深基坑支護(hù)技術(shù)探討

摘要：由于現(xiàn)代建筑工程施工環(huán)境日趨復(fù)雜，因此在具體的施工過程中，需要確保施工安全和質(zhì)量，就需要盡可能確保地下結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量以及基坑周邊建筑的安全。文章對深基坑技術(shù)中的柱列式灌注樁、錨桿、土釘墻、逆作法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合工程實際進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)探索，具有較強的工程實踐性。

關(guān)鍵詞：建筑工程；深基坑；支護(hù)技術(shù)；柱列式灌注樁

中圖分類號：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）10-0044-03

1 概述

深基坑支護(hù)，主要是對基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護(hù)措施，一般來說，建筑工程的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，會在施工的過程中，承受各方面的壓力，包括水土壓力及地面荷載、鄰近建筑物基底壓力等。為確保整個工程能夠順利進(jìn)行，確保整個工程的施工質(zhì)量，就需要根據(jù)工程的實際需要，采取合適的深基坑支護(hù)技術(shù)。一般來說，深基坑技術(shù)主要有柱列式灌注樁、錨桿、土釘墻、逆作法等。

2 柱列式灌注樁

柱列式灌注樁是以直徑為80～120cm的鋼筋混凝土灌注樁為立柱，配合土錨桿或橫向支撐以減少樁身彎矩的擋土結(jié)構(gòu)。它的優(yōu)點是可使用鉆孔機械，按通常灌注樁施工方法施工。在地下水位較低時還可用人工挖孔，施工簡便，造價較低，無噪聲；其缺點是整體性能較差，無防水能力。因此，必須在樁頂做斷面較大的圈梁，以增強其整體性。采用降水或用水泥攪拌樁，組成具有一定強度的防滲墻，如圖1所示。采用土錨桿或橫向支撐時還需加縱向環(huán)梁，一般用工字鋼。其尺寸需通過計算確定。待地下室施工完成后可以拆除。

柱列式灌注樁的凈距一般為20～50cm，根據(jù)土的抗剪強度及開挖深度確定。目前采用柱列式灌注樁作為地下基坑支護(hù)的施工方法較為普遍。一是因施工簡便易行，二是它適合2～3層地下室施工要求，從綜合指標(biāo)分析，可能是最佳方案。在國外還有柱列式H型鋼樁擋土結(jié)構(gòu)。在型鋼之間插入木擋板作為擋土，完工后拔出，但重復(fù)使用率較低，造價較高。H型鋼樁最大的優(yōu)點是便于逆作法施工，室內(nèi)梁板鋼筋與擋土樁的連接問題可通過焊接解決。

3 土錨桿

土層錨桿，簡稱土錨桿，是在地面或深開挖的地下室墻面或基坑立壁未開挖的土層鉆孔，達(dá)到設(shè)計深度后，在孔內(nèi)放入鋼筋或其他抗拉材料，灌入水泥漿使土層結(jié)合成為抗拉力強的錨桿。為了均勻分配傳到連續(xù)墻或柱列式灌注樁上的土壓力，減少墻、柱的水平位移和配筋，一端采用錨桿與墻、柱連接，另一端錨固在土層中，用以維持坑壁的穩(wěn)定。圖2為錨桿示意圖。它由頭部連接、拉桿、錨固體三部分組成。

3.1 施工機械

施工機械有沖擊式鉆機、旋轉(zhuǎn)式鉆機及旋轉(zhuǎn)式?jīng)_擊鉆機等。沖擊式鉆機適用于砂石層地層；旋轉(zhuǎn)式鉆機可用于各種地層。它靠鉆具旋轉(zhuǎn)切削鉆進(jìn)成孔，也可加套管成孔。錨桿承受拉力，一般采用螺紋鋼、鋼絞線等強度高、延伸率大、疲勞強度高的材料。永久性錨桿尚需進(jìn)行防腐處理。

3.2 土錨桿的施工程序

土錨桿的施工程序為：鉆孔→安放拉桿→灌漿→養(yǎng)護(hù)→安裝錨頭→張拉錨固和挖土。施工過程中，首先要掌握打孔質(zhì)量，包括位置、斜度及深度。當(dāng)錨桿達(dá)到預(yù)定位置后，開始加壓灌漿。通常采用水泥漿和水泥砂漿，水泥砂漿比為1∶1～1∶0.5。基坑錨桿壓漿只在錨固段進(jìn)行。利用壓漿塞封住段口，并在壓力下使錨固段錨桿與土之間砂漿凝固，養(yǎng)護(hù)7天后即可進(jìn)行張拉實驗，確認(rèn)達(dá)到設(shè)計壓力后才最后固定。

3.3 解決邊坡穩(wěn)定問題的方式

在淤泥質(zhì)軟粘土中，錨桿砂漿穩(wěn)固能力很差，一般不采用錨桿來解決邊坡穩(wěn)定問題，而用內(nèi)撐支擋。支擋結(jié)構(gòu)種類很多，最重要的設(shè)計原則是保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，要考慮足夠的安全度。

