論深基坑的發(fā)展探索

曹永紅 張春梅 楊志虎

【摘 要】隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是寸土寸金的一線大城市，為了高效利用有限土地，向上向下拓展空間，大量高層、超高層建筑以及人防、地鐵隧道等大型工程的涌現(xiàn)，必然伴隨著深基坑設(shè)計(jì)、施工技術(shù)成為技術(shù)探索熱點(diǎn)難點(diǎn)問題。本文介紹了深基坑工程的一些發(fā)展及探索。

【關(guān)鍵詞】深基坑；支護(hù)結(jié)構(gòu)；發(fā)展探索

1.引言

隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是寸土寸金的一線大城市，為了高效利用有限土地，向上向下拓展空間，大量高層、超高層建筑以及人防、地鐵隧道等大型工程的涌現(xiàn)，尤其大城市地下設(shè)施及管線密集，新項(xiàng)目周邊基本都有建筑群體，對深基坑工程的要求越來越高，深基坑工程設(shè)計(jì)、施工中隨之遇到的難題也越來越復(fù)雜，迫切需要工程專業(yè)技術(shù)人員須以更加嚴(yán)格謹(jǐn)慎的工作態(tài)度和新的角度去思考深基坑工程這項(xiàng)研究，不斷探索新的理論、新的經(jīng)驗(yàn)或研究方法，去應(yīng)運(yùn)到實(shí)踐中，促進(jìn)深基坑設(shè)計(jì)、監(jiān)測、施工等的發(fā)展，為深基坑發(fā)展探索提供了寶貴實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2.深基坑工程的主要特點(diǎn)。

2.1深基坑工程具有較大的風(fēng)險(xiǎn)性。深基坑支護(hù)體系一般為臨時(shí)措施，其荷載、強(qiáng)度、變形、防滲、耐久性等方面的安全儲備較小。

2.2深基坑工程具有明顯的區(qū)域特征。不同區(qū)域工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件不同，即使同一城市也可能會有較大差異。例如北京市東部與西部地質(zhì)差異特別大。

2.3深基坑工程是系統(tǒng)工程。深基坑工程主要包括支護(hù)體系設(shè)計(jì)和土方開挖、監(jiān)測等。土方開挖的施工組織是否合理將對支護(hù)體系是否成功具有重要作用。不合理的土方開挖、步驟和速度可能導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)樁基變位、支護(hù)結(jié)構(gòu)過大的變形，甚至引起支護(hù)體系失穩(wěn)而導(dǎo)致破壞。

2.4深基坑工程具有環(huán)境效應(yīng)。深基坑開挖勢必引起周圍地基地下水位的變化和應(yīng)力場的改變，導(dǎo)致周圍地基土體的變形，對周圍建（構(gòu)）筑物和地下管線產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的將危及其正常使用或安全。大量土方外運(yùn)也將對交通和棄土點(diǎn)環(huán)境產(chǎn)生影響。

3.深基坑支護(hù)技術(shù)目前的狀況。

一線城市的高層建筑基坑具有大、深的特點(diǎn)，挖深一般在15～50m之間，寬度與長度達(dá)200m?；余徑嘤薪ㄖ?、道路和管線，施工場地?fù)頂D有限，對安全和環(huán)境要求高，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型不再單一，基本上是兩種及兩種以上的復(fù)合形式，并伴隨輔助以其他加強(qiáng)安全系數(shù)。例如土釘支護(hù)尤其是復(fù)合土釘支護(hù)，在合適的地質(zhì)條件下有望成為建筑基坑的選型，而逆作法施工目前已日趨成熟，應(yīng)運(yùn)更多。

3.1地下連續(xù)墻支護(hù)。地下連續(xù)墻支護(hù)是用特制的挖槽機(jī)械，在泥漿護(hù)壁的情況下開挖一定深度的溝槽，然后吊放鋼筋籠，澆筑混凝土。地下連續(xù)墻的形狀多種多樣，一般集擋土、承重、截水和防滲于一體，并兼作地下室外墻。其不足之處是要用專用設(shè)備施工，單體施工造價(jià)高。對各種地質(zhì)條件及復(fù)雜的施工環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)施工不必放坡，不用支撐，國內(nèi)地下連續(xù)墻的深度已達(dá)40多米，壁厚1米多。

3.2排樁支護(hù)。排樁支護(hù)是指隊(duì)列式間隔布置鋼筋混凝土挖孔、鉆（沖）孔灌注樁，作為主要的擋土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式可分為懸臂支護(hù)或單錨桿、多錨桿結(jié)構(gòu)，布樁形式可分為單排或雙排布置。懸臂式支護(hù)適用于開挖深度不超過10米粘土層不超過8米的砂性土層，以及不超過5米的淤泥質(zhì)土層。

3.3錨桿或噴錨支護(hù)。錨桿與土釘墻支護(hù)相似，將錨桿錨入穩(wěn)定土體中，外端與支護(hù)結(jié)構(gòu)連結(jié)用以維護(hù)基坑穩(wěn)定的受拉桿件，并施加預(yù)應(yīng)力。支護(hù)體噴射混凝土稱噴錨支護(hù)。錨桿可與排樁、地下連續(xù)墻、土釘墻或其他支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用。不宜用于有機(jī)質(zhì)土，液限大于50%的粘土層及相對密度小于0.3的砂土。

3.4深層攪拌支護(hù)。深層攪拌支護(hù)是利用水泥作為固化劑，采用機(jī)械攪拌，將固化劑和軟土劑強(qiáng)制拌和，使固化劑和軟土劑之間產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)而逐步硬化，形成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土樁墻，作為支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、素填土等土層，基坑開挖深度不宜大于6m。對有機(jī)質(zhì)土、泥炭質(zhì)土，宜通過試驗(yàn)確定。

