摘 要：深基坑工程不僅涉及地下空間的開發(fā)利用，還關(guān)系到周邊建筑物和環(huán)境的安全。而且深基坑工程還面臨著復(fù)雜地質(zhì)條件和高風(fēng)險特性，要求施工技術(shù)具有更高的安全性、效率和環(huán)保性。傳統(tǒng)的支護結(jié)構(gòu)雖然在一定程度上滿足了這些需求，但其在施工效率、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和環(huán)境影響方面仍存在一些不足之處。裝配式支護結(jié)構(gòu)是一種新興的支護技術(shù)，因其高效、環(huán)保、安全等優(yōu)點，逐漸在深基坑工程中得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：裝配式支護結(jié)構(gòu)；深基坑工程；支護結(jié)構(gòu)選型

中圖分類號：TU753" " " " " " " " " " " " " " " 文獻標(biāo)識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2025）01-0011-03

0 引言

采用現(xiàn)場預(yù)制、現(xiàn)場拼裝的組合支撐結(jié)構(gòu)，既能有效提升施工效率，又能有效降低施工對周邊環(huán)境的影響。本文通過探討裝配式支護結(jié)構(gòu)在深基坑工程中的具體應(yīng)用，總結(jié)其設(shè)計原則、施工技術(shù)及實際應(yīng)用效果，希望能夠為深基坑工程的設(shè)計與施工提供新的思路和方法，促進裝配式支護結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。

1 深基坑工程中的主要技術(shù)難點與風(fēng)險

深基坑開挖處的地質(zhì)條件十分復(fù)雜，地層結(jié)構(gòu)差異及地下水埋深對其穩(wěn)定有重要影響，若勘探資料不足或不精確，將造成設(shè)計參數(shù)不合理，進而威脅建筑的安全性。為此在深開挖過程中，要考慮各種影響，如土壓力、地下水壓力和地震作用等。

為了保證工程的安全與穩(wěn)定，必須對支撐體系的承載能力進行準(zhǔn)確的分析與計算。在工程建設(shè)中，必須對基坑的變形進行嚴(yán)密的監(jiān)控，以防止發(fā)生坍塌和墻體傾斜等情況，其中包括開挖、支護和降水等工序。由于地下水位較高，因此需要對其進行合理的降水與排水。如果水位控制不好，將引起深基坑的穩(wěn)定性和周圍地基的沉陷。

深基坑開挖過程中，由于開挖引起的側(cè)墻坍塌、地面沉降、支護結(jié)構(gòu)失效等問題，往往造成重大的安全事故和經(jīng)濟損失。深基坑工程易引發(fā)周圍地基土位移與下沉，進而引發(fā)臨近建筑及地下管道的變形乃至失效。尤其是在高密度城區(qū)，其對周圍環(huán)境的影響更為突出。在深開挖工程中，由于地下水流的滲透與突涌，會引發(fā)深基坑涌水、涌砂等災(zāi)害，如果不合理的降水及排水方式，將造成地表下沉及支護結(jié)構(gòu)破壞。

在深基坑工程中，由于受到機械作業(yè)、高處作業(yè)和坍塌等因素的影響，如果沒有采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施，很容易造成人員傷亡。惡劣的氣象條件如暴雨、臺風(fēng)等，都會對深基坑的建設(shè)產(chǎn)生一定的影響，使施工變得更加困難和危險。而地震這樣的自然災(zāi)害，會給基坑的安全帶來很大的危險，為此需要對其進行特殊的抗震設(shè)計。

2 裝配式支護結(jié)構(gòu)

裝配式支護結(jié)構(gòu)是指將支護結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件在廠房內(nèi)進行預(yù)制、運輸、拼裝、安裝的一種支護方式。與以往在工地上采用預(yù)制或組裝的方法不同，其更注重工業(yè)化、規(guī)范化，從而大大提升了工程建設(shè)的效率與質(zhì)量管理[1-2]。

2.1 裝配式支護結(jié)構(gòu)的種類

2.1.1 預(yù)制板式支護結(jié)構(gòu)

