土木工程深基坑支护技术的发展与应用现状分析

一、引言

在当今城市建设蓬勃发展的背景下，土地资源愈发稀缺，为满足功能需求，高层建筑如雨后春笋般拔地而起，地下空间开发也如火如荼，如地铁网络拓展、地下商场与停车场建设等。深基坑工程作为这些项目的基础性、前置性工程，其支护质量直接关系到整个工程的成败。一旦支护不当，基坑坍塌、周边建筑物沉降开裂、地下管线破坏等灾害将接踵而至，不仅危及施工人员生命安全，还会造成巨大的经济损失与社会负面影响。因此，深入研究深基坑支护技术的发展脉络与应用现状，对保障土木工程顺利实施、促进城市可持续发展具有重大意义。

二、深基坑支护技术发展历程

（一）早期探索阶段

回溯至 20 世纪中叶，彼时城市建设刚刚迈出蹒跚步伐，大规模的高层建筑与复杂地下空间开发尚未成气候，深基坑工程的规模普遍偏小。受限于当时的技术水平与工程经验，支护手段呈现出简单粗放的特征。放坡开挖结合简易挡土板的方式成为主流选择，这种方法巧妙地借助了土体天然具备的一定稳定性。在土质条件较为理想，诸如颗粒均匀、粘结力适中的土壤环境下，只要依据土体的休止角，在合理的坡度范围内谨慎开挖，便能保障基坑施工的初步安全。挡土板虽构造简易，通常只是几块木板或薄钢板拼接而成，但其在关键时刻能够发挥辅助阻挡土体滑落的关键作用，避免小规模的土体坍塌对施工进程造成干扰。

然而，这种原始的支护方式局限性也十分显著。一方面，其对场地空间的要求近乎苛刻，需要在基坑周边预留出足够宽阔的放坡区域，这在城市中心地带等土地资源寸土寸金的区域几乎是难以实现的奢望。另一方面，一旦遭遇复杂地质状况，如地下存在软土层、流沙层，或是周边环境敏感，临近古建筑、精密仪器厂房等对地基沉降极为敏感的设施时，放坡开挖极易引发土体的大幅位移、沉降，进而对周边环境造成不可逆的破坏，使得该技术在这类场景下毫无用武之地。

（二）技术起步阶段

时光流转至 年代，城市化进程明显提速，建筑领域蓬勃发展，建筑高度不断攀升，地下层数也日益增多，基坑深度随之逐渐加大，传统的放坡开挖结合挡土板方式已难以应对日益增长的工程需求。桩基础适时地登上历史舞台，并迅速在支护领域崭露头角，其中悬臂式灌注桩支护更是成为主流之选。

灌注桩凭借其深入地下的桩身结构，将土体侧向压力巧妙地转化为桩身的抗弯受力。施工时，通过专业的钻孔设备在基坑周边精准打孔，随后灌注混凝土，待其凝固成型，便筑起了一道坚固的地下防线。这一技术的出现，无疑为较深基坑的支护难题提供了切实可行的解决方案，使得建筑工程得以向更深层次的地下空间拓展。

但悬臂式灌注桩支护并非完美无缺。由于其悬臂结构的特性，桩身顶端在承受土体侧向压力时宛如悬臂梁一般受力，这使得桩身需要具备极高的强度以抵御巨大的弯矩，同时入土深度也必须足够，方能确保桩身底部的稳定性。如此一来，不仅钢材、混凝土等建筑材料的消耗量大幅增加，导致工程成本居高不下，而且在软土地层等不良地质条件下，土体的承载能力有限，灌注桩难以获得足够的锚固力，桩身极易发生过大变形，甚至断裂，严重威胁基坑安全，适应性大打折扣。

（三）快速发展阶段

90 年代至 21 世纪初，各类新支护技术蓬勃涌现。土钉墙支护技术应运而生，它利用土钉与土体的相互作用，将土体加固成复合土体，共同抵抗土体变形。土钉墙施工便捷、成本较低，适用于地下水位以上或经降水后的粘性土、粉土等土质基坑，在大量民用建筑基坑工程中得到应用。同期，地下连续墙支护技术发展迅速，作为一种连续的钢筋混凝土墙体，它具有止水性能好、刚度大、对周边环境影响小等优点，广泛应用于深基坑、地铁车站等对变形控制要求严格的工程，但造价相对较高，施工工艺复杂。

（四）多元化成熟阶段

近些年来，科技领域的蓬勃发展为深基坑支护技术的革新注入了强大动力。一方面，岩土力学理论的不断深化，让工程人员能更精准地剖析土体受力特性，为支护设计提供坚实理论根基。材料科学的进步催生了高强度、耐久性佳的建筑材料，如新型钢材、高性能混凝土，使支护结构更为稳固可靠。施工机械的升级换代，大型旋挖钻机、智能成槽机等的出现，极大提升了施工效率与精度。

