芻議高層建筑深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)

摘 要：對(duì)高層建筑而言，深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)具有重要意義，它影響了整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性和質(zhì)量。本文對(duì)高層建筑深基坑的支護(hù)性能、基坑開(kāi)挖穩(wěn)定性等要點(diǎn)進(jìn)行了深入細(xì)致的探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；深基坑；開(kāi)挖與支護(hù)

引 言

隨著城市進(jìn)程的不斷加快，城市建筑用地逐漸趨于緊迫，因此建筑物增高是必然的趨勢(shì)。但是目前經(jīng)常發(fā)生高層建筑坍塌的事故，甚至影響周?chē)ㄖ锏陌踩?，所以?yīng)高度關(guān)注作為基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)的深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)，使其保質(zhì)保量。

1 高層建筑深基坑開(kāi)挖與支護(hù)的基本要求

1.1 性能要求與結(jié)構(gòu)

高層建筑深基坑的開(kāi)挖與很多因素有直接聯(lián)系，如地質(zhì)、開(kāi)挖深度、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，一般在下列情況下，開(kāi)挖時(shí)要采取支護(hù)措施：基坑開(kāi)挖危及鄰近建筑物的安全；深度較大不具備自然放坡施工條件；地基土質(zhì)松軟，并有地下水或豐盛上層滯水。當(dāng)具備自然放坡條件時(shí)，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析確定坡度，為保證土坡的穩(wěn)定性，應(yīng)采取恰當(dāng)?shù)氖┕し椒ê褪┕こ绦?，需布置地面和坑?nèi)排水系統(tǒng)，防止雨水對(duì)土坡、坑壁沖刷而造成塌方。還應(yīng)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，以便在出現(xiàn)失穩(wěn)跡象時(shí)，及時(shí)采取補(bǔ)救措施。圖1是幾種常見(jiàn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)：

1.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析

高層建筑一般多建于城市的鬧市區(qū)，施工場(chǎng)地狹窄，鄰近的建筑密集，而地下室埋深多達(dá)十多米，邊坡不容許放坡，必須用護(hù)坡樁進(jìn)行支護(hù)。按目前土壓力理論計(jì)算，護(hù)坡樁的鋼筋僅發(fā)揮1/10～1/5。對(duì)于粘性土地基，由于樁和土體水平位移量不同，使樁土之間產(chǎn)生從地面向下延伸的裂縫，裂縫處土壓力為零，從而土壓力和護(hù)坡樁彎矩減小，使設(shè)計(jì)的鋼筋未能充分發(fā)揮作用。通過(guò)試驗(yàn)研究，采用考慮土體裂縫的土壓力計(jì)算方法，降低土壓力值，由此邊坡彎矩可減少20～40%，大大節(jié)約了投資成本；在樁數(shù)不變的情況下，將單排樁改為雙排樁，則支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度大，水平位移小，樁的內(nèi)力降低，如能與圈梁結(jié)合為整體剛架支護(hù)結(jié)構(gòu)，效果更好。雙排樁的合理樁徑：d=400-600mm，排樁中心距L=（1.5-3.0）d；護(hù)坡樁的圓形截面配筋應(yīng)采用等效的矩形截面配筋，使所配筋集中在受拉一側(cè)，以便充分發(fā)揮鋼筋作用，也可節(jié)省鋼筋；對(duì)于超過(guò)10m深的基坑或基坑附近有重要的建筑物或管線(xiàn)時(shí)，宜采用錨拉或支護(hù)方案，轉(zhuǎn)角處應(yīng)加橫撐，以控制位移和減小樁體內(nèi)力，適當(dāng)加大單樁錨桿的承載力則更為經(jīng)濟(jì)；重要的深基坑工程或?qū)χёo(hù)結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格位移要求的工程，應(yīng)進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，確保施工安全。

2 高層建筑深基坑開(kāi)挖與支護(hù)工程實(shí)例

2.1 工程概況

某市準(zhǔn)備在距離河岸僅有100m左右擬建一座高層建筑，其結(jié)構(gòu)為地下一層，地上11號(hào)樓為7層，6號(hào)樓為17層，均為框架結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)6號(hào)樓采用筏板基礎(chǔ)，11號(hào)樓采用了樁筏基礎(chǔ)。擬建建筑物場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)總體平坦，總體上講場(chǎng)區(qū)地層除表層雜填土以外，其下為第四系沖洪積物，場(chǎng)區(qū)基巖層為紅砂巖層。規(guī)劃范圍內(nèi)原有建筑已經(jīng)拆除，周邊環(huán)境較為復(fù)雜：北側(cè)面臨某河，僅有100m左右的距離；南側(cè)為待開(kāi)發(fā)地段，現(xiàn)狀為空地，以后將陸續(xù)開(kāi)發(fā)建筑；東側(cè)面臨有一棟三層建筑，條形淺基礎(chǔ)，距離擬建建筑物有20～30m的距離；西側(cè)有多棟三、四層住宅，條形淺基礎(chǔ)，最近處距離基礎(chǔ)邊僅有10m左右距離，后面臨近某酒店，四層，基礎(chǔ)為采用天然地基的混凝土條形基礎(chǔ)?；A(chǔ)土方需要開(kāi)挖的尺寸和大致標(biāo)高情況如表1：

