建筑工程深基坑支護(hù)施工技術(shù)

張志軍

摘 要：隨著城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)，深基坑工程的廣泛應(yīng)用，特別是在寸土寸金的城市中，往地下擴(kuò)展空間是一種必然。因此深基坑支護(hù)成為了每一個(gè)工程的一道工序，下面對(duì)深基坑支護(hù)的施工技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行一些探討。

關(guān)鍵詞：基坑支護(hù)；支護(hù)結(jié)構(gòu)；施工工藝

1 我國深基坑工程的主要特點(diǎn)

隨著城市建設(shè)中高層、超高層建筑的大量涌現(xiàn)，深基坑工程越來越多。同時(shí)，密集的建筑物大深度的基坑周圍復(fù)雜的地下設(shè)施，使得放坡開挖這一傳統(tǒng)技術(shù)不再能滿足現(xiàn)代城鎮(zhèn)建設(shè)的需要，因此，深基坑開挖與支護(hù)引起了各方面的廣泛重視，基坑開挖與支護(hù)問題已經(jīng)成為我國建筑工程界的難點(diǎn)之一，基坑工程數(shù)量、規(guī)模、分布急劇增加。比如廣州的地標(biāo)工程花城廣場地下室基坑南北長980米，東西寬250米，深13.5米，屬于超長基坑；廣州新電視塔工程高610米，基坑深度約為11.6米；廣州珠江新城西塔項(xiàng)目高430多米，地下室四層，基坑底深度為19.5m，基坑為深基坑。

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，目前我國深基坑工程具有以下特點(diǎn)：

1.1 建筑趨向高層化，基坑向大深度方向發(fā)展；

1.2 基坑開挖面積大，長度與寬度有的達(dá)數(shù)百米，給支撐系統(tǒng)帶來較大的難度；

1.3 在軟弱的土層中，基坑開挖會(huì)產(chǎn)生較大的位移和沉降，對(duì)周圍建筑物、市政設(shè)施和地下管線產(chǎn)生嚴(yán)重威脅；

1.4 深基坑施工工期長、場地狹窄，降雨、重物堆放等對(duì)基坑穩(wěn)定性不利；

1.5 在相鄰場地的施工中，打樁、降水、挖土及基礎(chǔ)澆注混凝土等工序會(huì)相互制約與影響，增加協(xié)調(diào)工作的難度；

1.6 支護(hù)型式的多樣性。迄今為止，支護(hù)型式有數(shù)十種。

2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型選擇

2.1 選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)類型的依據(jù)

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇是否合理，考慮的因素是否全面，對(duì)基坑支護(hù)工程起到?jīng)Q定性作用?；又ёo(hù)圍護(hù)及撐錨方法較多，每一種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 有的速度快，有的經(jīng)濟(jì)，有的噪音小，有的用電量小等，可結(jié)合現(xiàn)場具體的情況來確定。

2.1.1 工程用地紅線圖，建筑平面布置總圖以及相鄰建筑物的平、立、剖面和基礎(chǔ)圖等；基坑的尺寸，基坑場地的形狀、深度和寬度等?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)所受的荷載。

2.1.2 場地和邊坡的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察資料；

2.1.3 邊坡環(huán)境資料；對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工（噪音、振動(dòng)、地面污染）的要求；

2.1.4 施工技術(shù)、設(shè)備性能、施工經(jīng)驗(yàn)和施工條件等資料；

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇原則

支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)基坑周邊環(huán)境、開挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、施工作業(yè)設(shè)備和施工季節(jié)等條件綜合考慮，做到因地制宜，因時(shí)制宜，合理設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制，使方案具有創(chuàng)造性和靈活性。

2.3 選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)體系要點(diǎn)

2.3.1 粘性土顆粒較細(xì)，具有一定粘聚力， 強(qiáng)度隨含水量可能變化。在多數(shù)情況下，地下水位深，不需要采用防水、降水措施。如果場地開闊，可選擇放坡、懸臂式、樁錨式、錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)；如場地狹窄，可選擇排樁、地下連續(xù)墻加錨桿的支撐方案?；A(chǔ)開挖后，開挖深度不大可采用懸臂式支護(hù)或土釘墻；開挖深度較大時(shí)，可考慮多層錨桿或多層支撐。假如土質(zhì)情況較好，可考慮土釘或噴錨支護(hù)。土質(zhì)較差，可用樁、地下連續(xù)墻加錨桿或支撐支護(hù)方案。

