地基加固与支护降水的设计

顾小锋

（南通市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 南通 226000）

0 引言

基坑支护技术是结合了工程综合基础和类似地下工程建设两者之间的一种工程问题，这种工程问题所涉及到的建筑学知识十分广泛。相对于高层建筑来说，其具有多层地下室以及类似的地铁隧道挖掘和地下停车场、变电站、地底仓库等。此外，城市生活空间的不断发展，也导致有关基坑工程需求逐年增长，伴随而来的则是更具挑战性的新问题，这使工程技术人员不得不以全新视角来对此进行详细研究[1]。

1 深基坑支护的设计与施工现状

在建筑工程中，一旦一个基坑开挖深度超过了5m，那么就可以称其为深基坑。不过，在某些特殊情况下，一些工程的地质条件和地下所涉及到的管线环境极其复杂，此时这种工程也可以算作深基坑工程。深基坑工程有两大类支护结构：构筑挡土墙结合内部支撑的被动支护形式，以及构筑挡土墙结合锚杆的主动支护形式。其中，锚杆支护是一种主动支护。这种主动支护体系是由纵向和横向的支撑共同组成的，由这两种支撑体系所构筑完成的内支撑体系，基坑面积大，开挖深度深，而且不会占用太多外部空间，自身结构强度高，不容易发生变形。此外，这种主动支护体系还利用了地壳本身所具有的固定力量，其自身结构能够有效保持稳定，并且防止岩石和土壤的坍塌。

在城市的不同区域进行类型不同的建设工程，这些建设工程的地基建筑类型和所使用的地基施工技术是随着施工场地的地质变化而变化的。在此过程中，如果地下水位比较高，那么想要开挖基层，就必须要在含水层被切断的地下高水位地区进行开挖。含水层在被切断之后，会出现压力差作用，这导致地下水很容易渗入基坑当中，如果不对其进行排水，就会导致基坑的沁水现象加重，从而影响现场正常的施工条件。而且有可能会导致其他管道出现漏水和基坑边缘出现不稳定现象，对此，必须要采取相关的有效排水和降水措施，保证现有的地基建设技术能够在这些复杂的地基加固和基坑支护的降水设计环境下，满足高效和安全的建筑地基的极高要求。目前，我国部分城市在进行道路工程建设的过程中，仍然存在对地基施工技术及其优化的重视程度不够现象[2]。地基施工现场见图1。

图1 地基施工现场

2 施工中易出现的问题

2.1 基坑支护结构设计

基坑的开挖本质上是一个让土壤得到松动和动态平衡的过程。随着基坑开挖深度的不断加强，基坑边缘的土壤强度会逐渐下降，而形变程度则会逐步加大，但在实际建筑工程当中，有一部分基坑设计在极限平衡理论之下，计算结果是满足了设计要求的。而且经过安全系数的评估，其安全系数较高，可是在正式施工过程当中，这些工程的安全情况却不容乐观。在施工的时候，基坑的环境变动没能满足规范要求，虽然未发生事故，但依然有可能埋下安全隐患，所以在设计过程中，不能排除基坑出现严重形变和老化的情况。

2.2 基坑土压力计算

对土壤压力的计算是有效保证基坑支护结构稳定性的关键，换句话说，基坑支护结构在设计方面的难点就是如何计算土壤的压力。目前一般运用库仑-朗金公式进行计算，却存在着很明显的问题。（1）这一有关土壤压力的理论公式通常是针对纵向平面挡土墙设计问题所构筑的工事。但实际上高层建筑的基坑支护工程容易涉及到更多的复杂空间结构，是不能够将其简单视为平面几何问题的。（2）这两个公式都是以极限平衡理论为基础，但是在实际的建筑工程中，土壤往往会出现位移情况，打破极限平衡理论。而在基坑支护结构的设计和实践过程中发现，土壤的压力是变化的，这种变化是很难有效捕捉的。所以通过使用库仑-朗金公式进行基坑土壤压力的计算，很难得到准确而令人满意的计算结果。

2.3 地下水控制设计

在基坑的设计方面容易受到地下水位的变化影响，基坑很容易出现渗水问题。基坑一旦陷入渗水问题的困扰，则使施工难度和施工成本大大增加。

3 地基加固和基坑支护及降水设计的建议

3.1 做好精细化管理

“质量安全大于天”，这是建筑业永恒不变的根基和真理。工程质量不过关，是间接杀人的行径。而在精细化管理面前，建筑质量应该做到意识、制度、监管、行为四方面的完全确立。