2.2 深基坑的開(kāi)挖

2.2.1 開(kāi)挖方案設(shè)計(jì)

開(kāi)挖前要準(zhǔn)備好應(yīng)急材料，如沙袋、木樁等，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開(kāi)挖工作，并應(yīng)注意逐層開(kāi)挖。第一層開(kāi)挖2m深，然后挖1m的排水溝，排1m的水，挖1m的土；再挖1m的排水溝，再排1m的水，再挖1m的土，直至開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高?；娱_(kāi)挖時(shí)將地面附加荷載減到最小，嚴(yán)禁在坑邊堆載或通行重載車(chē)；開(kāi)挖下層土?xí)r，保護(hù)上層支護(hù)的邊坡，不得碰撞排水結(jié)構(gòu)和支護(hù)結(jié)構(gòu)。土方開(kāi)挖以后及時(shí)施工支護(hù)結(jié)構(gòu)，盡量減少土體變形，保證基坑安全；基坑內(nèi)各區(qū)間臺(tái)階先放坡機(jī)械開(kāi)挖，再人工修坡到位；同一層土方開(kāi)挖施工應(yīng)分層分段跳挖施工，出現(xiàn)緊急情況時(shí)便于回填反壓。每次每段開(kāi)挖長(zhǎng)度不大于8m，并及時(shí)檢查現(xiàn)場(chǎng)的排水系統(tǒng)，做好基坑周?chē)乇硭盎觾?nèi)積水的排匯和疏導(dǎo)，防止基坑暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或被雨水浸泡。

2.2.2 開(kāi)挖施工工藝和方法

深基坑的開(kāi)挖施工包括定位放線(xiàn)、土方挖運(yùn)、驗(yàn)槽與地基的局部處理等，放線(xiàn)是根據(jù)定位確定的軸線(xiàn)位置劃出基坑開(kāi)挖邊線(xiàn)。基坑上口尺寸的確定應(yīng)滿(mǎn)足支護(hù)方案設(shè)計(jì)的要求。在第一層土方開(kāi)挖以后，挖第二層土方以前，仍要進(jìn)行第二次放線(xiàn)，以此類(lèi)推，需要放線(xiàn)4～5次。本工程的土方采用W40-C型挖掘機(jī)開(kāi)挖，自卸汽車(chē)運(yùn)土，人工配合清槽的方法。這種作業(yè)方式可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，加快工程進(jìn)度。嚴(yán)格按照支護(hù)設(shè)計(jì)深度開(kāi)挖，并應(yīng)注意逐層開(kāi)挖，第一層開(kāi)挖2m深，然后挖1m的排水溝，排1m的水，挖1m的土；再挖1m的排水溝，再排1m的水，再挖1m的土，直至開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高?；油练介_(kāi)挖采用機(jī)械開(kāi)挖和人工清挖相配合，開(kāi)挖順序按先四周排水溝、后中間挖方區(qū)域、先南后北逐層開(kāi)挖的原則。基坑開(kāi)挖機(jī)械不得碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu)、降水系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，嚴(yán)禁碰撞、擠壓、拖動(dòng)工程樁。

2.3 深基坑的支護(hù)

基坑邊坡支護(hù)主要是邊坡支護(hù)，其土質(zhì)為中粗砂質(zhì)，支護(hù)方法也相對(duì)簡(jiǎn)單，一般可以保證在無(wú)水狀態(tài)下進(jìn)行，先人工修理邊坡，達(dá)到平整以后在邊坡上平排一層實(shí)心粘土磚，以保證支護(hù)對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免人員上下施工時(shí)不至于將邊坡踩踏下滑。如果邊坡始終處于無(wú)水狀態(tài)，簡(jiǎn)單支護(hù)以后就可以滿(mǎn)足施工的要求。如果有地下水滲出，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)引起邊坡變形，再在上面整體做一層30mm厚細(xì)石混凝土，細(xì)石混凝土間隔一定的距離預(yù)留排水孔，以減少滲流水對(duì)邊坡土質(zhì)的影響。邊坡支護(hù)的具體做法見(jiàn)圖2。

