岩土施工中的深基坑支护设计要点分析及优化策略

摘要：深基坑支护设计是岩土工程中的核心技术环节，直接关系到建筑工程的安全性、经济性和可持续性。随着城市化进程加快，高层建筑与地下空间开发对深基坑支护技术提出了更高要求。本文从深基坑支护的设计要点出发，系统分析了强度设计、挖土设计、结构设计与排水设计的核心问题，并结合工程实例与理论模型，提出了提升设计质量的方法。研究结果表明，科学合理的支护设计需综合地质条件、施工环境及技术标准，并通过动态管理实现风险控制。本文为深基坑支护设计的优化提供了理论与实践参考。

关键词：岩土施工；深基坑支护；强度设计；排水系统；动态管理

引言

随着城市基础设施建设的快速发展，深基坑工程已成为高层建筑、地铁隧道及地下综合体等项目的关键环节。深基坑支护设计不仅需要保障施工安全，还需兼顾经济性与环境影响。然而，由于地质条件复杂、施工环境多变，支护设计常面临强度不足、变形超限、排水失效等挑战。据统计，我国近五年因深基坑支护设计缺陷引发的工程事故占比达12%以上，造成的直接经济损失超过10亿元。因此，优化支护设计流程、强化技术标准成为行业迫切需求。

本文结合国内外研究成果与工程实践，系统探讨深基坑支护设计的关键技术要点，并提出改进建议，旨在为设计人员提供科学指导，推动岩土工程领域的可持续发展。

1. 深基坑支护在岩土施工中的意义

1.1 施工安全性的核心保障

深基坑支护的首要任务是确保施工安全。支护结构需承受土压力、地下水压力及周边荷载的综合作用。以深圳某超高层项目为例，其基坑深度达28米，通过采用“地下连续墙+内支撑”组合支护方案，成功将周边地表沉降控制在15毫米以内，避免了邻近地铁隧道的变形风险。此案例表明，科学设计的支护体系能显著降低坍塌、滑坡等事故概率。

1.2 经济效益与工程质量的平衡

合理的支护设计可缩短工期、降低造价。例如，上海某商业综合体采用“土钉墙+预应力锚索”支护方案，相比传统桩锚支护，节省成本约30%，且工期缩短20%。此外，高质量的支护设计可延长建筑使用寿命，减少后期维护费用，助力企业提升市场竞争力。

1.3 环境与社会效益的协同

深基坑工程常位于城市核心区，施工需兼顾周边建筑与地下管线安全。北京某地铁站基坑通过设置止水帷幕与实时监测系统，有效控制了地下水渗漏，避免了周边居民楼的基础沉降，体现了支护设计的社会责任属性。

2. 深基坑支护设计的关键技术要点

2.1 强度设计：地质与水文条件的动态分析

强度设计需基于精准的地质勘察数据。传统设计中，静态土压力计算常忽略地下水的动态影响，导致支护结构失效。建议采用有限元软件（如PLAXIS）模拟渗流-应力耦合作用，并结合现场实测数据修正模型。例如，广州某基坑因未考虑雨季地下水位骤升，导致支护桩倾斜，后通过增设管井降水系统与加固桩体成功补救。

设计要点：

更新老旧地质数据，采用三维地质建模技术；

引入安全系数（≥1.5）应对不确定性；

对软弱土层进行注浆加固或换填处理。

2.2 挖土设计：分层开挖与时空效应控制

挖土顺序直接影响基坑稳定性。研究显示，不合理的分层开挖可能引发“土拱效应”破坏。例如，杭州某基坑采用“中心岛法”分四层开挖，每层开挖后立即安装钢支撑，最终将变形量控制在设计范围内。

设计要点：

遵循“分层、分段、对称”开挖原则；

利用BIM技术模拟挖土过程，优化机械配置；

限制单次开挖深度（≤3米），避免超挖。

2.3 结构设计：支护形式的选择与材料优化

支护结构需根据工程需求灵活选择。例如，黏性土地区可采用土钉墙，而砂层或高水位区宜选用地下连续墙。材料方面，高强钢绞线锚索较传统钢筋锚杆承载力提升40%以上。此外，应严格控制施工工艺，如注浆充盈度需≥95%，钻孔偏差≤1%。

设计要点：

结合工程类比法与数值模拟确定支护形式；

优先选用耐腐蚀、高强度的复合材料；

实施第三方材料检测，杜绝偷工减料。

2.4 排水设计：截水与降水的系统化方案

地下水控制是支护设计的难点。成都某深基坑通过“管井降水+悬挂式止水帷幕”组合方案，将地下水位降至基底以下2米，避免了流砂现象。对于渗透系数较低的黏性土，可采用电渗井点法强化排水效果。

设计要点：

设置截水沟与集水井，防止地表水倒灌；

采用自动化监测系统预警水位异常；

对邻近敏感建筑采用回灌井平衡地下水位。

3. 深基坑支护设计的优化策略

3.1 多学科协同与数据驱动设计

整合地质学、结构力学与信息技术，构建“勘察-设计-施工-监测”一体化平台。例如，武汉某项目利用物联网技术实时采集支护结构应变数据，并通过云计算动态调整设计方案，使支护成本降低18%。

3.2 动态风险管理与应急预案

建立风险分级管控机制，针对不同风险等级制定应急预案。例如，天津某基坑在监测到支护桩位移超限后，立即启动“注浆加固+临时支撑”预案，成功避免事故扩大。

3.3 绿色支护技术的创新应用

推广可回收支护结构（如可拆卸钢支撑）与生态友好材料（如植物纤维土钉），减少资源浪费与环境污染。新加坡某项目采用生物聚合物注浆技术，既增强了土体强度，又降低了碳排放。

4. 工程案例分析

4.1 案例背景

陕西咸阳某住宅项目，基坑最大深度16米，周边存在已建的地铁车站、地铁出口通道及住宅楼，地质条件为杂填土、黄土、粉质粘土及中砂，粉质黏土。项目临近地铁车站，对于基坑变形要求高，且靠近地铁一侧基坑支护不允许锚索等构件侵入地铁红线内。项目场地临近渭河，距离渭河河堤最近距离约140.00m，场地地下水位较高，需要进行降水，设计降深达8.50m。

4.2 设计方案与实施

根据场地周边环境及地质条件，设计采用多种支护形式相配合的支护形式。主要包含锚拉排桩、双排装、钢板桩+内支撑、锚拉排桩+土钉墙等支护形式。

同时，根据降水要求，采用管井法降水，沿基坑四周肥槽布置降水井间距为12.0m，共92口，基坑内布置31口，降水井深度26.0m，与地铁连通处布置2口降水井，降水井深度20.0m，基坑周边布置回灌井14口。

根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497-2009）要求，在基坑坡顶设置沉降及水平位移监测点、深层水平位移监测点，在周边基坑影响范围内建筑物设置建筑变形监测点。

4.3 实施效果

施工期间，周边建筑沉降量≤10毫米，基坑最大水平位移≤25毫米，降水效果良好。较传统方案工期缩短15%，综合成本降低12%。

5. 结论与展望

5.1 结论

深基坑支护设计需以地质条件为基础，融合多学科技术，并强化动态管理。通过优化强度、挖土、结构与排水设计，可显著提升工程安全性与经济性。

5.2 展望

未来，笔者认为研究支护设计可能要聚焦在人工智能在支护设计中的深度应用、超深基坑（>50米）支护技术的突破、碳中和目标下的绿色支护材料的研发和应用等方面。通过运用人工智能、创新技术、绿色技术等手段，可实现支护深度的不断超越，为地下空间发展带来新的发展机遇。

参考文献：