深基坑施工技術(shù)分析

孟慶豐

（大慶建筑安裝集團(tuán)有限責(zé)任公司，黑龍江，大慶，163000）

深基坑施工技術(shù)分析

孟慶豐

（大慶建筑安裝集團(tuán)有限責(zé)任公司，黑龍江，大慶，163000）

結(jié)合近年來一些深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工，概述了較成熟的深基坑支護(hù)類型及適應(yīng)范圍，簡(jiǎn)述了深基坑設(shè)計(jì)理論及其存在的一些問題，對(duì)深基坑支護(hù)工程今后的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了探討，以期進(jìn)一步完善深基坑支護(hù)技術(shù)。

深基坑；支護(hù)技術(shù)

一、深基坑支護(hù)類型

1、土釘墻支護(hù)。2、攪拌樁支護(hù)。3、柱列式灌注樁、排樁支護(hù)。4、內(nèi)支撐和錨桿支護(hù)。5、鋼板樁支護(hù)。6、地下連續(xù)墻。

二、深基坑支護(hù)的土壓力

1、土強(qiáng)度指標(biāo)的選擇

土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C，與土的固結(jié)度有密切的關(guān)系，土的固結(jié)過程就是土中孔隙水壓力的消散過程，對(duì)于同一種土，在不同排水條件下進(jìn)行試驗(yàn)，可以得出不同的抗剪指標(biāo) C和，故試驗(yàn)條件的選取應(yīng)盡可能反映地基土的實(shí)際工作狀態(tài)。在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)采用三軸試驗(yàn)的指標(biāo)，才能保證選取參數(shù)值的客觀性和準(zhǔn)確性。對(duì)于黏性土，計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)背后由自重應(yīng)力而產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力采用三軸試驗(yàn)的固結(jié)不排水剪的指標(biāo)與實(shí)際工作狀態(tài)較致，但由地面臨時(shí)荷載而產(chǎn)生的土壓力，通常采用三軸不排水剪指標(biāo)較合理。特別對(duì)于軟黏性土，最好采用現(xiàn)場(chǎng)十字板的原位測(cè)試方法確定c和妒，因?yàn)槭覂?nèi)試驗(yàn)的擾動(dòng)影響太明顯，強(qiáng)度指標(biāo)偏低，使設(shè)計(jì)過于保守。計(jì)算基坑內(nèi)被動(dòng)土壓力時(shí)，一般宜采用三軸固結(jié)不排水剪。對(duì)于砂土，由于排水固結(jié)迅速，對(duì)于任何情況，均可采用排水剪指標(biāo)，或采用固結(jié)不排水剪經(jīng)孔隙水壓力修正后的c，值來計(jì)算土壓力。

2、土壓力計(jì)算理論及方法

（1）試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了太沙基理論的定性結(jié)論，土壓力大小取決于位移的大小和位移方向；

（2）實(shí)測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)變形小于5%H(H為開挖深度)時(shí)，被動(dòng)土壓力仍然能得到充分發(fā)揮，所以說，對(duì)于深基坑工程的實(shí)際變形情況而言，套用一些經(jīng)驗(yàn)的位移指標(biāo)來判斷墻前土體是否達(dá)到被動(dòng)極限狀態(tài)，是有局限性的；3)在黏性土上的許多基坑支護(hù)工程，護(hù)坡樁鋼筋強(qiáng)度未完全發(fā)揮，實(shí)際鋼筋應(yīng)力還低于鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，造成很大浪費(fèi)，而造成鋼筋應(yīng)力低的原因主要是計(jì)算土壓力大于實(shí)際土壓力。實(shí)驗(yàn)還表明，把基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)視為平面不合理，因?yàn)榛庸こ痰摹敖切?yīng)”即土壓力的空間效應(yīng)，對(duì)墻體位移有明顯的抑制作用。利用這種空間效應(yīng)可以在兩邊折減樁數(shù)或減少配筋量。

3、水土壓力的合算與分算

按照有效應(yīng)力原理，可知“土、水壓力分算”比“土、水壓力合算”概念要清楚。但由于要測(cè)得有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，一般試驗(yàn)難以做好，而且水、土壓力合算法在一些軟黏土地區(qū)的臨時(shí)性開挖工程中土壓力計(jì)算值與實(shí)測(cè)值較為符合。

土在有水作用時(shí)，墻后土壓力主要是水、土壓力共同作用的結(jié)果，在未搞清水、土耦合效應(yīng)的前提下，水、土壓力合算是一個(gè)包含一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合方法，對(duì)工程實(shí)踐來說是有利的。

為搞清墻后土體在水、土共同作用下的破壞機(jī)理，進(jìn)行水、土壓力分算，是符合系統(tǒng)科學(xué)原理的方法。

三、支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

1、靜力平衡法

靜力平衡法亦稱自由端支承法，該法假定圍護(hù)結(jié)構(gòu)是剛性的，并可繞支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的前側(cè)產(chǎn)生被動(dòng)土壓力，后側(cè)產(chǎn)生主動(dòng)土壓力。靜力平衡法適用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度不太深即底端非嵌固的情況，此時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于土壓力的作用而達(dá)到極限平衡狀態(tài)。利用墻前后土壓力的極限平衡條件來求插入深度、結(jié)構(gòu)內(nèi)力等。

