建筑工程深基坑支护结构选型原则与应用

建筑工程深基坑支护结构选型原则与应用

卢飞

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摘要：在建筑工程中，深基坑支护结构扮演着至关重要的角色，它不仅保障了施工过程的安全，还对周围环境的稳定性产生深远影响。本文旨在深入探讨深基坑支护结构的选型原则及其在实际工程中的应用，以期为相关人员提供理论依据和实践参考。

关键词：建筑工程；深基坑支护；结构选型；原则与应用

一、深基坑支护结构概述

深基坑工程在现代建筑工程中占据着举足轻重的地位，尤其是在城市化进程加快、建筑向地下空间拓展的背景下。这种工程的实施往往要求开挖深度超过一定界限（通常超过3米，有时甚至超过20米），以建造地下室、地下车库、地下商场、地铁站等地下设施。由于深基坑的开挖会对地表结构、地下水系统以及周围环境产生显著影响，因此，确保施工过程的安全和稳定至关重要。这便是深基坑支护结构的关键作用所在。

深基坑支护结构，顾名思义，是指在地下开挖过程中，为防止土体坍塌，保护地下结构、地面建筑物以及周边环境安全而设置的一系列临时性结构。它们如同一道屏障，抵抗着由开挖引起的土压力，同时提供临时的支撑以保持开挖面的稳定性。这样的结构设计不仅要考虑到工程的结构安全，还需兼顾经济效益、施工便捷性以及与环境的协调性。

深基坑支护结构的类型多样，各有其适用条件和优缺点。其中，地下连续墙是一种广泛应用的支护结构，以其高刚度和稳定性见长。它通过钻孔或挖掘形成墙体，再灌注混凝土或其他填充材料，形成一道坚不可摧的墙体，不仅能够抵抗土压力，还能有效隔离地下水，为干式开挖创造条件。地下连续墙的使用在深大基坑中尤为普遍，如上海环球金融中心的基坑支护结构即采用了这种技术。

土钉墙则是一种较为经济且灵活的支护方式，它通过打入带有钢筋的钻孔，并在孔内灌注混凝土，形成一系列“钉子”，这些钉子与周围土体相互作用，形成一个整体，提高土体的强度和稳定性。土钉墙适用于土质条件较好、开挖深度适中的基坑，其施工速度快，成本相对较低，但相对于地下连续墙，其承载力和稳定性可能稍逊一筹。

重力式挡墙依靠自身的重量来抵抗土压力，适用于浅基坑或土质坚硬的场地。挡墙的结构设计通常包括挡墙本体和基础，通过合理设计，重力墙可以有效地阻止土体滑移，保证基坑安全。

桩撑支护则通过打入桩体，利用桩与土的摩擦力或桩的抗压强度来支护开挖面。这种结构可以根据需求调整桩的类型和布置，如打入预应力混凝土管桩、H型钢桩等，以适应不同土质和开挖深度的要求。桩撑支护可以与土钉墙、地下连续墙等结构结合，形成更为复杂的支护体系。

二、深基坑支护结构选型原则

在深基坑工程中，支护结构的选型是一项关键的任务，它直接关系到整个工程的安全、成本和进度。深基坑支护结构的选型原则需综合考虑众多因素，以实现最佳的工程效果。这些因素包括但不限于地质条件、工程规模、环境影响、施工技术、工期和经济成本。在实际操作中，需要在这些因素之间寻找平衡，以确保支护结构既能满足安全需求，又能保证工程经济性。

地质条件是决定支护结构类型的重要因素。不同的地质条件对支护结构的抗压、抗剪切能力有着直接影响。例如，软弱、流塑的土质可能需要更强的支撑，如地下连续墙或重力式挡墙；而较为稳定的砂质或黏土则可能更适合土钉墙或桩撑支护。在地质勘探阶段，工程师必须精确评估地下土层的性质，以便选择最适合的支护结构。

工程规模和深度也对支护结构的选择产生显著影响。深大基坑通常需要更复杂、更稳固的支护系统，以抵抗更大的土压力和水压力。在这种情况下，地下连续墙加内支撑、双排桩+锚杆或桩撑等组合支护方式可能更合适。而规模较小、开挖深度较浅的项目则可能采用土钉墙或重力式挡墙，以降低施工成本。