2.3.2 軟土具有強(qiáng)度低、壓縮性大、滲透性小、荷載作用變形大等特點(diǎn)，且周圍環(huán)境復(fù)雜，故軟土地區(qū)深基坑開挖，應(yīng)注意安全。如基坑周圍場地開闊，上部采用分臺(tái)階放坡，下部采用擋土墻支護(hù)，或懸臂式、樁錨式、錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)；如場地狹窄，則必須采用能夠相應(yīng)控制地面位移與沉降的支持結(jié)構(gòu)，并且做好防水處理?；A(chǔ)開挖深度均較大，可設(shè)置排樁、地下連續(xù)墻或其它支護(hù)結(jié)構(gòu)加防水帷幕。較大范圍開挖時(shí)，也可采用復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)，排樁及單、多層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)加防水帷幕。比如廣州新電視塔工程北臨珠江邊，地下水位高，周圍環(huán)境復(fù)雜，基坑支護(hù)采用地下連續(xù)墻和鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2.3.3 硬質(zhì)地基基坑開挖一般是止水性支護(hù)結(jié)構(gòu)和非止水性支護(hù)結(jié)構(gòu)并行使用。因?yàn)橛操|(zhì)地基地層具有緊密、承載能力高和壓縮性低等特點(diǎn)， 一般不致引起開挖面隆起、沙涌出及因降水而導(dǎo)致周圍地面沉降水現(xiàn)象發(fā)生， 從設(shè)計(jì)安全性、施工可行性和造價(jià)經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，在硬質(zhì)地基埋藏較淺的地區(qū)，采用非止水性支護(hù)結(jié)構(gòu)往往更合理。如地表與硬質(zhì)土層中有一層較厚的軟土層，且地下水位較高時(shí)，則應(yīng)才用止水性支護(hù)結(jié)構(gòu)。比如廣州花城廣場及珠江新城西塔項(xiàng)目基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)為人工挖孔樁+預(yù)應(yīng)力錨桿。

3 施工工藝發(fā)展趨勢

3.1 土釘墻方案的大量實(shí)施，使得噴射混凝土技術(shù)得以充分運(yùn)用和發(fā)展。為減少噴射混凝土的回彈量以及保護(hù)環(huán)境的需要，濕式噴射混凝土將逐步取代干式噴射混凝土。

3.2 基坑向著深、大、周圍環(huán)境復(fù)雜的方向發(fā)展，使得深基坑開挖與支護(hù)的難度愈來愈大。受地下空間的限制，內(nèi)支撐或新型錨桿（如可拆式錨桿、抗拔力較大的全程應(yīng)力復(fù)合型錨桿）將逐漸得以推廣運(yùn)用。

3.3 為減少基坑工程對(duì)帶來的環(huán)境效應(yīng)（如因降水引起的地面沉降），或出于保護(hù)地下水資源的需要，有時(shí)基坑采用帷幕型式進(jìn)行支護(hù)，除地下連續(xù)墻外，一般采用旋噴樁或深層攪拌樁等工法構(gòu)筑止水帷幕。目前，有將水利工程中防滲墻的工法引入到基坑工程中的趨勢。

3.4 基坑降水時(shí)，為減少因降水引起的地面附加沉降或?qū)εR近建（構(gòu)）筑物造成的影響，可采用井點(diǎn)回灌技術(shù)。

3.5 在軟土地區(qū)，為避免基坑底部隆起、造成支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移加大和臨近建（構(gòu)）筑物下沉，可采用深層攪拌樁或注漿技術(shù)對(duì)基坑底部土體進(jìn)行加固，即提高支護(hù)結(jié)構(gòu)被動(dòng)區(qū)土體強(qiáng)度的方法。

3.6 為減少坑壁土體的側(cè)向變形，可以通過基坑內(nèi)外雙液快速注漿加固土體；也可以對(duì)支撐（或拉結(jié)）施加預(yù)應(yīng)力；還可以調(diào)整挖土進(jìn)度以及支撐的施工程序等措施來限制基坑的側(cè)向變形。