裝配式鋼筋混凝土板支護結(jié)構(gòu)通常是用高強度的鋼筋混凝土制成，它可以抵抗很大的外部力量，可以做為抵抗土、水壓力的主體承載件。它耐腐蝕性強，耐環(huán)境侵蝕，有利于延長使用壽命。它是一種非常適合于淺埋式深基坑的圍護結(jié)構(gòu)，能隨著基礎(chǔ)的大小而任意調(diào)節(jié)、連接，廣泛應(yīng)用于小型建筑物基礎(chǔ)、地下管線等的淺埋施工中。

2.1.2 預(yù)制樁板式支護結(jié)構(gòu)

采用預(yù)制裝配式鋼板組成的基坑圍護體系，可以將上層荷載高效地傳導(dǎo)到深層地層，并為其提供可靠的支承。該技術(shù)適合于深層開挖，具有承載大豎向與橫向荷載的特點，適合于深基坑的支護要求，其預(yù)制與裝配式可隨基坑開挖深度及形態(tài)進行柔性拼接。采用裝配式鋼板與混凝土結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，可有效提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與減振性能，適合于大型地下停車場、地下商業(yè)街、大型地下設(shè)施等[3]。

2.1.3 預(yù)制箱式支護結(jié)構(gòu)

由預(yù)制鋼筋混凝土箱體組成的支護結(jié)構(gòu)，適用于基坑開挖中需要大面積支護的情況。預(yù)制箱體是一種一體化的結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性能好，其特點是能適應(yīng)大范圍的深開挖，適合大范圍的深開挖，特別適合于地下商場、地鐵車站等較大范圍的深基坑。

2.1.4 組合式支護結(jié)構(gòu)

采用多種預(yù)制構(gòu)件組合而成，能夠按照實際的要求。在不同的基坑條件下，選用不同的預(yù)制板，使其能夠滿足不同深度和形狀的基坑支護要求。通過多種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)合，可以同時滿足承載、抗震和防水等多種使用需求，非常適合在較為復(fù)雜的工程環(huán)境下進行深開挖。

2.2 裝配式支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求

為保證基坑支護結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性，應(yīng)選用高強、耐久性能好的高性能混凝土及高強鋼筋。選用與當(dāng)?shù)貧夂颉⒌刭|(zhì)條件相適應(yīng)的材料，避免由于環(huán)境因素引起的材料性能劣化。選用綠色環(huán)保的材料，以降低其對環(huán)境的不利影響，兼顧材料的可回收與再使用。

在施工技術(shù)設(shè)計方面，應(yīng)制訂具體的施工程序與方法，以保證裝配的效率與安全，如預(yù)制件的搬運、安裝順序、臨時支架的搭設(shè)等。通過對施工工序的優(yōu)化，縮短了工地的工期，提高了工程的效率。在工程建設(shè)過程中，要充分考慮到工程中存在的安全隱患，并制訂了相應(yīng)的安全防范措施及事故處理方案[4]。

在防水設(shè)計方面，針對地下水水位、水壓等條件，提出一套高效的防水體系，包括防水涂料、隔水膜、排水系統(tǒng)等，并選擇性能優(yōu)良的防水材料，保證防水體系的長效運行。在防水工程的各個環(huán)節(jié)都要進行嚴(yán)格的管理，以保證防水體系的質(zhì)量與效果。在此基礎(chǔ)上，對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸、安裝等各個階段進行嚴(yán)格的質(zhì)量管理，并對其進行定期的測試，對材料強度、構(gòu)件尺寸、安裝精度等進行檢驗。從設(shè)計、生產(chǎn)到施工全過程實施質(zhì)量控制，保證整個基坑工程的質(zhì)量與安全。

3 裝配式支護結(jié)構(gòu)在深基坑工程中的設(shè)計與應(yīng)用

3.1 支護結(jié)構(gòu)選型與參數(shù)確定

對基坑工程的地質(zhì)情況進行評價，對基坑工程場地的土壤成分進行分析，包括砂土、黏土、巖石等，并測定其力學(xué)特性。通過對土體的承載力、變形特征等進行分析，從而選擇合理的支護形式。