环境影响也是支护结构选型时不可忽略的要素。在城市中心或敏感区域进行深基坑开挖，需要选择对周围环境影响小、振动噪声低的支护技术。例如，静压或振动较小的打入桩技术，以及能够减少地下水流失的地下连续墙，可能更适合这样的环境。同时，考虑环境保护，也要考虑施工过程中对土壤、地下水和附近建筑物的影响。

施工技术和设备的可用性同样影响着支护结构的选择。如果现场条件允许，且施工队伍拥有相应的技术能力，可以考虑采用先进但可能成本较高的施工方法，如地下连续墙。相反，如果技术条件有限，土钉墙或桩撑支护可能是更为现实的选择，它们通常更易于施工且对设备要求较低。

工期也是决定支护结构选择的一个关键因素。快速施工的项目可能倾向于选择施工时间短、效率高的支护结构，如土钉墙或预应力混凝土管桩。而对工期要求不那么紧迫的项目，可能倾向于选择更稳固但施工周期较长的地下连续墙等结构。

经济性是支护结构选型中不可回避的问题。虽然安全是首要考虑，但在满足安全需求的前提下，降低成本始终是项目管理的目标。因此，工程师需要对不同支护结构的初始投资、施工成本、维护费用以及可能的未来变动进行详细的成本效益分析，以确保支护结构的经济性。

三、深基坑支护结构的应用实例与案例分析

1. 案例一：上海环球金融中心基坑支护

位于中国上海浦东的环球金融中心，是2000年代初期的标志性建筑，其基坑深度达到近50米，是当时亚洲乃至全球最深的基坑之一。为确保施工过程的安全，工程师们选择了地下连续墙作为主要支护结构。这座超高层建筑的基坑支护工程采用的是两段式施工，第一阶段使用了约5000米长的地下连续墙，深入地下约55米，并通过内部支撑系统加强墙体的稳定性。在第二阶段，还增设了内支撑系统，确保在地下结构逐层建造过程中，支护结构能够承受不断增加的上部荷载。地下连续墙的使用，不仅保证了上海环球金融中心基坑的稳定，还有效地隔离了地下水，降低了施工中因地下水渗漏带来的风险。

2.案例二：北京地铁10号线团结湖站

在北京的地铁10号线建设中，团结湖站的基坑深度接近30米，由于处于密集的城市区域，周边建筑物众多，对环境影响和震动控制要求极高。工程师们选择了土钉墙与地下连续墙相结合的支护方式。土钉墙首先被布置在基坑周边，提供初步的支护，随后地下连续墙沿着土钉墙布置，作为深层支护，确保了基坑的稳定。这种混合结构不仅满足了抗压和抗剪切的需要，还降低了施工成本，同时通过精确的施工和监测，成功地控制了震动，减少了对周围环境的影响。

3.案例三：深圳平安金融中心

深圳平安金融中心是另一座超高层建筑，其基坑深度超过50米，支护结构采用了地下连续墙和内支撑的组合方式。为了应对深圳地区复杂地质条件和地下水位较高的情况，地下连续墙的施工尤为关键，它不仅保护了基坑免受地下水的影响，还提供了足够的支撑力，确保了超高层建筑的安全施工。同时，通过精心设计的内支撑系统，工程团队能逐步释放连续墙的压力，使施工过程更为安全高效。

这些案例体现出深基坑支护结构在实际工程中的应用多样性，不同的支护结构根据工程需求进行了优化。例如，地下连续墙在深度较深、地下水控制要求高的项目中表现出色，而土钉墙和重力式挡墙则适用于条件较为简单的基坑。同时，混合支护结构的运用，如地下连续墙与内支撑、土钉墙的结合，展示了在复杂环境下，多结构组合的优势。

结束语

深基坑支护结构的选型和应用是建筑工程中一项复杂而关键的任务，需要综合考虑地质环境、工程需求以及经济因素。随着科技的进步，新的支护技术和材料不断涌现，为工程实践带来了更多选择。

参考文献

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[2]许鸿运. 建筑工程深基坑支护结构选型原则与应用[J]. 城市建设理论研究(电子版), 2023, (19): 68-70.

[3]何剑峰. 建筑工程深基坑支护结构选型原则与应用[J]. 四川水泥, 2022, (11): 200-202.