建筑工程深基坑支護(hù)施工技術(shù)的研究

楊永清

【摘要】保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全工作，除必須有合理的設(shè)計(jì)外，還需施工的密切配合，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求精心施工。施工全過程實(shí)際上是一個(gè)對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加荷載的全過程，任何超挖都使得支護(hù)結(jié)構(gòu)超載工作，必然導(dǎo)致嚴(yán)重后果，因此，施工前嚴(yán)密組織，編制施工組織設(shè)計(jì)。本文從深基坑工程支護(hù)的主要內(nèi)容分析，講述了深基坑支護(hù)的類型，分析了深基坑支護(hù)存在的問題，并提出了基坑支護(hù)施工的安全技術(shù)和深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】深基 支護(hù) 施工 設(shè)計(jì)

一、深基坑工程支護(hù)的主要內(nèi)容

1.巖土工程勘察與工程調(diào)查。確定巖土參數(shù)與地下水參數(shù)，測定臨近建筑物、周圍地下埋設(shè)物、城市道路等工程設(shè)施的工作現(xiàn)狀、并對其隨地層位移的限值作出分析。

2.支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括擋土墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系以及土體加固等。支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須與基坑工程的施工方案緊密結(jié)合，需要考慮的主要依據(jù)：當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)、土地和地下水狀況，四周環(huán)境安全所允許的地層變形限值，可提供的施工設(shè)施與施工場地，工期與造價(jià)等。

3.基坑開挖與支護(hù)的施工。包括土方工程、工程降水和工程的施工組織設(shè)計(jì)與實(shí)施。

4.地層位移預(yù)測與周邊工程保護(hù)。地層位移取決于土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)的性能與地下水的變化，也取決與施工工序和施工過程，如預(yù)測的變形超過允許值，應(yīng)修改支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工方案。必要時(shí)對周邊的重要工程設(shè)施采取專門的保護(hù)或加固措施。

5.施工現(xiàn)場測量與監(jiān)控。根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)和信息，必要時(shí)進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)，用信息化來指導(dǎo)下一步的施工。

二、深基坑支護(hù)的類型

1.按功能分常用的有，深基坑支護(hù)的類型

1.1擋土系統(tǒng)。常用的有鋼板樁、鋼筋混凝土樁、深層水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻。其功能是形成支護(hù)排樁或支護(hù)擋土墻阻擋坑外土壓力。

1.2擋水系統(tǒng)。常用的有深層水泥攪拌樁、旋噴樁、壓密注漿、地下連續(xù)墻、鎖扣鋼板樁。其功能是阻擋坑外滲水。

1.3支撐系統(tǒng)。常用的有鋼管與型鋼內(nèi)支撐、鋼筋混凝土內(nèi)支撐、鋼與鋼筋混凝土混合支撐。其功能是支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)力與限制圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移。

2.常見的深基坑支護(hù)類型

2.1鋼板樁支護(hù)。鋼板樁由帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼制成，把這種鋼板樁互連接就形成鋼板樁墻，被廣泛應(yīng)用于擋土和擋水。但是鋼板樁的施工可能會引起相鄰地基的變形和產(chǎn)生噪聲振動(dòng)，對周圍環(huán)境影響很大，因此在人口密集，建筑密集很大的地區(qū)，其使用常常會受到限制，而且鋼板樁本身柔性較大，如支撐或錨拉系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)，其變形會很大，所以當(dāng)基坑支護(hù)深度大于7m時(shí)不宜采用。同時(shí)由于鋼板樁在地下室施工結(jié)束后需要拔出，因此應(yīng)考慮拔出時(shí)對周圍地基土和表層土的影響。

2.2深層攪拌支護(hù)。深層攪拌支護(hù)是利用水泥作為固化劑，采用機(jī)械攪拌，將固化劑和軟土劑強(qiáng)制拌和，使固化劑和軟土劑之間產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)逐步硬化，形成具有整體性、穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土撞墻，作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、素填土等土層，基坑開挖深度不大于6m。

2.3排樁支護(hù)。排樁支護(hù)是指柱列式間隔布置包括樁與樁之間有一定凈距的疏排布置形式和樁與樁相切的密排布置形式。柱列式灌注樁作為擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)有很好的剛度，但各樁之間的聯(lián)系差必須在樁頂澆筑較大截面的鋼筋混凝土冒梁加以可靠連接。為了防止地下水并夾帶土體顆粒從樁間空隙流入（滲入）坑內(nèi)，應(yīng)同時(shí)在樁間或樁背采用高壓注漿，設(shè)置深層攪拌樁，旋噴樁等措施，或在樁后專門構(gòu)筑防水帷幕。排樁支護(hù)可分為懸臂式或支錨式又分單點(diǎn)支錨和多點(diǎn)支錨。大多數(shù)情況下，懸臂式列樁適用于三級基坑，支錨式柱列樁適合與一、二級基坑工程。