研究地下水埋深及變化規(guī)律，評價其對基坑工程及支護結(jié)構(gòu)的影響。在對工程地質(zhì)情況進行評價的基礎(chǔ)上，選用預(yù)制板式、預(yù)制樁板、預(yù)制箱式或組合式等多種支撐形式。根據(jù)不同的基坑深度，選用不同的支護形式，如預(yù)制板柱式、復(fù)合式、淺埋式等。根據(jù)深基坑的矩形、圓形、不規(guī)則形等不同平面形狀，選用適當(dāng)?shù)闹ёo形式，使之有效地抵抗土、水壓力。評估基坑周圍建筑的地基型式及間距，選取對周圍建筑影響最小的圍護結(jié)構(gòu)型式，并綜合考慮地下管道布置及埋深，選用對管道安全無不利影響的支護方案。對周圍其他設(shè)施如道路、地下設(shè)施等進行評價，并選擇最佳的支護類型[6-8]。

在滿足工程要求的前提下，根據(jù)基坑的深度、土壓力等因素，確定預(yù)制樁的管徑、長度，保證其具有充分的支護作用。在基坑開挖時，應(yīng)根據(jù)基坑的實際情況，對其進行合理的設(shè)計，以保證基坑的穩(wěn)定與承載力。選用高強鋼筋，保證其抗拉、耐久性能，保證支護結(jié)構(gòu)具有良好的承載力和耐用性。在惡劣的環(huán)境條件下，選用抗腐蝕性好的材料，以有效提高支護結(jié)構(gòu)的使用壽命。根據(jù)規(guī)范中的要求，確定相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)、各種荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，如土壓力、水壓力、施工荷載等。在地震作用下，確定適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，以保證不同條件下支護結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

3.2 支護結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析與計算

3.2.1 支護結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析

3.2.1.1 土壓力分析

通過對基坑開挖前的靜態(tài)土壓力進行分析，得到無擾動條件下的土體受力狀況。在基坑工程施工中，通過對膨脹土外擴過程中所產(chǎn)生的主動土壓力進行計算，以此來確定基坑支護的主要參數(shù)。計算基坑周圍土體在支護結(jié)構(gòu)作用下的被動土壓力，用于評估支護結(jié)構(gòu)的抵抗能力。研究基坑開挖過程中各層土壓力的分布規(guī)律，并根據(jù)土體的分布及物性的差異，確定基坑圍護結(jié)構(gòu)在不同深度上的承載能力。

3.2.1.2 水壓力研究

研究地下水埋深及變化規(guī)律，評價地下水對基坑及支護結(jié)構(gòu)的影響，計算地下水在靜止?fàn)顟B(tài)下對支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的靜水壓力?？紤]地下水流動對基坑和支護結(jié)構(gòu)的影響，評估動水壓力，確保支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和防水性。

3.2.1.3 荷載組合

通過對基坑圍護結(jié)構(gòu)自重的計算，對基坑開挖過程中的土體壓力進行分析，得出基坑開挖過程中土體壓力的分布及大小，測定水壓荷載的分布及大小。對施工中可能出現(xiàn)的設(shè)備荷載、施工作業(yè)荷載等進行估算，并按照抗震規(guī)范，進行地震荷載的計算，對支護結(jié)構(gòu)的抗震性能進行評價。

3.2.2 支護結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算

3.2.2.1 穩(wěn)定性計算

評估支護結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，確保其在各種荷載組合下不會發(fā)生傾覆、滑移或失穩(wěn)。檢查支護結(jié)構(gòu)各個部分的局部穩(wěn)定性，確保不會發(fā)生局部失穩(wěn)或破壞。

3.2.2.2 變形控制

計算支護結(jié)構(gòu)在土壓力和水壓力作用下的側(cè)向變形，確保其變形在可控范圍內(nèi)，不影響施工安全和周邊環(huán)境。評估支護結(jié)構(gòu)的沉降情況，確保其沉降量在允許范圍內(nèi)，防止對基坑底部和周邊建筑物造成不利影響。

