深基坑预警处理与支撑结构加固方法研究

深基坑预警处理与支撑结构加固方法研究

程雄

上海宝冶集团有限公司广州分公司  广东广州  510000

【摘 要】

深基坑工程的安全性和效益对城市建设具有重要意义。本文探讨了深基坑预警处理与加固技术，尤其是门形支撑立柱和外包钢筋混凝土的应用。通过详细分析基坑的监测数据与环境因素，本研究提出了一套综合的风险管理策略，包括早期预警信号的识别、初步处理措施以及加固处理技术。实践结果表明，这些技术能有效提升基坑工程的稳定性，减少施工期间的风险。特别是门形支撑立柱和外包钢筋混凝土结构的实施，显著增强了基坑的结构强度和抗变形能力。此外，施工流程的优化进一步确保了施工安全和工程质量。本文的研究成果为类似工程提供了实用的参考和技术支持。

【关键词】

预警处理；门形支撑立柱；外包钢筋混凝土；施工流程优化

一、引言

在城市化进程加速的当下，深基坑工程因其在大型城市地下空间开发中的重要性而变得越来越普遍。然而，深基坑开挖过程中的安全问题一直是工程技术研究的重点，特别是如何有效预警并处理基坑可能出现的各种风险，如土体侧压力、基坑变形和裂缝等问题，是保障城市建设安全的关键。现有的基坑处理方法虽多，但常因工程条件限制而难以满足高效与成本效益的双重要求。本文旨在探讨一种新的深基坑预警处理与支撑结构加固方法，通过实地案例分析，对比传统处理方法的局限，提出结合门形支撑和外包钢筋混凝土加固的双重策略，以期提高基坑工程的安全性和工程效率。通过这种方式，不仅可以大幅度提升基坑的稳定性，还能有效降低工程成本，同时为类似工程提供参考和借鉴。

二、文献综述

（一）深基坑工程风险及其影响因素

深基坑工程涉及众多风险因素，其中土体力学行为及其对周边环境的影响尤为关键。土体力学特性，如土壤的稳定性、剪切强度和压缩性，直接影响基坑的设计和施工安全。例如，一项针对上海地区深基坑的研究表明，当土壤湿度增加10%时，其剪切强度可能下降15-20%，增加了滑移和塌陷的风险。此外，基坑开挖过程中对周边建筑物和地下设施造成的影响也不容忽视。在北京一项基坑工程中，开挖深度达20米的基坑对邻近建筑产生的最大地面沉降量为35mm，而地面沉降超过25mm就可能对建筑结构安全构成威胁。动荷载，如交通振动和附近施工活动，也对基坑稳定性构成了显著的影响。研究显示，交通引起的振动频率在20-30Hz范围内时，对某些敏感的土质可能导致土壤结构松散，增加基坑侧壁的滑移概率。因此，在基坑设计和施工过程中，考虑这些因素的综合作用，采取相应的预防和加固措施，是确保工程安全的关键。

（二）基坑预警与处理方法

全球范围内，基坑稳定性监测和预警处理技术正在迅速发展。先进的监测系统，如光纤传感器、无线传感网和自动化倾斜测量设备，已被广泛应用于实时监控基坑的位移和变形。例如，日本东京的一项基坑工程使用了集成的传感器网络，实时监测了基坑周围地面的倾斜和位移，这些数据帮助工程师实时调整支撑系统，避免了潜在的基坑坍塌。此外，中国的一些大城市如广州和深圳也开始利用地面雷达和无人机技术来监测基坑周边的微小变化，有效预防了多起基坑事故。在加固技术方面，比较分析表明，传统的如地锚和支撑桩等方法虽然稳定可靠，但成本较高，施工时间长。而新兴的加固技术，如喷射混凝土和化学注浆法，在提高土体强度和防水性方面表现出较好的效果，且施工快速，对周边环境的干扰较小。特别是在紧急情况下，如基坑突发水患或裂缝快速扩展时，这些方法能迅速稳固土壤并阻止进一步的破坏。