3.4 錨桿與支撐兩者的作用相同

錨桿便于施工開挖，但造價較高；支撐便于監(jiān)測，易于控制，但施工開挖較困難。決定的因素還是開挖深度、土質(zhì)強弱、周圍有無建筑或管道等。

4 土釘墻

土釘加固技術(shù)是在土體內(nèi)嵌入一定長度和分布密度的土釘體，如圖3所示，與土共同作用，用以彌補土體自身強度的不足。它不僅提高了土體整體剛度，增加了邊坡的穩(wěn)定性，使基坑開挖的坡面保持穩(wěn)定，而且彌補了土體的抗拉和抗剪強度低的弱點。通過相互作用，土體自身結(jié)構(gòu)強度的潛力得到充分發(fā)揮，顯著提高了整體穩(wěn)定性。

土釘墻適用于地下水低于土坡開挖段或經(jīng)過降水措施后使地下水位低于開挖層的情況。為了保證土釘墻的施工，土層在分階段開挖時，應(yīng)能保持自身穩(wěn)定。為此，土釘適用于有一定粘結(jié)性的雜填土、粘性土、黃土類土及含有30%以上粘土顆粒的砂土邊坡。此外，當(dāng)采用噴射混凝土面層或坡面淺層注漿等穩(wěn)定坡面措施，能夠保證每一邊坡臺階的自身穩(wěn)定時，也可采用土釘支護(hù)體系作為穩(wěn)定砂土邊坡的方法。

當(dāng)然，土釘技術(shù)在應(yīng)用上也有其一定的局限性：土釘墻施工時一般要先開挖土層1～2m深，在噴射混凝土和安裝土釘前需要在無支護(hù)情況下穩(wěn)定幾個小時，因此土體必須要有一定的“粘聚力”，否則需先進(jìn)行灌漿處理，使造價增加和施工復(fù)雜。另外，土釘墻施工時要求坡面無水滲出。若地下水從坡面滲出，則開挖后坡面會出現(xiàn)局部坍滑，這樣就不可能形成一層噴射混凝土面。其土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝分析如下：

4.1 開挖工作面

土釘墻開挖應(yīng)分段、分層進(jìn)行，分層開挖深度主要取決于與暴露坡面的“直立”能力?；娱_挖和土釘墻施工應(yīng)按設(shè)計要求自上而下分段、分層進(jìn)行?？紤]到土釘施工設(shè)備，分層開挖至少要6m寬。開挖長度取決于交叉施工期間能保持坡面穩(wěn)定的坡面面積。當(dāng)要求變形小時，開挖可按兩段長度分先后施工，縱向長度一般為10m。在機械開挖后，應(yīng)輔以人工修整坡面，坡面平整度允許偏差為±20mm，在坡面噴射混凝土支護(hù)之前，坡面虛土應(yīng)予以清除。

4.2 噴射混凝土

通常為了防止土體松弛和崩解，必須盡快做第一層噴射混凝土，厚度不宜小于40～50mm。所用的混凝土水泥最少含量為400kg/m3，并建議每100m2設(shè)置一個控制“格”或“盒”，以控制現(xiàn)場混凝土的澆筑質(zhì)量。當(dāng)不允許產(chǎn)生裂縫時，加強養(yǎng)護(hù)特別重要。

4.3 設(shè)置土釘

土釘施工包括定位、成孔、設(shè)置鋼筋、注漿等工序。鉆孔工藝和方法與土層條件、施工單位的設(shè)備和經(jīng)驗有關(guān)。

4.4 鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)應(yīng)在噴射第一層混凝土后鋪設(shè)，鋼筋與第一層噴射混凝土的間上拖引，防止鋼筋產(chǎn)生彎曲變形。鋼筋籠進(jìn)入槽內(nèi)時，吊點中心必須對準(zhǔn)槽后徐徐下降，注意不要因起重臂擺動或其他原因使其產(chǎn)生橫向擺動，造成槽壁坍塌。鋼筋籠放入槽內(nèi)后，檢查鋼筋籠的頂端標(biāo)高，準(zhǔn)確無誤后安放在導(dǎo)墻上。如果鋼筋籠是分段制作的，吊放時需要接長，下段懸掛在導(dǎo)墻上，然后將上段鋼筋籠垂直吊起，上下兩段找正后立即進(jìn)行連接。鋼筋籠不能順利插入槽內(nèi)時，應(yīng)該重新吊出，查明原因并處理后再進(jìn)行安放，如有需要則在修槽之后再吊放。不能強行插放，否則將引起坍塌，產(chǎn)生大量沉渣，影響工程質(zhì)量。

5 逆作法

在城市內(nèi)施工時因場地狹窄，受到施工場地的限制，不可能放坡，逆作法施工技術(shù)日益被重視，并且施工支擋可用地下室永久結(jié)構(gòu)代替，各層樓板可做施工之用，并可縮短工期、節(jié)約造價。