基坑支護(hù)施工工藝和方法：

在基礎(chǔ)開(kāi)挖完成、上層排水溝排水穩(wěn)定以后，開(kāi)始進(jìn)行基坑支護(hù)?；又ёo(hù)采用人力手推車(chē)進(jìn)行垂直和水平運(yùn)輸。邊坡襯砌施工以前，為了減少坑壁土體內(nèi)部的積水和含水量，在護(hù)坡處埋設(shè)？準(zhǔn)25塑料排水短管，一般1～2根，根據(jù)實(shí)際情況可作增減。護(hù)壁頂部地面設(shè)置排水溝，溝旁一定范圍的地面要抹水泥砂漿，以利地面排水。為保證施工安全，護(hù)壁頂部設(shè)置欄桿，材料可用？準(zhǔn)25mm鋼筋或？準(zhǔn)48mm鋼管架設(shè)；紅磚護(hù)壁水泥砂漿護(hù)面工程需與基坑開(kāi)挖同時(shí)進(jìn)行。為保證坡度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，保證平整度，在靠近設(shè)計(jì)邊坡附近，應(yīng)停止使用大型機(jī)械開(kāi)挖，采用人工挖鏟，以免擾動(dòng)邊坡土體。對(duì)個(gè)別可能發(fā)生局部垮塌的部位，根據(jù)情況可用砌磚保護(hù)或立?，F(xiàn)澆混凝土保護(hù)。為保證排除坑壁土體中的集水或滲透水，布置？準(zhǔn)25mm塑料排水短管，伸入土體0.1～0.5m左右，縱橫間距一般為2～3m，個(gè)別部位可以增設(shè)排水管。坡頂一樣也要布置排水溝，并在地面一定范圍內(nèi)抹水泥砂漿。安全欄桿設(shè)置位置距坡頂邊緣的距離應(yīng)在0.5～1m左右，以免欄桿受力后引起坡頂垮塌。

3 深基坑工程中應(yīng)引起重視的幾點(diǎn)意見(jiàn)和建議

根據(jù)以上分析，并結(jié)合筆者自身的認(rèn)識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高層建筑深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)中容易出現(xiàn)并應(yīng)引起重視的幾個(gè)問(wèn)題，談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)，并提出幾點(diǎn)建議：

3.1 地下水控制

在所有影響因素中，地下水控制是深基坑工程的難點(diǎn)。由于土質(zhì)和地下水位的條件不同，深基坑開(kāi)挖的施工方法也不相同，有時(shí)在沒(méi)有地下水的情況下，基坑可輕易挖到5m甚至更深，但地下水位較高時(shí)，特別是砂土式粉土，挖到3m，也可能發(fā)生塌方，地下水在土體的滲流，會(huì)造成基坑坡面及坑底會(huì)發(fā)生流砂和管涌等現(xiàn)象，惡化施工作業(yè)條件，甚至造成基坑坍塌的重大事故。地下水控制方法有降水、截水和回灌等幾種形式。

3.2 地質(zhì)勘察

對(duì)勘察單位而言，勘察結(jié)果直接關(guān)系到基坑的安危及成本，同時(shí)也是深基坑設(shè)計(jì)的依據(jù)，應(yīng)引起高度重視。而在勘探過(guò)程中，勘探孔尤其重要。由于一般鉆孔較稀，故可能存在一個(gè)鉆孔代表較大范圍的情況，所以每一層位均應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范劃分清晰，尤其是不良地質(zhì)因素，在允許的有條件的情況下，勘探孔應(yīng)涉及坑外錨索或土釘可能延長(zhǎng)到的范圍。

3.3 土體加固

地質(zhì)環(huán)境對(duì)深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)也有很大的影響，基坑及周?chē)貙拥耐馏w要進(jìn)行加固；在軟弱土層，如在沿海城市地區(qū)，只有擋土圍護(hù)的基坑在開(kāi)挖時(shí)，仍然會(huì)使周?chē)翆赢a(chǎn)生一定的變形，這些變形對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生了不利影響，基坑底有承壓水存在，坑底若被承壓水頂破而發(fā)生涌砂，降起，基坑就相當(dāng)危險(xiǎn)，在地下水位以下的松砂礫或滲透性較大的地層中，會(huì)發(fā)生固擋土結(jié)構(gòu)縫隙滲漏，因此應(yīng)進(jìn)行加固。

4 結(jié)束語(yǔ)

在高層建筑工程中，深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)是非常重要的組成部分，對(duì)整個(gè)工程的造價(jià)、工期、質(zhì)量都有十分重要的影響?，F(xiàn)階段深基坑倒塌事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)工程造成極大的危害，因此，要不斷加強(qiáng)對(duì)高層建筑深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)的研究，提高技術(shù)水平，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：夏于忠（1978-），男，貴州遵義人，本科，工程師，主要從事建筑工程施工管理工作。