深基坑支護(hù)工程的結(jié)構(gòu)型式與工程實(shí)例

曾彩華

深基坑的支護(hù)，不僅要保證基坑內(nèi)能正常安全作業(yè)，而且要防止基體及基坑外土體移動(dòng)，保證基坑附近建筑物、道路、管線(xiàn)的正常運(yùn)行。

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的型式。為適應(yīng)不同的地質(zhì)及環(huán)境條件，設(shè)計(jì)者針對(duì)不問(wèn)的工程實(shí)際，往往會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ牧稀⑹┕l件等設(shè)計(jì)出不同的結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，考慮設(shè)計(jì)計(jì)算模式，在此將基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)主要分為三大類(lèi)：懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)、重力式擋土墻結(jié)構(gòu)、拱圈式支護(hù)結(jié)構(gòu)。

一、 深基坑支護(hù)工程的結(jié)構(gòu)型式

（一）懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)

懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)是利用基坑底面以下土體提供的土壓力來(lái)維持支護(hù)體系的平衡的一種結(jié)構(gòu)。它類(lèi)似于懸臂梁，一般用于深度不太大的基坑支護(hù)工程，其主要結(jié)構(gòu)型式有下列幾種：

1、樁排支護(hù)結(jié)構(gòu)

（1）稀疏樁排

當(dāng)邊坡土質(zhì)較好，地下水位較低時(shí)，可利用土拱作用，以稀疏樁排支擋邊坡。

（2）連續(xù)樁排

對(duì)于不能形成土拱作用的軟土邊坡，支護(hù)樁必須連續(xù)密排。

密排的鉆孔樁可以互相搭接，或在樁身混凝土強(qiáng)度尚未形成時(shí)在相連樁之間做一根素混凝土和樹(shù)根樁把鉆孔樁排連接起來(lái)，從而形成一種既能擋土又能防滲的簡(jiǎn)易連續(xù)墻。

（3）雙排樁

當(dāng)土質(zhì)軟弱或開(kāi)挖深度較大時(shí)，單排樁的橫向剛度往往不能滿(mǎn)足控制變形的要求。這時(shí)，可采用雙排樁通過(guò)樁頂蓋梁聯(lián)成門(mén)式剛架式的整體，這種框架式樁排具有較大的側(cè)向剛度，可以有效地限制邊坡的側(cè)向變形。

（4）組合人樁排

主樁與擋板組合：這實(shí)際上也是一種稀疏樁排支擋，只是樁距較大，利用擋板把樁間土的側(cè)壓力傳遞給主樁，同時(shí)起到一定的防滲作用。

主樁與水泥土拱組合：以水泥攪拌樁相互搭接組成平面拱代替擋板，把側(cè)壓力傳遞給主樁。這種支檔具有較好的防滲效果，施工更方便，使用于更深的基坑。

樁排與水泥土防滲墻結(jié)合：在地下水位高的軟土地區(qū)，防滲是保證基坑支護(hù)成功的重要一環(huán)。采用稀疏樁排（單排或雙排）擋土，水泥攪拌樁排防滲的組合結(jié)構(gòu)被證明是經(jīng)濟(jì)有效的一種支護(hù)型式。

2、地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)周?chē)挠绊懶?、?duì)地層條件適應(yīng)性強(qiáng)、墻體長(zhǎng)度可任意調(diào)節(jié)。它適用于各種深度的基坑開(kāi)挖，即可將地下連續(xù)墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，又可作為主體結(jié)構(gòu)，從而大大降低工程造價(jià)，還可采用逆作法施工，減少對(duì)環(huán)境和地面交通等的影響。地下連續(xù)墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有抗彎剛度、防滲性能和整體性能好等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)挖深度可達(dá)30m。目前用于支護(hù)的地下連續(xù)墻，已從單一的一字型發(fā)展出折板型和Ⅱ型等多種型式，以獲得更大的側(cè)向剛度。

（二）重力擋土墻結(jié)構(gòu)

1、水泥攪拌樁加固法

水泥攪拌樁是軟土加固的一種有效方法。其突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：施工無(wú)環(huán)境污染（無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、無(wú)排污）、造價(jià)低廉及防滲性能好。

加固原理是：利用具有一定強(qiáng)度的水泥攪拌樁相互搭接組成結(jié)構(gòu)體系，從而使邊坡滑動(dòng)棱體范圍內(nèi)的土體得以加固，保持邊坡穩(wěn)定。加固體按重力式擋土墻驗(yàn)算，當(dāng)穩(wěn)定性不足時(shí)可增加固體厚度和深度，直到滿(mǎn)足穩(wěn)定性。

2、高壓旋噴樁加固法

高壓旋噴樁也是加固軟弱地基的方法，由于其水泥含量高，強(qiáng)度比水泥攪拌樁高得多，因此，加固邊坡時(shí)其厚度可以較薄。當(dāng)基坑為圓形時(shí)，可利用拱效應(yīng)進(jìn)一步減小加固厚度。