2、等值梁法

單支撐(錨拉)埋深板樁計(jì)算，將其視為上端簡(jiǎn)支、下端固定支承，變形曲線有一反彎點(diǎn)，一般認(rèn)為該點(diǎn)彎矩值為零，于是可把擋土結(jié)構(gòu)劃分為兩段假想梁，上部為簡(jiǎn)支，下部為一次超靜定結(jié)構(gòu)，其彎矩圖不變，該法稱為等值梁法。實(shí)踐表明，等值梁法計(jì)算板樁是偏于安全的，實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算常將最大彎矩予以折減，折減經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為0.6～0.8，一般取0.74。等值梁法基于極限平衡狀態(tài)理論，假定支擋結(jié)構(gòu)前后受極限狀態(tài)的主被動(dòng)土壓力作用，不能反映支擋結(jié)構(gòu)的變形情況，亦即無法預(yù)先估計(jì)開挖對(duì)周圍建筑物的影響，故一般僅作支護(hù)體系內(nèi)力計(jì)算的校核方法之一。

3、彈性地基梁的m法

基坑工程彈性地基梁法取單位寬度的擋墻作為豎直放置的彈性地基梁，支撐簡(jiǎn)化為與截面面積、彈性模量和計(jì)算長(zhǎng)度等有關(guān)的二力桿彈簧。彈性地基梁法中土對(duì)支擋結(jié)構(gòu)的抗力(地基反力)用土彈簧模擬，地基反力的大小與擋墻的變形有關(guān)，即地基反力由水平地基反力系數(shù)同該深度擋墻變形的乘積確定。即f=mzy，其中，.f為土對(duì)支擋結(jié)構(gòu)的水平地基反力，kN／m2；為比例系數(shù)，kN／m4；為計(jì)算深度，m；為計(jì)算點(diǎn)處擋墻的水平位移m。彈性地基梁的m法優(yōu)點(diǎn)是考慮了支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的變形協(xié)調(diào)。工程實(shí)踐表明，在軟土中的懸臂樁支護(hù)計(jì)算采用 m法，計(jì)算位移與實(shí)測(cè)位移有很大差異，實(shí)測(cè)位移是計(jì)算值的好幾倍。這說明樁后土體變形已不再屬于彈性范圍。另外，m法無法直接確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的插入深度，通常假定試算有很大的隨意性，有時(shí)樁底落在軟弱土層中，還需經(jīng)驗(yàn)來修正。

4、彈塑有限元法

有限單元法作為今后基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算的發(fā)展方向，它的優(yōu)點(diǎn)是考慮了土體與結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)，而且可以得出塑性區(qū)的分布，從而判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)定性。但選取合理的本構(gòu)模型與計(jì)算參數(shù)，以及塑性區(qū)范圍與穩(wěn)定性之間的定量關(guān)系均缺乏經(jīng)驗(yàn)。目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展，為有限單元法的完善提供了更有利的工具。在結(jié)構(gòu)計(jì)算方面，建立了能考慮基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土壓力的空間非線性共同作用理論及其計(jì)算方法，并編成程序，方便高效地完成基坑圍護(hù)工程的計(jì)算。

四、地下水治理

1、明排水治理法

在填土、淺層黏性土中開挖基坑，經(jīng)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)判斷不可能發(fā)生坑底突涌或側(cè)壁滲漏、流土，可采用明溝盲溝排水方法。

2、井點(diǎn)降水治理法

降水治理方法適用以下條件：1)地下水位較淺的砂石類或粉土類土層；2)周圍環(huán)境容許地面有一定的沉降；3)止水帷幕密閉，坑內(nèi)降水時(shí)坑外水位下降不大；4)基坑開挖深度與抽水量均不大，或基坑施工期較短；5)有有效措施足以使鄰近地面沉降控制在容許值以內(nèi)；6)具有地區(qū)性成熟經(jīng)驗(yàn)，驗(yàn)證降水對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生大的不良影響。填土、粉土及含薄層粉砂的粉質(zhì)黏土含水層涌水量不大時(shí)，適用輕型井點(diǎn)降水。黏性土、淤泥質(zhì)土和粉土，適用電滲井點(diǎn)降水。砂土、粉土地層適用噴射井點(diǎn)降水。砂土、碎石土和巖石地層適用管井井點(diǎn)降水。管井降水可根據(jù)水文地質(zhì)條件，水位降幅要求和環(huán)境保護(hù)要求采用完整井或非完整井。

3、隔滲治理法

采取隔滲措施治理方法適用以下條件：1)開挖深度以上或坑底以下接近坑底部位分布有粉土、粉砂，有可能產(chǎn)生流土?xí)r；2)鄰近基坑有地表水體(湖塘、渠道、河流)，與基坑之間沒有可靠隔水層時(shí)；3)有承壓水突涌可能，且無降水措施時(shí)。

4、減小降水不良影響的措施

1)充分估計(jì)降水可能引起的不良影響；2)設(shè)置有效的止水帷幕，盡量不在坑外降水；3)采用地下連續(xù)墻；4)坑底以下設(shè)置水平向止水帷幕；5)設(shè)置回灌系統(tǒng)，形成人為常水頭邊界?；毓嘞到y(tǒng)適用于粉土粉砂土層。

五、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和施工

深基坑工程是土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系相互作用的一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)，僅依靠理論分析和經(jīng)驗(yàn)估計(jì)是難以把握在復(fù)雜等條件下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體的變形破壞，也難以完成可靠而經(jīng)濟(jì)的基坑設(shè)計(jì)。通過施工時(shí)對(duì)整個(gè)基坑工程系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，可以了解其變化的態(tài)勢(shì)，利用監(jiān)測(cè)信息的反饋分析，就能較好地預(yù)測(cè)系統(tǒng)的變化趨勢(shì)。當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情預(yù)兆時(shí)，可做出預(yù)警，及時(shí)采取措施，保證施工和環(huán)境的安全；當(dāng)安全儲(chǔ)備過大時(shí)，可及時(shí)修改設(shè)計(jì)，削減圍護(hù)措施，通過分析，可修改設(shè)計(jì)模型，調(diào)整計(jì)算參數(shù)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計(jì)與施工水平。

TU031

1674-3954（2011）03-0166-01