淺述基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)型式選擇

闕德興

摘要:基于對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)特點的認(rèn)識,比較分析了幾種常用深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)缺點以及適用范圍。通過對兩個深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案選型的實例分析,介紹了深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案選型的基本依據(jù)和選型的方法,為設(shè)計人員提供參考。

關(guān)鍵詞:基坑;支護(hù)結(jié)構(gòu);方案選型

基坑工程主要包括基坑圍護(hù)體系的設(shè)計與施工和土方開挖,是一項綜合性很強的系統(tǒng)工程。近幾年來,基坑工程事故時有發(fā)生,主要表現(xiàn)在:支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、基坑塌方及大面積滑坡、基坑周圍道路開裂和塌陷、與基坑相臨的地下設(shè)施(管線、電纜)變位以致于破壞,鄰近的建筑物開裂甚至倒塌等,給國家經(jīng)濟(jì)和人民生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。因此,選擇一種安全、經(jīng)濟(jì)、可行的基坑支護(hù)方案已成為設(shè)計時不可忽視的重要環(huán)節(jié)。

1深基坑工程的特點

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,特別是上世紀(jì)90年代以來,基坑工程數(shù)量、規(guī)模、分布急劇增加,呈現(xiàn)出緊(場地緊湊)、近(工程距離近)、深(越來越深)、大(規(guī)模和尺寸大)等特點。深基坑工程的主要特點如下[1]:基坑工程具有很強的區(qū)域性和實踐性;基坑工程具有很強的綜合性;基坑工程具有較強的環(huán)境效應(yīng);基坑工程施工周期長,從開挖到完成地面以下的全部隱蔽工程,常需經(jīng)歷多次降雨、周邊堆載、振動等,對基坑穩(wěn)定性不利。

2 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及其適用范圍

2.1 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁是直接將混凝上澆灌到地下的鉆孔中成杭的一種施工方法[2],其優(yōu)點有:鉆孔灌注樁施工具有無噪聲,無振動,無擠土的優(yōu)點;鉆孔灌注樁排圍護(hù)墻剛度大 ,抗彎能力強,變形相對較小,多用于坑深7～15米的基坑工程。缺點:但它不具備擋水功能,適用于地下水位較深,土質(zhì)較好的地下。在地下水位較高地區(qū)應(yīng)用,需另做擋水帷幕。

2.2 深層攪拌樁支護(hù)

水泥攪拌樁適宜于各種成因的飽和粘性土,包括淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土和粉質(zhì)粘土等,加固深度可從數(shù)米至50～60米,國內(nèi)最大深度可達(dá)15～16m。由于其抗拉強度遠(yuǎn)小于抗壓強度,故常適用于基坑深度不大(5～7米)、可采用重力式擋墻結(jié)構(gòu)形式的基坑。它具有對環(huán)境影響小、擋土止水性能好、無支撐、便于機(jī)械化作業(yè)以及造價經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點,但樁體強度較低、穩(wěn)定性差、位移變形大,而且在水泥土攪拌樁施工時要注意防止影響周圍環(huán)境。

2.3 排樁支護(hù)

基坑開挖時,對不能放坡或由于場地限制不能采用攪拌樁圍護(hù),開挖深度在6～10m左右時,即可采用排樁圍護(hù)。排樁包括鋼板樁、鋼筋混凝土板樁及鉆孔灌注樁、人工挖孔樁等,其支護(hù)形式包括:

①柱列式排樁支護(hù):當(dāng)邊坡土質(zhì)較好、地下水位較低時,可利用土拱作用,以稀疏的鉆孔灌注樁或挖孔樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu);

②連續(xù)排樁支護(hù):在軟土中常不能形成土拱,支護(hù)樁應(yīng)連續(xù)密排,并在樁間做樹根樁或注漿防水;也可以采用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁密排;

③組合式排樁支護(hù):在地下水位較高的軟土區(qū),可采用鉆孔灌注樁排樁與水泥攪拌樁防滲墻組合的形式。

2.4 地下連續(xù)墻支護(hù)

當(dāng)在軟土層中基坑開挖深度大于10米、周圍相鄰建筑或地下管線對沉降與位移要求較高,或用作主體結(jié)構(gòu)的一部分,或采用逆筑法施工時,常采用地下連續(xù)墻作基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻具有如下優(yōu)點:①墻體剛度大、整體性好,因而結(jié)構(gòu)和地基變形較小,可用于超深的支護(hù)結(jié)構(gòu),也可用于主體結(jié)構(gòu);②適用于各種地質(zhì)條件。特別是遇到砂卵石地層或要求進(jìn)入風(fēng)化巖層時,鋼板樁難于施工,可采用地下連續(xù)墻支護(hù);③可減少工程施工時對環(huán)境的影響,施工時振動少,噪聲低;對周圍相鄰的工程結(jié)構(gòu)和地下管線的影響較小,對沉降變位較易控制;④可進(jìn)行逆筑法施工,有利于加快施工進(jìn)度,降低造價。但是對廢泥漿難于處理,槽壁有坍塌問題,地下連續(xù)墻如用作施工期間的臨時擋土結(jié)構(gòu),則造價較高,不經(jīng)濟(jì)。