4.深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展探索

4.1深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)選。

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工和項(xiàng)目工程的上部結(jié)構(gòu)不同，除地基土類別的不同外，地下水位的高低、土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)以及周圍環(huán)境條件等，都直接與支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型有關(guān)。支護(hù)結(jié)構(gòu)型式選擇的合理，就能做到安全可靠、施工順利、縮短工期，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)與社會效益，可見支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化選擇是深基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。為達(dá)到方案的最優(yōu)化，有時(shí)根據(jù)地層土質(zhì)的變化、基坑周圍環(huán)境，也可采用更為靈活的組合支護(hù)方案。例如某工程基坑支護(hù)體系：基坑邊坡整體采用灌注樁、鋼管樁的組合樁錨支護(hù)體系，一區(qū)上部采用土釘墻體系，下部采用多級鋼管樁+錨桿支護(hù)體系；二區(qū)上部采用雙排灌注樁+錨桿支護(hù)體系，下部采用鋼管樁+錨桿支護(hù)體系；三區(qū)上部采用單排灌注樁+錨桿支護(hù)體系，下部采用鋼管樁+錨桿支護(hù)體系，四區(qū)采用巖石錨噴支護(hù)體系。項(xiàng)目基坑止水、排水體系：邊坡坡頂進(jìn)行地面硬化并設(shè)置擋水臺階防止地表水排入基坑，基坑底部沿周邊設(shè)置排水溝與集水井進(jìn)行集水明排。本基坑工程安全等級為一級。自基坑開挖起至回填結(jié)束，基坑正常使用期限2年。

4.2施工工藝上的技術(shù)探索。

4.2.1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。

4.2.2為減小基坑工程帶來的環(huán)境效應(yīng)（如因降水引起的地面附加沉降），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)筑成止水帷幕。也有把水利工程中防滲墻的工法引入到基坑工程中探索。

4.2.3基坑降水時(shí)，為減小因降水引起的地面附加沉降或?qū)︵徑ǎ?gòu)）筑物造成的影響，采取井點(diǎn)回灌技術(shù)，結(jié)合軟件及監(jiān)測數(shù)據(jù)對現(xiàn)場進(jìn)行綜合監(jiān)控，合法合理利用和保護(hù)地下水資源，做到節(jié)能高效。

4.2.4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。受地下空間所屬權(quán)的限制，內(nèi)支撐或新型錨桿（如抗浮抗變形，可重復(fù)利用的新式材料及設(shè)備、節(jié)能的可拆式錨桿、抗拔力較大的全程應(yīng)力復(fù)合型錨桿）將更加推廣運(yùn)用。

4.2.5為減小坑壁土體的側(cè)向變形，可以通過基坑內(nèi)外雙液快速注漿加固土體；對支撐（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。

4.2.6在軟土地區(qū)，為避免基坑底部隆起，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移加大和鄰近建（構(gòu)）筑物下沉，采用深層攪拌樁或注漿技術(shù)對基坑底部土體進(jìn)行加固，即提高支護(hù)結(jié)構(gòu)被動區(qū)土體的強(qiáng)度的方法。

4.3深基坑監(jiān)測與信息化實(shí)施探索。監(jiān)測內(nèi)容主要包括：水平位移監(jiān)測、豎向位移監(jiān)測、深層水平位移監(jiān)測、傾斜監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測、土壓力監(jiān)測、孔隙水壓力監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、錨桿拉力監(jiān)測、坑外土體分層豎向位移監(jiān)測。監(jiān)測樁頂位移，樁體位移，地表沉降，樁身內(nèi)力，支撐軸力，水位沉降，建筑物沉降，基坑回彈等。監(jiān)測對象及監(jiān)測項(xiàng)目一般由基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方根據(jù)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)安全等級、支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及相關(guān)規(guī)范的要求選定。為了確保工程安全和保護(hù)環(huán)境，采用現(xiàn)場監(jiān)測與軟件數(shù)據(jù)相結(jié)合，拓展空間，采取平面立面，縱向橫向等三維監(jiān)測，提供施工過程中支護(hù)體系及環(huán)境的受力狀態(tài)及變形數(shù)據(jù)。由于信息技術(shù)及加固技術(shù)的提高，實(shí)現(xiàn)了毫米級的變形控制。如北京通州某工程對附近兩條地鐵隧道變形控制在6mm。積極探索三維建模模擬技術(shù)，把現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)與軟件有效結(jié)合，更安全高效的把控現(xiàn)場，為工程服務(wù)。

5.結(jié)語

深基坑開挖是工程難題，既涵蓋土力學(xué)中的典型強(qiáng)度問題，又涉及到變形問題，同時(shí)還涉及到土與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用。深基坑工程是實(shí)用性、實(shí)踐性、經(jīng)驗(yàn)性極強(qiáng)的學(xué)科，是隨著土力學(xué)理論、計(jì)算技術(shù)、測試儀器及施工機(jī)械、施工工藝的進(jìn)步與工程實(shí)踐增加而逐步完善的學(xué)科。作者認(rèn)為，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，依靠專業(yè)技術(shù)人員的共同努力，中國的深基坑工程設(shè)計(jì)和施工水平必將走到世界前列，我們?nèi)孕璞３种t虛態(tài)度，不斷探索大型，超大型深基坑的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為深基坑設(shè)計(jì)、監(jiān)測、施工探索出更加安全高效節(jié)能的方法。

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