2.4土釘支護(hù)。土釘支護(hù)是用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新的擋土技術(shù)、由于經(jīng)濟(jì)、可靠且施工快速簡便、已在我國得到迅速推廣和應(yīng)用。土釘支護(hù)的使用要求土體具有臨時(shí)自穩(wěn)能力，以便給出一定時(shí)間施工土釘墻，因此對土釘墻適用的地質(zhì)條件應(yīng)加以限制。

2.5地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻具有整體剛度大的特點(diǎn)和良好的防水防滲效果，適用于地下水位一下的軟粘土和砂土等多種地層條件和復(fù)雜的施工環(huán)境，尤其是基坑底面以下有深度軟土需將墻體插入很深的情況，因此在國內(nèi)外的地下工程中得到廣泛的應(yīng)用并且隨著技術(shù)的餓發(fā)展和施工方法及機(jī)械的改進(jìn)，地下連續(xù)墻發(fā)展到既是基坑施工時(shí)的擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)，又是擬建主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，如支撐得當(dāng)，且配合正確的施工方法和措施，可較好地控制軟土地層的變形。在基坑深（一般h>10）、周圍環(huán)境保護(hù)要求高的工程中，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后多采用此技術(shù)。但是地下連續(xù)墻的堅(jiān)硬土體中開挖成槽會有較大的困難，尤其是遇到巖層需要特殊的成槽機(jī)具，施工費(fèi)用較高。

在施工中泥漿污染施工現(xiàn)場，造成場地泥濘不堪。目前采用的逆作法施工使得兩墻合一，既施工時(shí)用作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)又是地下結(jié)構(gòu)的外墻。逆作法施工一般用在城市建筑高層時(shí)，周圍施工環(huán)境比較惡劣，場地四周臨近建筑物、道路和地下管線不能因任何施工原因而招到破壞、為此在基坑施工時(shí)，通過發(fā)揮地下結(jié)構(gòu)本身對坑壁產(chǎn)生支護(hù)作用能力（即利用地下結(jié)構(gòu)自身的樁、柱、板作為支撐，同時(shí)可省去內(nèi)部支撐體系），減少支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，降低造價(jià)并縮短工期，是推廣應(yīng)用的新技術(shù)之一。除現(xiàn)場澆筑的地下連續(xù)墻外，我國還進(jìn)行了預(yù)制裝配式地下連續(xù)墻和預(yù)應(yīng)力地下連續(xù)墻的研究和試用。

三、深基坑支護(hù)存在的問題

1.支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中土體的物理力學(xué)參數(shù)選擇不當(dāng)。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的土壓力大小直接影響其安全度，但由于地質(zhì)情況多變且十分復(fù)雜，要精確地計(jì)算土壓力目前還十分困難，至今仍在采用庫倫公式或朗肯公式。關(guān)于土體物理參數(shù)的選擇是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，尤其是在深基坑開挖后，含水率、內(nèi)摩擦角和粘聚力三個(gè)參數(shù)是可變值，很難準(zhǔn)確計(jì)算出支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力。

在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果對地基土體的物理力學(xué)參數(shù)取值不準(zhǔn)，將對設(shè)計(jì)的結(jié)果產(chǎn)生很大影響。土力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：內(nèi)摩擦角值相差5，其產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力不同；原土體的內(nèi)凝聚力與開挖后土體的內(nèi)凝聚力，則差別更大。施工工藝和支護(hù)結(jié)構(gòu)形式不同，對土體的物理力學(xué)參數(shù)的選擇也有很大影響。

2.基坑土體的取樣具有不完全性。在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，必須對地基土層進(jìn)行取樣分析，已取得土體比較合理的物理力學(xué)指標(biāo)，為減少勘探的工作量和降低工程造價(jià)，不可能鉆孔過多。因此，所取得的土樣具有一定的隨機(jī)性和不完全性。但是，地質(zhì)構(gòu)造是極其復(fù)雜多變的，取得的土樣不可能全面反映土層的真實(shí)性。因此，支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也就不一定完全符合實(shí)際的地質(zhì)情況。

3.基坑開挖存在的空間效應(yīng)考慮不周。深基坑開挖中大量的實(shí)測資料表明：基坑周邊向基坑內(nèi)發(fā)生的水平位移使中間大兩邊小。深基坑邊坡的失穩(wěn)，常常以長邊的居中位置發(fā)生，這是已深基坑開挖是一個(gè)空間問題。傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是按平面應(yīng)變問題處理的。對一些細(xì)長條基坑來講，這種平面應(yīng)變假設(shè)是比較符合實(shí)際的，而對近似方形或長方形深基坑則差別比較大。所以，在未進(jìn)行空間問題處理前而按平面應(yīng)變假設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)要適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)開挖空間效應(yīng)的要求。

