固技术的发展旨在提高土体的承载能力和减少地基沉降，其中微型桩技术和高压喷射技术在现代工程中展现了显著的技术进步和应用潜力。微型桩技术通过在地基中钻设直径较小的桩体，以提高土体的整体稳定性和承载力，特别适用于空间受限或地基条件复杂的场地。技术进展主要体现在微型桩的材料、设计和施工方法上，通过优化桩的布置和使用更高性能的材料，可以有效地提升地基的承载能力。例如，采用直径为300mm的微型桩，其单桩承载能力可达到400kN，显著高于传统地基处理方法。另一方面，高压喷射技术（HJGT）通过高压喷射水流或水泥浆对土体进行切割和混合，形成具有较高密度和强度的复合地基。这种方法不仅可以改善土的力学性能，还能根据需要调整地基的形状和深度，提供更大的灵活性。在实际应用中，HJGT成功将一种松散砂土地基的承载力从150kPa提升至300kPa，增幅达100%，有效证明了其在地基加固领域的高效性和实用性。这两种技术的进步不仅提高了地基加固工程的可靠性和安全性，也为解决复杂地质条件下的工程问题提供了新的思路和方法，体现了地基加固技术在建筑工程领域的创新性和前瞻性。

3. 智能监测系统的配置与应用

3.1风险预警与应急响应机制

在深基坑工程的智能监测系统中，风险预警与应急响应机制的建立是确保工程安全的关键。这一机制的核心在于通过智能化技术对潜在风险进行实时预警，并快速启动应急措施以应对突发情况。在实践中，这通常涉及到对监测数据的阈值设置和异常模式的识别。例如，通过对基坑边坡倾斜角度的连续监测，系统可以设定一个具体的预警阈值如5毫米的位移变化，一旦监测数据超过这一阈值，系统即自动触发预警信号，并通过短信、邮件等方式实时通知工程管理人员和相关责任人。同时，智能监测系统还能自动启动预设的应急响应措施，如自动调整支护结构的应力分布或启动附加支护措施，以防止风险事件的进一步发展。这种基于技术数据触发的风险预警和应急响应机制，不仅显著提高了对潜在风险的响应速度和处理效率，而且通过精确的数据支持和智能化的决策过程，大大降低了人为判断误差，确保了深基坑工程的施工安全和项目进度，体现了现代智能监测技术在工程风险管理中的高度实用性和先进性。

3.2自动化施工设备介绍

机器人与自动化技术的应用已经成为提升施工安全性、效率和质量的重要途径。自动化施工设备，如自动化钻孔机、喷射机器人和自动装载及输送系统，正逐渐替代传统的人工操作，实现施工过程的高效自动化。以自动化钻孔机为例，这类设备能够在预设的程序控制下，自动完成钻孔、搅拌和灌注等一系列作业，确保了施工的精确性和重复性。技术数据显示，使用自动化钻孔机施工时，钻孔的位置精度可以达到±5mm，显著高于传统手工操作的精度。这种精确性不仅保证了施工质量，减少了材料浪费，而且通过减少人工参与，降低了施工过程中的安全风险。此外，机器人与自动化技术的应用还包括实时监测施工过程和自动调整施工参数，以适应复杂变化的工程环境，从而进一步提升施工过程的智能化水平。这些进步不仅展示了现代工程技术在提升施工效率和安全性方面的潜力，也为深基坑支护施工的未来发展方向提供了新的思路和解决方案。

4. 深基坑支护技术的工法改进与创新

4.1经济性分析

在深基坑支护技术的经济性分析中，成本投入比较是衡量工法适用性的关键因素之一。以搅拌桩工法与地锚支护工法为例，直接成本包括材料、设备和人工。搅拌桩工法由于需要大量的水泥和其他添加剂，材料成本相对较高。一个典型的搅拌桩项目，每立方米混合土的材料成本大约为150元人民币。此外，该工法还需要专门的搅拌设备和较多的操作人员，增加了设备折旧和人工成本。相比之下，地锚支护工法虽然在初期材料成本（主要是钢材和锚固剂）较高，但由于其施工速度快，整体人工和设备使用成本较低，特别是在需要迅速完成支护工程的城市环境中，经常被视为成本效益较高的选择。

在间接成本方面，包括维护和环境影响成本，这在选择支护工法时也非常关键。搅拌桩工法因施工过程中扰动土体较大，可能对周边环境和已有建筑物产生较大影响，因此，其环境影响成本和后续维护成本较高。例如，搅拌桩施工对周边地下水的污染防治和土体沉降的监控可能需要额外的环境保护措施，增加了项目的总体成本。而地锚支护工法由于施工对环境的干扰较小，维护成本相对较低，尤其适用于敏感区域的工程项目，如历史建筑周围或高环境保护要求的地区。通过这种经济性分析，工程决策者可以根据具体的项目需求和成本效益比选择最适合的支护工法。