3、注漿加固法

其基本原理是：用氣壓、液壓或電化學(xué)方法，把水泥漿或其它化學(xué)溶液注入土體孔隙中，改善地基土的物理學(xué)性質(zhì)，達(dá)到加固土體和防滲的目的。

4、網(wǎng)狀樹(shù)根加固法

其原理是：使邊坡破壞棱體范圍內(nèi)的土體于樹(shù)根樁網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)樁土復(fù)合體，它具有良好的整體穩(wěn)定性，足以抵御土壓力、水壓力和地面超載。

5、土釘支護(hù)，亦稱(chēng)插筋補(bǔ)墻法，也稱(chēng)之為掛網(wǎng)噴錨支護(hù)

土釘支護(hù)技術(shù)是通過(guò)邊坡土體中插入一定數(shù)量抗拉強(qiáng)度較大，并具有一定剛度的插筋錨體，使之與土體形成復(fù)合土體。它以發(fā)揮土釘與土體相互作用形成復(fù)合土體的補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)為基本特征，以土釘作為補(bǔ)墻的基本手段，與其它護(hù)坡技術(shù)相比，它不需要大型施工機(jī)械，幾乎不需單獨(dú)占用場(chǎng)地，而且具有施工簡(jiǎn)便，適用性廣泛，費(fèi)用低，可以豎直開(kāi)挖等特點(diǎn)，因而在我國(guó)已大量使用并有廣泛的應(yīng)用前景。

（三）拱圈式支護(hù)結(jié)構(gòu)

拱圈式支護(hù)結(jié)構(gòu)充分利用了基坑的弧狀及拱式結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，使以受彎距為主的支護(hù)結(jié)構(gòu)由于拱式受力特征而改變?yōu)槭軌簽橹?，大大改善了結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。其主要形式如下：

1、圓形拱圈支護(hù)

根據(jù)建筑物地下室為圓形或接近于圓形，支護(hù)結(jié)構(gòu)可按地下室的輪廓近似地做成圓形結(jié)構(gòu)。此時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)主要承受壓應(yīng)力。

2、橢圓形支護(hù)結(jié)構(gòu)

當(dāng)基坑周邊條件允許，且建筑物地下室接近于橢圓形時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)可做成橢圓形結(jié)構(gòu)。支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)根據(jù)橢圓形的長(zhǎng)短軸比值而變化。長(zhǎng)短軸比值越大，則在長(zhǎng)軸方向上愈趨于懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，反之長(zhǎng)短軸比值越小，則愈類(lèi)似于圓形受力狀態(tài)。

3、曲線(xiàn)形支護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑物地下室往往上不規(guī)則的，其曲線(xiàn)形狀無(wú)法滿(mǎn)足理想圓形或橢圓形，但大多具有一定的曲線(xiàn)形狀，或基坑周邊條件允許做成某一曲線(xiàn)形狀。這樣，就可充分利用拱圈形的良好受力特性，將支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成主要承受應(yīng)力的曲線(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)。

在實(shí)際的建筑工程施工中，特別是對(duì)比較大型的建筑工程，深基坑支護(hù)并不是簡(jiǎn)單的采用某種單一的支護(hù)結(jié)構(gòu)，而是多種支護(hù)結(jié)構(gòu)的混合使用。以下所引用的兩個(gè)例子，分別就使用單一支護(hù)結(jié)構(gòu)和混合的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

二、工程實(shí)例

（一）工程概況

浙江日?qǐng)?bào)新聞大樓是杭州市重點(diǎn)建設(shè)工程，占地面積約2600m2，總建筑面積32000m2，總高度104.0m，地上28層，地下2層，基礎(chǔ)采用大直徑鉆孔灌注樁，基坑開(kāi)挖深度一般為-7.3m最深處達(dá)8.0m大樓主體呈正方形，邊長(zhǎng)為29.7m框筒結(jié)構(gòu)。

1、 地質(zhì)及環(huán)境條件

該工程位于浙江日后大院內(nèi)，擬建場(chǎng)地原為辦公大樓，樓中間還有一個(gè)小池塘，地下障礙物較為復(fù)雜，場(chǎng)地地層自上而下依次為雜填土、粉土、淤泥質(zhì)粘土。從地質(zhì)報(bào)告上看，是典型的老城區(qū)地基，含有大量碎磚及深淺不一的條石。地下管線(xiàn)復(fù)雜，淺層地下水屬潛水，靜止水位約為1.15~1.20m，為防止土方開(kāi)挖引起地基沉降，帶來(lái)管線(xiàn)折斷、房屋傾斜、開(kāi)裂等一系列問(wèn)題，施工須采取有效措施確保安全。

