深基坑支護(hù)形式淺談

李 酉，劉 凱，梁永春

（天津市水利勘測設(shè)計院，天津 300204）

1 引言

深基坑是指開挖深度超過5 m（含5 m）或地下室3層以上（含3層），或深度雖未超過5 m但地質(zhì)條件和周邊環(huán)境及地下管線特別復(fù)雜的工程。

影響基坑穩(wěn)定的主要因素包括：開挖巖土體和地下水特征、基坑深度及放坡坡度、基坑周邊環(huán)境條件、施工因素、氣象因素等。

2 常用的基坑支護(hù)形式

深基坑支護(hù)不僅要求確保邊坡的穩(wěn)定，而且要滿足變形控制要求，以確?；又車慕ㄖ铩⒌叵鹿芫€、道路等的安全。如今支護(hù)結(jié)構(gòu)日臻完善，出現(xiàn)了許多新的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式與穩(wěn)定邊坡的方法

2.1 樁錨

樁錨支護(hù)體系是樁與預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合支護(hù)的簡稱。該支護(hù)形式在天津市始于20世紀(jì)90年代初期，至今仍是常用的支護(hù)形式之一，一般使用于地下1～3層基坑工程。

聯(lián)合支護(hù)體系中，樁體起到擋土的作用，樁端應(yīng)嵌入持力層或基坑底板以下一定的深度。樁間土若是含水層或者過飽和軟弱土夾含水砂土薄層時，多采用Φ500深層攪拌樁或Φ1 200高壓旋噴樁形成止水帷幕，起到截（擋）水的作用。樁頂用鋼筋混凝土冠梁連結(jié)，起到遏制樁頂變形的作用。

樁體自上而下按照一定的網(wǎng)度布設(shè)多道預(yù)應(yīng)力錨桿（索），并通過橫梁背拉樁體，共同約束基坑邊坡變形，為確保邊坡的整體穩(wěn)定起到了主動支護(hù)的作用。

對于錨桿（索）施加預(yù)應(yīng)力，其目的即在錨桿周圍的巖土體中產(chǎn)生壓應(yīng)力區(qū)，增加潛在滑動面上的正應(yīng)力和抗剪阻力，減少了非穩(wěn)定性土體的下滑力。

2.2 土釘墻

土釘墻支護(hù)是一種新型的基坑支護(hù)形式，起到對土體原位加固的作用。它是由被加固的原位土體、設(shè)置在土體中的土釘群和噴射鋼筋混凝土面層所組成的一種復(fù)合的、自穩(wěn)性能好的、類似重力式擋墻結(jié)構(gòu)的支護(hù)體系，以抵抗墻后土壓力和其他作用力，從而使邊坡維持穩(wěn)定。

土釘可分為成孔注漿土釘和打入式土釘2種。為了使土釘與面層有效連接，故應(yīng)設(shè)置承壓板和加強(qiáng)筋等構(gòu)造措施。

土釘孔注漿宜用水泥凈漿或水泥砂漿，其強(qiáng)度不宜低于20 MPa。土釘長度宜為基坑開挖深度的0.5～1.2倍，不宜小于6 m，當(dāng)長度由6 m增加到15 m時安全系數(shù)劇增；當(dāng)長度大于15 m時安全系數(shù)趨于常數(shù)。土釘間距宜為1～2 m，土釘與水平面的夾角為5～15°時安全系數(shù)增大，當(dāng)大于15°時安全系數(shù)減少。

土釘墻適用于地下水位以上或者經(jīng)過降水后的人工填土、粘性土、弱膠結(jié)砂土。由于成孔的原因，土釘墻不適用于含水豐富的砂土層和卵石層，也不適用于自穩(wěn)能力差的淤泥、淤泥質(zhì)土夾粉砂薄層、飽和軟弱土層，更不適用于對變形有嚴(yán)格要求的深基坑工程。但是，當(dāng)基坑變形有嚴(yán)格要求時，也可在土釘支護(hù)中配合使用預(yù)應(yīng)力錨桿，通過土釘、錨桿、面層共同對基坑土體構(gòu)成管箍作用，遏制基坑的變形。

許多工程的經(jīng)驗(yàn)說明，土釘墻支護(hù)受到破壞幾乎均與地下水的作用有直接的關(guān)系。因此，土釘墻支護(hù)必須做好降水，且不能作為擋水結(jié)構(gòu)使用。

土釘墻支護(hù)由于能合理利用土體的自承能力，將土體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)不可分割的組成部分，做到結(jié)構(gòu)輕、柔性大，有良好的抗震性能，設(shè)備簡單、輕便，施工工藝不復(fù)雜、速度快，造價比較低，而得到廣泛應(yīng)用。

2.3 深層攪拌樁

深層攪拌樁支護(hù)是利用水泥作固化劑，采用機(jī)械攪拌將固化劑和軟土強(qiáng)制拌合，并相互產(chǎn)生一系列物化反應(yīng)而逐漸硬化，形成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的壁狀、格柵狀等不同形式的水泥土樁墻。20世紀(jì)90年代初期，我國才將深層攪拌樁支護(hù)體系用于基坑支護(hù)中。其適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、素填土等，當(dāng)含有機(jī)質(zhì)土、泥炭質(zhì)土、泥炭土?xí)r宜通過試驗(yàn)確定其適用性。