在这一背景下，支护技术呈现多元化、精细化态势。多种支护形式组合应用渐成常态，以桩锚支护结合内支撑为例，桩锚体系凭借护坡桩与预应力锚杆的协同作用，有效约束土体位移，内支撑在基坑内部构建起稳固架构，二者相辅相成，轻松应对复杂基坑受力状况。

与此同时，智能监测技术大放异彩。各类高精度传感器，如应变片、水准仪、测斜仪等密布基坑周边及关键部位，实时采集变形、应力等数据，借助无线传输实时回传至监控中心。专业软件据此分析，为动态调整支护参数、优化施工流程提供依据，促使支护技术体系日臻成熟完善。

三、主流深基坑支护技术原理与特点

（一）桩锚支护

1.原理

桩锚支护由护坡桩与预应力锚杆组成。护坡桩一般为灌注桩或预制桩，深入基坑底部以下一定深度，承受土体侧向压力；锚杆一端锚固于稳定土层，另一端与护坡桩连接，通过施加预应力，将土体拉力传递至深部稳定土体，与护坡桩协同工作，限制桩身位移，保持基坑稳定。

2.特点

桩锚支护适用于多种土质，尤其是在软土地层、砂土等较差地质条件下优势明显。它能有效控制基坑变形，对周边建筑物、地下管线保护能力强；施工过程相对灵活，可根据监测数据及时调整锚杆预应力，实现动态优化支护。但锚杆施工需专业设备，对施工工艺要求高，且预应力施加不当可能影响支护效果。

（二）土钉墙支护

1.原理

土钉墙是在土体内设置一定长度与间距的土钉，土钉通常为钢筋或钢管。通过喷射混凝土面层将土体表面封闭，土钉与土体紧密接触，在土体发生变形时，土钉受拉，依靠土钉与土体间的摩擦力及粘结力，将土体侧向压力传递至稳定土体，形成类似加筋土的复合结构，增强土体自身稳定性。

2.特点

土钉墙支护成本低，材料用量少，施工简便快捷，无需大型机械设备，对施工场地要求不高，在一般民用建筑基坑、小型市政工程基坑中应用广泛。它具有一定的自稳能力，能随基坑开挖分步施工，与土方开挖协同性好。但其支护深度有限，一般适用于地下水位以上、开挖深度不超过 12 米的基坑，且在软土、砂土等特殊土质中稳定性较差。

（三）地下连续墙支护

1.原理

地下连续墙采用专用成槽设备，沿着基坑周边逐段挖掘狭长的槽段，在槽内放入钢筋笼并浇筑混凝土，形成连续的钢筋混凝土墙体。墙体既作为挡土结构，承受土体侧向压力，又因其良好的止水性能，可有效阻隔地下水，防止基坑涌水涌砂。

2.特点

地下连续墙刚度大，整体性好，对周边环境扰动小，能适应复杂多变的地质条件，如深厚软土层、砂卵石地层等，是地铁车站、超高层建筑深基坑等大型工程的首选支护方式。但其施工成本高昂，成槽过程易出现塌孔、槽壁不稳等问题，需要丰富的施工经验与精细的技术控制，且后期墙体接头处理若不当，易出现渗漏隐患。

（四）内支撑支护

1.原理

内支撑支护是在基坑内部设置水平或斜向支撑结构，支撑与围护桩、墙连接，将土体侧向压力传递至支撑体系，再分散至基坑底部土体或通过传力构件传递至周边稳定土体。支撑形式多样，有钢筋混凝土支撑、钢支撑等，根据基坑形状、尺寸与受力需求灵活布置。

2.特点

内支撑支护能提供强大的侧向约束，有效控制基坑变形，尤其适用于狭长形、大面积基坑或对变形要求极高的工程。钢筋混凝土支撑刚度大、稳定性好，但拆除困难，施工周期长；钢支撑安装与拆除便捷，可周转使用，经济性较好，但刚度相对较小，需合理设计间距与预加轴力。内支撑体系在基坑内占据一定空间，对土方开挖与后续施工工序有一定干扰。

结论与展望

（一）研究结论

土木工程深基坑支护技术历经多年发展，从早期简单粗放逐步走向多元化、智能化、绿色环保化。主流支护技术如桩锚支护、土钉墙支护、地下连续墙支护、内支撑支护各有优劣，在不同地质条件、工程场景下发挥关键作用。通过实际案例分析可知，合理选择与应用支护技术，并结合科学施工管理，能够有效保障基坑工程安全、顺利实施。然而，当前仍面临复杂地质应对、环境影响控制、施工质量与安全管理等诸多问题亟待解决。

参考文献：

[1] 王强，张辉。深基坑土钉墙支护技术在复杂土质条件下的应用研究 [J]. 岩土工程学报，2022 （07）： 1205 - 1212.

[2] 刘悦，赵刚。桩锚支护结构在深基坑工程中的受力特性及优化设计 [J]. 岩石力学与工程学报，2021 （05）： 1035 - 1043.