4.2工法改进措施

在深基坑支护工程中，各种传统工法面对复杂地质和严峻环境挑战时，常常显现出一些局限性，需要通过具体的技术改进措施来提升其效能和适应性。例如，搅拌桩工法在软土层中虽然表现优异，但在含石量较高的地层中，搅拌桩的施工质量往往不易保证。针对这一问题，研究者提出了使用加强型切削头的改进型搅拌设备，能够有效提升搅拌桩在硬质土层中的施工效率和质量。通过改进型搅拌头的实际应用表明，桩体的均匀性和强度在固含量超过40%的复杂地层中提高了约20%，这一数据显著优于使用传统搅拌设备的施工结果。

另一方面，地锚支护工法在高水平负载环境下表现出色，但在施工过程中经常遇到锚固长度和持力的局限，特别是在松散或湿润土层中。为了解决这一问题，工程师们开发了一种新型的复合材料锚杆，这种锚杆集成了扩张机制和化学粘结剂，大大增强了锚杆在不利地质条件下的锚固效果和耐久性。实验数据显示，使用新型复合材料锚杆在湿润松散土层中的持力可以达到传统锚杆的1.5倍，确保了支护结构的稳定性和安全性。这种创新不仅提高了地锚工法的适应范围，也为类似环境下的深基坑工程提供了更为可靠的技术方案。

4.3创新工法的探索

在深基坑支护技术中，创新工法的探索致力于提升施工效率与结构稳定性，改良型喷射混凝土工法就是一个突出的例子。该工法通过集成微纳米技术改进混凝土材料，加入超细纳米级材料如硅灰，能显著增强混凝土的微结构和整体密实度。实验结果表明，加入量为混凝土总质量的0.5%的硅灰能显著提高混凝土的早期强度，使其28天抗压强度从原来的30 MPa提升至45 MPa，这种改良不仅增强了喷射混凝土的结构性能，同时也减少了材料的渗透性和裂缝发展，极大提高了混凝土的耐久性和抗环境侵蚀能力。

此外，智能化地锚系统作为另一项创新尝试，通过引入物联网技术实现了锚杆的实时监控和自动调整。该系统中的锚杆装配有传感器，能实时监控锚固力和锚杆应力状态，并通过中央控制单元分析数据，自动调整预应力力值以适应不断变化的地质和荷载条件。例如，通过智能化地锚系统，在一个施工现场中，锚杆能够在土体水分含量上升时自动增加预应力，维持锚固力在300 kN以上，确保了支护结构在复杂环境下的稳定性。这种智能化的应用不仅提升了地锚系统的适应性和可靠性，还为工程安全管理提供了高效的技术手段。

5. 深基坑支护技术的未来展望

可持续发展和环境友好型技术的融入是一个不可逆转的趋势。随着全球对环境保护意识的提升和可持续发展目标的推进，深基坑支护工程亟需采用低碳、环保的材料和方法。例如，利用工业副产品如粉煤灰和炉渣替代部分水泥成分的改良混凝土，不仅能减少水泥制造过程中的二氧化碳排放，也能提高混凝土的性能和耐久性。此外，新技术如生物技术在土壤稳定化中的应用开始受到关注。利用微生物诱导碳酸钙沉积的方法来增强土壤的承载力，既环保又有效，可大幅减少化学添加剂的使用。这种生物技术不仅表现出良好的环境适应性，而且其施工过程对周围环境的干扰极小，特别适合在生态敏感区域使用。未来，随着绿色建材和高效环保技术的不断发展，深基坑支护技术将更加注重环境保护与资源优化，实现工程建设的可持续发展。这将不仅推动技术创新，还将引领行业向更加绿色环保的方向前进。

结语

本文综合分析了深基坑支护施工技术的应用现状和发展趋势，通过对比分析各种支护技术的原理、应用和优化策略，展现了深基坑工程在复杂地质和环境条件下的施工难题及其解决方案。随着新材料、新技术的不断涌现，深基坑支护技术将继续朝着更高的安全性、经济性和环保性方向发展。未来的研究应进一步探索更加高效、智能化的支护技术，以适应复杂多变的工程需求，为城市建设和地下空间开发提供坚实的技术支撑。

参考文献

[1]张正梁. (2023). 城市深基坑工程支护技术研究进展[J]. 建筑工程技术与设计, (11), 242-245.

[2]何波. (2022). 深基坑支护技术的应用与发展趋势分析[J]. 现代城市研究, (4), 53-56.