攪拌樁承樁材料由具有一定剛度的脆性材料所組成，為介于剛性樁（灌注樁、鋼筋混凝土預(yù)制樁）和柔性樁（砂樁、碎石樁、灰土樁）之間的一種樁型。其抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小得多。當(dāng)基坑開挖深度增加時，其承受水平向荷載加大，必然要大幅度地增加樁長和墻體寬度，從而使深層攪拌樁顯得不夠經(jīng)濟(jì)、合理。另外，當(dāng)土體工程性狀差、被動區(qū)土壓力較小時，也可在被動區(qū)進(jìn)行深層攪拌樁施工形成水泥土，改善被動區(qū)的土性，提高被動土的壓力，這樣往往比增加樁的嵌入深度更經(jīng)濟(jì)、更有效。

支護(hù)可根據(jù)土質(zhì)性狀、地下水、周邊環(huán)境、施工條件因素選擇合適的支護(hù)形式，也可與其他支護(hù)形式聯(lián)合使用。

深層攪拌樁支護(hù)具有很多優(yōu)點(diǎn)：①在樁體中最大限度地利用了原土，水泥用量相對比較少；②對地基土無側(cè)向擠壓作用，對附近已有建筑物影響??；③設(shè)計比較靈活，可以合理地選擇固化劑，根據(jù)設(shè)計要求樁身強(qiáng)度可以通過重復(fù)噴漿來實(shí)現(xiàn)，這一特點(diǎn)是其他樁型不具備的；④施工無噪音、無振動、無污染，可以在城區(qū)內(nèi)及密集建筑群中施工；⑤加固后的土體重度基本不變，對軟弱下臥層不致產(chǎn)生附加沉降；⑥造價低，工期短，效果比較好；⑦用作臨時性支護(hù)結(jié)構(gòu)，既擋土又截水，因此應(yīng)用廣泛。

2.4 坡率法

“坡率法”通常指的是“放坡開挖”。根據(jù)巖土工程性狀控制邊坡開挖的允許坡率，以確?；舆吰碌姆€(wěn)定。這是基坑支護(hù)施工中最古老的、也是最為經(jīng)濟(jì)的基坑支護(hù)方案。

“坡率法”的適用條件為：①空間條件：首選在基坑周圍具有放坡開挖的空間，又不影響鄰近已有工程的安全和正常使用；②巖土條件：巖土體的自穩(wěn)性能良好；③地下水條件：地下水位埋深較深，以在開挖深度之下為佳；④坑深條件：基坑開挖深度適用于地下1～2層的工程。

當(dāng)遇到坡高＞5 m的土質(zhì)邊坡時，“放坡開挖”法宜在坡面的中部設(shè)1～2 m寬的過渡平臺，并采用上半坡稍陡、下半坡稍緩的放坡原則。

對于土質(zhì)邊坡或易吸水軟化的邊坡來說，應(yīng)將坡頂處做成倒坡，以嚴(yán)防地表水浸蝕坡面和流入坑內(nèi)；坡面處采取固坡措施，其方法有鋼釘掛網(wǎng)噴混凝土護(hù)面、土工織物加筋、砂袋疊置反壓等。同時，留泄水孔，坑底挖排水溝和集水井。

對于風(fēng)化巖坡面來說，由于內(nèi)營力地質(zhì)作用易導(dǎo)致坡面出現(xiàn)丟塊、滑塌等現(xiàn)象。因此，一方面采取護(hù)面措施，另一方面加強(qiáng)坡頂變形監(jiān)測。

當(dāng)基坑位于地下水位之下時，由于地下水的作用造成邊坡坍塌事故的發(fā)生也是常有之事。特別是當(dāng)邊坡為粉土夾粉細(xì)砂薄層或者是砂土層時，易產(chǎn)生“層間管涌”、流砂現(xiàn)象。因此，應(yīng)在坑外事先采取單井降水或輕型井點(diǎn)降水方案。

3 基坑變形監(jiān)測

任何一起基坑工程事故，無一例外地與監(jiān)測不力、不準(zhǔn)確、不及時有直接關(guān)系?；庸こ瘫O(jiān)測是檢驗(yàn)設(shè)計方案正確性的重要手段，又是及時指導(dǎo)正確施工、避免事故發(fā)生的必要措施。

基坑變形監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的原則有可靠性原則、多層次監(jiān)測原則、重點(diǎn)監(jiān)測關(guān)鍵區(qū)的原則、經(jīng)濟(jì)合理的原則、方便實(shí)用的原則。

4 結(jié)語

深基坑支護(hù)工程是近20年來隨著城市高層建筑發(fā)展而劇增的，還有待于理論上和實(shí)踐上的完善。選擇一種在經(jīng)濟(jì)技術(shù)上都合理的支護(hù)類型，必須充分考慮現(xiàn)場環(huán)境、工程地質(zhì)條件以及工程要求。