3.2.2.3 強度校核

對支護結(jié)構(gòu)的各個部分如預(yù)制板、預(yù)制樁、連接件等進行強度校核，確保其能夠承受設(shè)計荷載，不發(fā)生破壞，檢查連接件的強度和連接可靠性，確保支護結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。評估支護結(jié)構(gòu)材料在長期荷載和環(huán)境作用下的耐久性，確保支護結(jié)構(gòu)的使用壽命[9-10]。

3.3 施工方案的制定與優(yōu)化

根據(jù)設(shè)計要求，對預(yù)制件的制作工藝進行了詳細制定，包括模具制造、鋼筋綁扎、澆筑混凝土、養(yǎng)護等。在預(yù)制階段，通過對預(yù)制件的尺寸、強度和表面質(zhì)量進行檢查，保證預(yù)制件滿足設(shè)計要求。對預(yù)制件的存放空間進行合理規(guī)劃，以避免其發(fā)生變形、破壞，保證其在裝運前處于最佳狀態(tài)。在現(xiàn)場預(yù)制過程中，按照設(shè)計圖制作預(yù)制構(gòu)件，保證模具的尺寸準(zhǔn)確，并按照設(shè)計要求將鋼筋固定在模具內(nèi)，保證鋼筋的位置及數(shù)量滿足設(shè)計要求。為確保各部件的強度與質(zhì)量，在養(yǎng)護期間對預(yù)制件進行合理的養(yǎng)護，在確定混凝土強度滿足要求之前，不得進行脫模[11]。

制訂安全、有效的運輸計劃，選用適當(dāng)?shù)倪\輸方式和運輸路線，以保證部件在運輸中不會受到損傷，對易損部位采取包裹、加固等必要的保護措施，避免在運輸中造成損傷。在工地上建立專門的存放場地，并根據(jù)零件的擺放次序進行存放，方便現(xiàn)場施工。制訂出構(gòu)件的吊裝、定位、連接等具體的現(xiàn)場安裝程序，保證施工的順利進行，選用并配備合適的吊裝設(shè)備及工具，如起重機、吊索具、定位工具等，以保證吊裝過程的安全性和準(zhǔn)確性。根據(jù)設(shè)計要求，對各組成部分進行連接與固定，以保證整個支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全。選用高效適用的自動化吊裝設(shè)備、精密定位工具等施工設(shè)備，提升施工的效率與安全，并對施工設(shè)備進行定期的檢測與維修，保證設(shè)備的正常運行，避免由于設(shè)備故障而造成的工程延遲。

針對工地的具體條件，對施工過程進行持續(xù)的優(yōu)化，簡化工作程序，減少不必要的作業(yè)，提高工作效率。采用模塊化安裝、快速連接等先進的施工技術(shù)與技術(shù)，以進一步提升工程的質(zhì)量與效率。在安裝預(yù)制板之前，應(yīng)先對基坑底及支護部位做好準(zhǔn)備，保證地基的平整、穩(wěn)定，并根據(jù)設(shè)計的要求，將預(yù)制好的預(yù)制板連接起來，為保證連接的牢固性，可采用焊接或螺栓連接的方式，在部件連接和固定之前，應(yīng)設(shè)置臨時支架，保證施工期間的安全與穩(wěn)定性。在工程建設(shè)中，設(shè)置質(zhì)量控制點，對各個環(huán)節(jié)都進行嚴(yán)格的檢驗與驗收，保證工程的質(zhì)量，對測量結(jié)果、材料利用率等進行詳細的記錄，為以后的質(zhì)量評價和改善工作奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

通過對裝配式支護結(jié)構(gòu)技術(shù)在深基坑施工中的應(yīng)用進行系統(tǒng)性的研究，可以提高施工效率，保證質(zhì)量，降低對環(huán)境的影響，提高安全水平。裝配式支護結(jié)構(gòu)是一種高效、安全、環(huán)境友好的基坑支護技術(shù)，應(yīng)不斷地進行技術(shù)革新與實際應(yīng)用。

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收稿日期：2024-06-06

作者簡介：趙洪林（1987—），男，山東濰坊人，本科，工程師，研究方向：建筑工程施工。