逆作法的施工與正?；邮┕は喾?，先施工上層地下室，再施工下層地下室，最后澆筑底板。原有連續(xù)墻或柱列式鋼筋混凝土樁可作為地下室的臨時外墻。施工時按柱網(wǎng)排列，先做鋼骨臨時支撐柱。

在地面上做最上層樓面結(jié)構(gòu)。澆筑過程中預(yù)留車道、出土口，便于挖出第一層樓面下的土方。挖完土方后，繼續(xù)做第二層樓面，并澆筑鋼筋混凝土柱。原有鋼骨（型鋼或鋼管）留在柱內(nèi)，便于柱、梁、板的連接。按此順序施工，至澆完底板為止。關(guān)于梁與連續(xù)墻的連接，可在連續(xù)墻鋼筋網(wǎng)上的相應(yīng)位置預(yù)埋構(gòu)件以便焊接。

由于逆作法具有施工穩(wěn)定、節(jié)省材料與工期的優(yōu)點，并解決了施工場地不足的問題，在城市中不僅用于高層建筑地下室，還用作地下車站施工，效果很好。唯一的要求在于提高施工技術(shù)，組織各工種統(tǒng)一步調(diào)，密切協(xié)作，才能保證質(zhì)量。

6 深基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用前景

深基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，但是隨著建筑工程環(huán)境的日趨復(fù)雜，深基坑支護(hù)技術(shù)也必須要不斷地進(jìn)行調(diào)整，這樣才能適應(yīng)整個建筑行業(yè)的發(fā)展，才能保證施工工程的質(zhì)量。從目前的情況看，深基坑支護(hù)技術(shù)方可以從以下幾個方面尋求突破：

6.1 改變傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計觀念

從目前的情況看，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計仍然沒有一種精確的計算方法，仍采用傳統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)荷載法”，而事實證明，這種理念下的計算結(jié)果與深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實際受力，會產(chǎn)生相當(dāng)大的差距，既不安全也不經(jīng)濟(jì)。

而實際上，業(yè)內(nèi)人士對探討和建立動態(tài)設(shè)計體系已形成共識，許多專家已開始從事這方面的研究。同時，這些年來，我國在深基坑支護(hù)技術(shù)上已經(jīng)積累了很多實踐經(jīng)驗，也已經(jīng)收集了施工過程中的一些技術(shù)數(shù)據(jù)，已初步摸索出巖土變化支護(hù)結(jié)構(gòu)實際受力的規(guī)律，為建立深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的新理論打下了良好的基礎(chǔ)。

6.2 建立變形控制的新的工程設(shè)計方法

變形控制設(shè)計中變形控制量應(yīng)根據(jù)基坑周圍環(huán)境條件因地制宜確定，不是要求基坑圍護(hù)變形愈小愈好，也不宜簡單地規(guī)定一個變形允許值，應(yīng)以基坑變形對周圍市政道路、地下管線、建（構(gòu)）筑物不會產(chǎn)生不良影響，不會影響其正常使用為標(biāo)準(zhǔn)。

因此，需要建立新的變形控制設(shè)計方法，著重研究以下問題：支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制的標(biāo)準(zhǔn)，這是關(guān)系支護(hù)結(jié)構(gòu)成敗的決定性數(shù)據(jù)，但至今仍沒有一個具體標(biāo)準(zhǔn)；空間應(yīng)變簡化為平面應(yīng)變，這是如何將開挖過程中的空間效應(yīng)轉(zhuǎn)化為設(shè)計中的平面應(yīng)變問題；地面超載的確定及其對支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響。

6.3 探討新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算方法

隨著大量高層、超高層建筑以及地下工程的不斷涌現(xiàn)，對基坑工程的要求越來越高，隨之出現(xiàn)的問題也越來越多，導(dǎo)致許多新的支護(hù)結(jié)構(gòu)型式相繼問世，如雙排樁、土釘、組合拱帷幕、旋噴土錨、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土多孔板等。但是，這些支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的計算模型如何建立、計算簡圖怎樣選取、設(shè)計方法如何趨于正確，仍是當(dāng)前新型支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中急需解決的問題。

從當(dāng)前的情況看，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)正在向著綜合性方向發(fā)展，即受力結(jié)構(gòu)與止水結(jié)構(gòu)相結(jié)合、臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)與永久支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合、基坑開挖方式與支護(hù)結(jié)構(gòu)型式相結(jié)合。這些結(jié)合必然使支護(hù)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，因此工程技術(shù)人員必須探討新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算方法。

7 結(jié)語

綜上所述，深基坑技術(shù)是建筑工程施工技術(shù)的重要組成部分，其對建筑工程的施工安全和施工質(zhì)量都有著重要的影響。因此，施工部門需要根據(jù)工程的實際需要，確定科學(xué)合理的施工方案，并在具體執(zhí)行的過程中采取相應(yīng)的監(jiān)管措施，保證工程的質(zhì)量。

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作者簡介：鐘肇悅，廣西建工集團(tuán)第二建筑工程有限責(zé)任公司國家注冊一級建造師，研究方向：房建項目施工及管理。

（責(zé)任編輯：吳 濤）