2.5 土釘墻支護(hù)

土釘墻支護(hù)適用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、雜填土及非松散砂土和卵石土等。對于淤泥質(zhì)土、飽和軟土應(yīng)采用復(fù)合型土釘墻支護(hù)。土釘墻支護(hù)有以下特點:①土釘墻支護(hù)是通過沿土釘通長與周圍土體接觸形成復(fù)合體;②土釘墻是原位土中的加筋技術(shù),是在從上至下的開挖過程中將土釘置入土中,形成以土釘和它周圍加固了的土體為一體的類似重力式擋土墻結(jié)構(gòu);③土釘墻支護(hù)是邊開挖邊支護(hù),流水作業(yè),不占獨立工期,施工快捷;④設(shè)備簡單,操作方便,施工所需場地小,材料用量少,經(jīng)濟(jì)效果好;常用于開挖深度不大、周圍相鄰建筑或地下管線對沉降與位移要求不高的基坑支護(hù),具有施工快捷簡便、經(jīng)濟(jì)可靠的特點,得到廣泛的應(yīng)用。

3 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇

支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇必須根據(jù)具體工程實際,遵循“安全、經(jīng)濟(jì)、適用”的原則。在方案選擇的具體操作中,常用方法有[3,4]:一種是通過對國內(nèi)外大量深基坑支護(hù)工程選型的實踐經(jīng)驗總結(jié),傾向于按某個特定的方案選擇順序進(jìn)行選擇;一種是根據(jù)多目標(biāo)決策理論,采用如層次分析法、模糊綜合評價法等進(jìn)行方案優(yōu)選。通過對國內(nèi)外大量深基坑支護(hù)工程選型的實例總結(jié),深基坑支護(hù)設(shè)計方案的優(yōu)選宜遵從圖1的流程[5]:

4工程實例分析

廣州某地鐵站所處地形較平坦,附近建筑物密集,交通較繁忙,學(xué)校和醫(yī)院聚集。地面高程28.72～29.63m。車站建于多層建筑下,鉆孔揭露各巖土層自上而下有:人工填土,沖積-洪積土層,河湖相淤泥質(zhì)土,坡積土層,花崗巖可塑狀殘積土層,花崗巖硬塑狀殘積土層,花崗巖全風(fēng)化帶,花崗巖強風(fēng)化帶,花崗巖中風(fēng)化帶,花崗巖微風(fēng)化帶。本站區(qū)地下水位較高,初見水位0.8～1.2m,穩(wěn)定水位1.5～3.1m?；◢弾r殘積土層和花崗巖全風(fēng)化透水性較強,而富水性較弱,花崗巖強風(fēng)化帶和花崗巖中風(fēng)化帶裂隙發(fā)育～較發(fā)育,有基巖裂隙水。

該基坑的特點是附近交通繁忙,但學(xué)校和醫(yī)院聚集,所以噪聲不能太大;場地地下水豐富。圍護(hù)結(jié)構(gòu)需有較好的抗?jié)B作用。建筑物密集,不具備采用放坡開挖的條件,對建筑物沉降需要嚴(yán)格控制。因此,經(jīng)過各種支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點比較,可選用如下方案:

①車站基坑整個圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚度為800mm和槽幅寬6m的地下連續(xù)墻

②采用內(nèi)支撐結(jié)構(gòu),基坑內(nèi)沿深度方向設(shè)置三道圓形鋼管支撐。用直徑600,t=12的焊接鋼管。直撐水平間距3.5m。為了加強各幅槽段的連接作用,提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度,圍護(hù)樁樁頂設(shè)置一道1.0m*0.8m的鋼筋混凝土冠梁,每層支撐設(shè)組合H型鋼腰梁,用2ф450焊接而成。

地下連續(xù)墻施工時振動小、噪聲低,對周圍環(huán)境的影響小;本車站基坑18米左右,選用地下連續(xù)墻剛度大,整體性好,變形相對較小;在密集的建筑群中施工基坑,對周圍地面沉降,建筑物的沉降要求需嚴(yán)格限制時,宜用地下連續(xù)墻;地下連續(xù)墻為連續(xù)整體結(jié)構(gòu),施工時處理好接頭部位,能有較好的抗?jié)B水作用;如采用逆作法施工,地下連續(xù)墻可兼作該地鐵站主體的地下墻體,實現(xiàn)兩墻合一,降低了成本。

結(jié)語

深基坑支護(hù)工程是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程,必須經(jīng)過嚴(yán)密的基坑支護(hù)設(shè)計,制定完善的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案、降水和土方開挖方案、位移監(jiān)測和環(huán)境保護(hù)方案等,并依據(jù)施工方案和有關(guān)的施工規(guī)范、規(guī)程進(jìn)行施工,才能確?；邮┕さ陌踩?/p>

參考文獻(xiàn)

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[4] 范迎春.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型決策方法的研究與應(yīng)用[J].重慶:重慶大學(xué),2005.

[5] 方江華,陳遠(yuǎn)兵.深基坑支護(hù)技術(shù)綜述.西部探礦工程[J],2003(1):28～30.