结合这些技术进展，深基坑工程的预警处理方法已由被动响应转向主动预防。通过实时监测和数据分析，能够预测基坑可能出现的风险，及时采取措施，从而大大提高了工程的安全性和经济效益。例如，采用门形支撑立柱和环形内支撑梁的加固方法，已在多个国内外项目中得到成功应用，有效解决了由于土壤不均匀沉降或侧压力增大引起的基坑变形问题。

三、预警处理与初步措施

（一）预警信号的识别与分类

在深基坑工程中，及时识别和分类预警信号对于防范和控制风险至关重要。这些预警信号主要包括基坑的变形和裂缝，其早期识别主要依赖于精密的监测设备和综合分析。例如，在基坑工程中常见的格构柱位移和环形内支撑梁的裂缝都是关键的预警信号。对此，可以通过安装地面和地下的倾斜传感器、裂缝宽度计等监测设备实现实时监控。在监测数据中，任何超出预设阈值的变化都需要立即响应。如在一个实际案例中，基坑北侧的格构柱在持续降雨后显示出微小的位移，监测系统立即捕捉到这一变化，并通过数据分析预测了可能的滑移趋势。此外，动荷载和环境因素对基坑稳定性的影响也需特别关注。动荷载包括附近施工活动、交通振动等，这些都可能导致基坑支撑结构受力不均，进而引发结构变形或位移。环境因素如降雨、地下水流动等，尤其在未进行适当排水措施的情况下，会显著增加基坑侧压力，增加滑移和坍塌的风险。例如，在某基坑工程中，持续的强降雨导致基坑底部水位急剧上升，通过实时监控系统可以观察到水位变化与基坑稳定性之间的直接关系。

（二）初步处理措施

针对基坑工程中的预警信号，采取有效的初步处理措施是至关重要的。首先，加强排水和使用止水材料是处理基坑涉水问题的基本方法。在深基坑工程中，特别是在水位较高或多雨地区，必须设计高效的排水系统以避免水对基坑稳定性的不利影响。例如，通过在基坑底部和周边设置排水管和井来控制水位，在基坑壁体出现渗漏现象时，使用止水带和注浆技术迅速封堵裂缝，从而减少水的侵入和土体软化。同时，临时支撑和地基处理也是防范基坑进一步变形的重要措施。临时支撑主要通过安装门形支撑立柱和钢梁，构建稳定的支撑系统，以抵抗土壤侧向压力和动荷载引起的不利影响。例如，通过增加环梁底部的立柱支撑，可以有效控制格构柱的倾斜和位移。地基处理则包括使用水泥砂浆、特种止水材料和注浆技术来增强土体的稳定性和承载能力。在基坑底部增强排水的同时，也需要考虑通过地基处理技术，如加固基坑北侧区域，采用C30混凝土换填和钢筋网片强化土体结构，提高基坑整体的稳定性和安全性。通过这些初步处理措施，不仅可以有效应对由于环境变化和工程活动引起的累积风险，还能够长期维护基坑结构的稳定性，保障施工安全和工程质量。

四、加固处理与施工技术

（一）支护结构的设计与实施

在深基坑工程中，支护结构的设计与实施对确保整个工程的安全稳定至关重要。门形支撑立柱和外包钢筋混凝土的应用是加固深基坑的两种关键技术。门形支撑立柱设计用于增强基坑的临时或永久支撑系统，它通常由钢结构制成，具有良好的承载能力和适应性。在实际应用中，门形支撑立柱通过预先设定的标高安装，确保每个支撑点都能均匀承受来自基坑侧壁的压力。这种设计不仅有效控制了基坑的侧向位移，还通过其结构的优化配置，保持了足够的工作空间，便于后续施工活动的进行。外包钢筋混凝土加固则是另一种提高基坑稳定性的有效方法。此技术通过在已有的格构柱或环形梁周围增加一层钢筋网，并用混凝土覆盖，从而增加了结构的整体刚度和耐久性。在施工过程中，首先围绕结构柱设置模板，然后将钢筋网按照设计要求安装到位，最后浇筑与原有结构强度相同或更高等级的混凝土。这种加固方法不仅显著提高了结构的承载力，还有效防止了水和其他环境因素对基坑内部结构的侵蚀。例如，在广州某地铁站扩建工程中，采用外包钢筋混凝土的方法成功加固了受损的支撑梁，使其承载力提高了约40%，确保了整个基坑结构的安全。