4 深基坑支護(hù)當(dāng)前存在的問題

4.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)際受力不符

目前，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算仍基于極限平衡理論，但支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力并不那么簡單。工程實(shí)踐證明，有的支護(hù)結(jié)構(gòu)的按極限平衡理論計(jì)算的安全系數(shù)，從理論上講是絕對(duì)安全的，但卻發(fā)生破壞；有的支護(hù)結(jié)構(gòu)卻恰恰相反，即安全系數(shù)雖然比較小，甚至達(dá)不到規(guī)范的要求，但在實(shí)際工程中獲得成功。極限平衡理論是深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的一種靜態(tài)設(shè)計(jì)，而實(shí)際上開挖的土體是一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，也是一個(gè)松弛過程，隨著時(shí)間的延長，土體強(qiáng)度逐漸下降，并產(chǎn)生一定的變形。這說明在設(shè)計(jì)中必須給予充分的考慮，但在目前的設(shè)計(jì)計(jì)算中卻常被忽視。

4.2 設(shè)計(jì)中土體的物理力學(xué)參數(shù)選擇不當(dāng)

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的土壓力大小直接影響其安全度，但要精確地計(jì)算土壓力目前還十分困難，至今仍在采用庫侖公式或郎肯公式。關(guān)于土體物理力學(xué)參數(shù)的選擇是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，尤其在深基坑開挖后，三參數(shù)是可變值，很難準(zhǔn)確計(jì)算出支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力。

在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果對(duì)地基土體的物理力學(xué)參數(shù)取值不準(zhǔn)，將對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：內(nèi)摩擦角ψ值相差50，主動(dòng)土壓力P就會(huì)相差10；原土體的Ca值與開挖后土體的Cb值，則差別更大。施工工藝和支護(hù)結(jié)構(gòu)形式不同，對(duì)土體的物理力學(xué)參數(shù)的選擇是支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。

4.3 深基坑開挖存在的空間效應(yīng)考慮不周

深基坑開挖中大量的實(shí)測資料表明：基坑周邊向基坑內(nèi)發(fā)生的水平位移是中間大兩邊小。深基坑邊坡失穩(wěn)常常以長邊的居中位置發(fā)生。這說明深基坑開挖是一個(gè)空間問題。

傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是按平面應(yīng)變問題處理的。對(duì)一些細(xì)長條基坑來講，這種平面應(yīng)變假設(shè)比較符合實(shí)際，而對(duì)近似方形或長方形深基坑則差別比較大。所以，在未能進(jìn)行空間問題處理前而需按平面應(yīng)變假設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)開挖空間效應(yīng)的要求。

4.4 深基坑土體的取樣具有不完全性

在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，必須對(duì)地基土層進(jìn)行取樣分析試驗(yàn)，以取得土體比較合理的物理力學(xué)指標(biāo)，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。一般在深基坑開挖區(qū)域內(nèi)，按照國家規(guī)范的要求進(jìn)行鉆探取樣。為減少勘探的工作量和降低工程造價(jià)，不可能鉆孔過密。因此，所取得的土樣具有一定的隨機(jī)性。但是，地質(zhì)構(gòu)造是極其復(fù)雜、多變的，取得的土樣不可能全面反映地基土層的真實(shí)性。因此，支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也就不一定完全符合實(shí)際。

5 結(jié)語

深基坑支護(hù)工程是近二十年來隨著城市高層建筑發(fā)展而發(fā)展的一門新的實(shí)踐工程學(xué)，涉及到工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程結(jié)構(gòu)、施工工藝和施工管理等幾門學(xué)科的綜合技術(shù)?；又ёo(hù)施工必須按《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》建質(zhì)[2009]87號(hào)文執(zhí)行，嚴(yán)格遵守施工方案審批、論證及驗(yàn)收的手續(xù)，做好基坑監(jiān)測等安全措施，確保施工安全。隨著科學(xué)技術(shù)及施工工藝的發(fā)展，深基坑支護(hù)技術(shù)方面一定會(huì)有新的提高。

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