（1）在意识方面，要向每一位施工者、检查者和管理者都阐明质量的重要性。通过大量的国内外因建筑质量不过关而导致重大安全事故的案例来警醒他们质量第一的重要性。同时，对于建筑质量中的一些灰色地带如水泥质量问题、欺瞒和收买质检人员等细节性问题进行阐明，同样通过案例说明这些行为的危害极大，以警示相关人员。（2）在制度方面，管理者应通过发现实际施工和检查过程中出现的易被忽视问题来完善制度。制度的监管要严格执行，发现新的问题无法被制度所解释和约束时应该及时报告，绝不能利用漏洞来投机取巧。（3）对于监管人员的思想教育也要到位，应铭记：“制度是用来遵守的，而不是用来寻找漏洞后进行利用的。”（4）行为上应加强引导，尽可能地让相关人员达到一种“无意识”（最低也得是“下意识”）遵守规则的行为。而为巩固这一“无意识”或“下意识”地遵守规章制度的行为，必须加强前三方面的影响力。

3.2 设立配套管理机构

在精细化管理部门的设立过程中，需要将有关的项目经理作为主负责者，将其下属的质量监督者作为相关项目工程师来进行新的精细化部门的组建。明确部门职责范围，将工程技术试验、物资调配、施工计划设计、建筑质量检查以及施工技术发展等部分作为下属分支机构。项目经理对这些下属机构的工作质量和进度进行负责，而工程师应该配合新的质量监督者领导人——施工队长来对现场的施工工作进行负责，这样将原有的职务进行重新划分，并通过下属办公室进行职责细化，达到精细化管理的目的，保证总体质量的优异。

3.3 运用深地基基础施工技术

该技术由于通过其进行侧向支撑的桩墙与内部支撑所组合而成的桩撑体系来进行地基施工，因而其应用范围不断扩大，且在施工范围扩大的同时还对地基施工质量提供保障[3]。在地基施工技术方面的设计应遵循下列基本原则：

（1）负荷原则。该原则指的是道路工程中的地基建设必须要对其所能够承受各类力的最大范围给出相应准确数值，同时在建设地基时应对地基所承受的力量值进行检测，如果可能出现或者已经出现超过地基可承受力量数值范围的情况，应立刻将注意力放置在降低地基所受力量的方面上[4]。等到地基可承受力量恢复到正常值之后，再进行施工。由于地基在超出力量负荷之后往往会发生地基土剪切与地质稳定和平衡性上的破坏，因此必须对负荷原则进行首要坚持。

（2）遏制原则。该原则让由于建设地基而引发的部分地质结构损坏的问题能够得到遏制，为达到这一目的，施工人员必须对地面开采的次数和掘土量进行有效把握，通过对地面和地下形变程度进行人为控制，保证地基的承受能力不会下降，做好地基加固和基坑支护的降水设计工作。

（3）监测原则。该原则指的是通过对地基的基础不间断进行有关地基耐久度、地基强度等方面的数据监测，从而使建设在该地基上面的建筑或路段能够在结构上得到契合。

负荷、遏制和监测是目前地基加固和基坑支护的降水设计工程中应遵循的基本原则[5]。

4 基坑降水设计所需要考虑的两个关键因素

（1）需考虑场地周围既有建筑物的高度、分布和结构以及这些建筑物与基坑工程的距离[6]。当基坑周围的地下设施，包括电缆和管道设计用于降水时，也应考虑其排水通道和供电。对于基坑降水，设计方案起着很大的抑制作用，有效考虑这些因素可以更具体地保证周围建筑物和地下设施的安全。（2）考虑基坑的土体结构和地下水分布，包括土体的形成条件、颗粒含量和土体结构、不同基坑、不同区域不同土层、不同深度和渗透系数等。如果渗透系数的计算结果不准确，很可能导致基坑降水方案的设计误差。如果水压估算错误或对基坑周围的地质水文资料了解不充分，基坑降水方案设计将发挥不了实际作用。

5 结束语

无论是地基加固的基坑支护，还是和基坑相关的降水设计，都必须要能够有效地考虑到周边的建筑环境、建筑结构、地质结构以及地下重要管网的分布。在综合分析了这些周边环境因素之后，才能够更好地进行地基加固的基坑支护以及降水设计的关键方案[7]。