4.支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)際受力不符。目前，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算扔基于極限平衡理論，但支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力并不那么簡單。工程實(shí)踐證明，有的支護(hù)結(jié)構(gòu)按極限平衡理論設(shè)計(jì)計(jì)算的安全系數(shù)，從理論上講是絕對安全的，但有時(shí)卻發(fā)生破壞；有的支護(hù)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)雖然比較小，甚至達(dá)不到規(guī)范的要求，但在實(shí)際工程中卻滿足要求。

四、基坑支護(hù)施工的安全技術(shù)

保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全工作，除必須有合理的設(shè)計(jì)外，還需施工的密切配合，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求精心施工。施工全過程實(shí)際上是一個(gè)對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加荷載的全過程，任何超挖都使得支護(hù)結(jié)構(gòu)超載工作，必然導(dǎo)致嚴(yán)重后果，因此，施工前嚴(yán)密組織，編制施工組織設(shè)計(jì)。

1.基坑土方開挖應(yīng)在降水排水施工完成且運(yùn)轉(zhuǎn)正常達(dá)到預(yù)期要求后方可進(jìn)行?；又車孛鎽?yīng)采取防水、排水措施，避免地表滲入基坑周圍土體和流入坑內(nèi)。坑內(nèi)應(yīng)設(shè)置排水溝和集水井，及時(shí)抽除積水。

2.基坑開挖應(yīng)連續(xù)施工，盡量減少無支護(hù)暴露時(shí)間，開挖必須遵循“自上而下，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則。利用錨桿做支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求，及時(shí)進(jìn)行錨桿施工，而且必須代錨桿張拉鎖定后方可進(jìn)行下一步開挖。

3.坑邊不宜堆放土方和建筑材料，如不可避免時(shí)，一般應(yīng)距坑基上部邊緣不小于2m，棄土堆高不超過1.5m，并且不超設(shè)計(jì)荷載值。在垂直的坑壁邊距離還應(yīng)適當(dāng)增大，軟土地區(qū)不宜在坑邊堆置棄土。當(dāng)重型機(jī)構(gòu)在坑邊作業(yè)時(shí)，應(yīng)設(shè)置專門的平臺或深基礎(chǔ)等。同時(shí)，應(yīng)限制或隔離坑頂周圍震動(dòng)荷載的作用。

4.基坑挖土?xí)r，要做好挖土機(jī)械、車輛的通道布置，安排好挖土順序等，不得在挖土過程中碰撞圍護(hù)結(jié)構(gòu)。并做好機(jī)械上下基坑坡道部位的支護(hù)。

5.采用機(jī)械開挖時(shí)，為保證基坑土體的原狀結(jié)構(gòu)，應(yīng)預(yù)留150～300mm原土層，由人工挖掘修整。基坑開挖完畢后，應(yīng)及時(shí)清底超挖，應(yīng)用素混凝土回填或夯實(shí)回填，使基地承載性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

五、深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

1.徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的實(shí)際理念。對于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，國內(nèi)外至今尚沒有一種精準(zhǔn)的計(jì)算方法，多數(shù)是處于摸索和探討階段，我國也沒有統(tǒng)一的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。土壓力分布還按庫倫或郎肯理論確定，支護(hù)樁仍用“等值梁法”進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算結(jié)果與深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力懸殊較大，既不安全也不經(jīng)濟(jì)。由此可見，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際不應(yīng)才采用傳統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)荷載法”，而應(yīng)徹底改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，逐步建立以施工檢測為主導(dǎo)的信息反饋動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)體系。這使設(shè)計(jì)人員需要加強(qiáng)科研攻關(guān)的方向。

2.建立變形控制的新的工程設(shè)計(jì)方法。目前，設(shè)計(jì)人員用的極限平衡原理是一種簡便實(shí)用的廠用設(shè)計(jì)方法，其計(jì)算結(jié)果具重要的參考價(jià)值。但是，將這種設(shè)計(jì)方法用于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，只能單純滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求，而不能保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度。眾多工程事故就是因?yàn)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的變形而造成的。鑒于上述實(shí)際，在建立新的變形控制設(shè)計(jì)法時(shí)，應(yīng)著重研究支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制的標(biāo)準(zhǔn)、空間效應(yīng)轉(zhuǎn)化為平面應(yīng)變和地面超載的確定及其對支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響等問題。

3.大力開展支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究。開展支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究（包括實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)和工程現(xiàn)場試驗(yàn)），雖然要耗費(fèi)部分資金，但由于深基坑支護(hù)工程投資巨大，如經(jīng)過科學(xué)實(shí)驗(yàn)再進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，行定會節(jié)省可觀的經(jīng)費(fèi)。因此，工程現(xiàn)場試驗(yàn)是非常必要的。通過工程時(shí)間積累大量的測試數(shù)據(jù)，可對同類工程的成功打好基礎(chǔ)，為理論研究和建立新的計(jì)算方法提供可靠的第一手資料。

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