（二）施工流程优化

施工流程的优化是提高基坑工程效率和安全性的关键。从测量放线到支柱桩根部处理，每一个步骤都需要精确控制。在施工初期，通过精确的测量放线确保所有结构位置的准确性是至关重要的。这包括确定格构柱的准确位置、支柱的安装标高以及处理范围。在深基坑工程中，放线的准确性直接影响到后续所有施工活动的安全和质量。例如，在深圳一项商业中心基坑工程中，通过高精度的测量设备，工程团队能够在复杂的地质条件下精确放线，有效避免了后续施工中的偏差问题。支柱桩根部处理是基坑稳定性的另一重要环节。在此过程中，常采用混凝土换填来替换根部排水沟中的软土，以增强土体的稳定性和支撑桩的固定力。这种方法通常涉及将高强度C30混凝土浇注到预先挖好的槽中，并配以适量的钢筋网来增加结构的整体稳定性。例如，在北京一处办公楼基坑工程中，通过换填高强度混凝土，成功地解决了由于地下水侵蚀引起的支柱桩稳定性问题。钢梁的吊装和斜撑焊接是加固工程中的核心工序。在吊装过程中，必须使用精确的起重设备和技术，确保钢梁能够安全、准确地安装在预定位置。同时，斜撑的添加进一步提高了结构的整体稳定性，通过焊接将斜撑固定在钢梁和支撑柱之间，形成一个稳定的三角支撑结构，这不仅提高了支撑系统的承载力，还有效抵抗了潜在的侧向压力。在上海一项地铁扩建项目中，通过这种斜撑焊接技术，工程团队在繁忙的市区条件下成功完成了基坑加固，极大地提高了施工的安全性和进度。环形梁裂缝的修补与强化也是施工过程中不可忽视的部分。通常使用高级别的水泥砂浆进行灌注修补，这种方法不仅可以迅速封闭裂缝，还能恢复环形梁的承载能力。在修补过程中，通过在裂缝处设置注浆管，精确控制水泥砂浆的灌注量和硬化时间，从而确保修补效果的长久性和可靠性。在深圳某高速公路扩建项目中，通过这种方法成功地修复了由于地下水流动引起的环形梁裂缝，有效地防止了裂缝的进一步扩展，保证了基坑的整体稳定性和工程的顺利进行。

五、结论

本文通过详细分析和讨论了深基坑工程中的预警处理和加固技术，重点探讨了门形支撑立柱和外包钢筋混凝土加固等方法的实施与效果。研究显示，通过精确的监测与及时的预警系统，结合高效的初步处理措施，可以显著提升基坑工程的安全性和稳定性。门形支撑立柱的引入有效控制了基坑侧向位移，而外包钢筋混凝土的应用则增强了结构的整体刚度，防止了进一步的裂缝扩展与水侵问题。此外，施工流程的优化，包括精确放线、支柱桩根部处理和钢梁吊装等环节的改进，进一步保障了施工过程的高效与安全。通过这些技术的综合应用，基坑工程不仅能够满足当前的安全标准，还能有效地适应未来更复杂环境下的施工需求，为类似工程提供了宝贵的参考与指导。

参考文献：

[1]简文华,杨婧.深基坑支护结构失稳分析及加固处理[J].建筑施工,2011,33(2):3.DOI:10.3969/j.issn.1004-1001.2011.02.008.

[2] 张亮通.深基坑支护结构失稳分析及加固处理[J].城市建设理论研究:电子版, 2011(19).

[3] 尹爱月,李吉林,陈卫兵,等.滨海地区深基坑渗漏分析及处理方法研究[J].中国建筑金属结构, 2022(008):000.