大樓東西兩側(cè)緊鄰院內(nèi)活水河道，河床底部淺于基坑底部，南側(cè)是浙報(bào)交通主干道，北側(cè)距編輯部大樓僅9.40m，為確保人員及車(chē)輛的安全通行，以及維護(hù)浙江這一樞紐新聞機(jī)構(gòu)的清潔面貌，兩側(cè)道路均不可侵占。施工場(chǎng)地狹小，造成施工困難。

鑒于業(yè)主單位的行業(yè)特殊性，施工單位必須在最短的時(shí)間內(nèi)搶出最成功的工程，因此，施工工期緊，施工質(zhì)量要求相對(duì)較高。針對(duì)以上地質(zhì)以及環(huán)境條件，選擇一種合理、有效的支護(hù)方案顯得尤為重要。

2、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上方案比較，該工程宜采用地下連續(xù)墻方案，用地下墻導(dǎo)板抓斗設(shè)備來(lái)對(duì)付雜填土層中的塊石是最有效果的，一方面，它將減少不必要的費(fèi)用開(kāi)支，另一方面，最為重要的是它將大大縮短工期。

（二）工程概況

上海銀都商城主樓為一幢集商業(yè)、娛樂(lè)、辦公及高級(jí)公寓于一體的高級(jí)商住綜合樓。建筑面積55491m2，地下2層，地上40層，建筑物高度156m。

本工程基坑支護(hù)在主樓區(qū)采用了無(wú)對(duì)撐體系的拱圈結(jié)構(gòu)，以有利挖土和地下結(jié)構(gòu)的施工，這在國(guó)內(nèi)尚屬首例。

1、地質(zhì)及環(huán)境條件

銀都商城建造在浦東新區(qū)張楊路北側(cè)，基南、西側(cè)均有新建大廈進(jìn)入結(jié)構(gòu)施工階段，其唯一通道又因張楊路拓寬工程及路兩側(cè)的共同溝已進(jìn)入封路施工高峰，這給工程的施工造成了極大的困難。更由于此工程基地標(biāo)高為2.9m～3.5m，處于低洼地的底部，嚴(yán)重積水，而工程樁、支護(hù)樁考慮到環(huán)保條件限制，必須采用無(wú)震動(dòng)、無(wú)擠土影響的鉆孔灌注樁及水泥土拌樁，但鉆孔灌注樁施工時(shí)產(chǎn)生的大量泥漿因出路嚴(yán)重受阻，更加大了施工的難度。

2、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)多次方案探討比較，最后經(jīng)專(zhuān)家認(rèn)證，確定以鉆孔灌注樁和深層攪拌樁復(fù)合壩體加混凝土環(huán)形圈梁的無(wú)對(duì)支撐體系作為本工程的支護(hù)方案

本工程支護(hù)系統(tǒng)的混凝土圈梁與鉆孔樁的連接采用了上部斜拉，中間在鉆孔樁內(nèi)預(yù)留錨筋與圈梁錨固，下部以鋼牛腿托柱等三種措施，使圈梁支撐立柱等三維梁?jiǎn)卧c支護(hù)排樁組合成一個(gè)空間體系，挖土?xí)r把鉆孔樁之間夾檔內(nèi)的土掏凈，使圈梁混凝土能與鉆孔樁更加密切地結(jié)合成整體。圈梁支撐的施工與土方開(kāi)挖交叉進(jìn)行，邊挖土邊鑿出支護(hù)樁側(cè)錨固盤(pán)和預(yù)埋弧形鋼板并焊上承托圈梁的鋼牛腿，再跟上圈梁底模及鋼筋的綁扎，這樣既縮短了工期，又能使圈梁支撐及時(shí)起作用，減少了支護(hù)體系的變形。

三、幾點(diǎn)體會(huì)

大型工程開(kāi)工前必須做好充分的調(diào)研工作，對(duì)周?chē)h(huán)境條件與相鄰工程之關(guān)系以及外界因素的發(fā)展趨勢(shì)等等要有充分的了解，制訂好相應(yīng)的對(duì)策，以免被動(dòng)。

深基坑支護(hù)工程是基礎(chǔ)施工所必須的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，深大基坑支護(hù)的施工造價(jià)與設(shè)計(jì)的合理緊密相關(guān)，合理的設(shè)計(jì)是影響整個(gè)工程施工的關(guān)鍵所在。由于地基圖的不定性，周?chē)h(huán)境條件的不同等，尤其是設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，往往是影響基坑設(shè)計(jì)合理的因素，不同的設(shè)計(jì)方案可能會(huì)使同一個(gè)支護(hù)工程花較少的費(fèi)用而獲得更安全的結(jié)果。

支護(hù)工程的施工必須按施工方案有計(jì)劃的實(shí)施，且要求在施工中始終圍繞一個(gè)“搶”字。無(wú)論在基坑開(kāi)挖時(shí)，還是在地下室底板施工時(shí)，在加快施工進(jìn)度同時(shí)確保維護(hù)系統(tǒng)的安全。