對深基坑支護的探討

杜衛(wèi)華　蔣立林

摘要：高層建筑設(shè)計一個不能被忽略的重要的組成部分，就是深基坑支撐方案，尤其是相鄰老建筑時，為了確保鄰近建筑物的安全，應(yīng)該采取更加實用和可靠的配套措施。

關(guān)鍵詞：支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與研究；工程實例

引言

深基坑是城市高層建筑的基礎(chǔ)深基坑技術(shù)的發(fā)展水平，直接決定了城市高層建筑的地基質(zhì)量。

一、深基坑支護工程的特點和要求

深基坑工程一項由巖土工程、結(jié)構(gòu)工程、環(huán)境工程等多個學科相互交叉、相互影響的較為復雜的系統(tǒng)劃的工程，是一門理論與實踐有著很大發(fā)展空間，函待發(fā)展的新的綜合技術(shù)學科[2]。受地質(zhì)、水文等因素影響，深基坑工程區(qū)域性特征非常明顯，不同的地質(zhì)條件下，如工程地質(zhì)和水文不同，深基坑工程區(qū)域的體現(xiàn)的多樣性更為突出。

深基坑的工程建設(shè)周期長，在地面下，從開挖到結(jié)束過程中的所有的隱蔽工程，受許多不利影響，如經(jīng)常遇到強降雨、周圍地基地面堆載超負荷、地基處地面受施工、汽車行駛等導致的振動等，具有很大的隨機性安全程度的保障，技術(shù)復雜性較高，遠超永久性的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或工程上部結(jié)構(gòu)[3]?？拥纳疃龋矫嫘螤铍S時間變化和外部條件更迭，對穩(wěn)定和變形的影響將會更大。

二、合理選擇深基坑方案的支護方案

深基坑的支護方案主要包括下列幾種：

1、設(shè)置在基坑周圍的懸臂支護樁土，是使用鉆孔灌注樁或打入式鋼管樁的類型，其主要用于基坑工程的埋深較淺工程（約5到7米）。

2、采用逆作法施工。沿著地下室外墻，在間隔相同的距離，逐層往下進行逆作施工，同時設(shè)鉆孔灌注樁或人工挖孔擴底樁。這個方案其最大的優(yōu)勢是將支護措施與地下工程的主要結(jié)構(gòu)的組合，更經(jīng)濟，但施工困難，速度較慢的是逆作部分人工挖掘的部分。

3、沒有錨隔阻了基坑外側(cè)設(shè)閉合的擋土土拱圈。它是一種新型的擋土結(jié)構(gòu)，由建研院地基發(fā)明。該結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮，混凝土的抗壓強度較好的材料特性。場地較大時宜優(yōu)先采用。

4、設(shè)置在頂部的擋土樁內(nèi)支撐或外拉桿，使懸臂樁頂自由端改變，變成鉸支端，減小樁身彎矩及樁頂側(cè)移。該基坑方案的使用范圍受建筑工地的面積約束。

5、水泥土深層攪拌樁支護：其優(yōu)點是利用重力式擋土墻，不需要支撐，在基坑內(nèi)開挖方便，攪拌樁施工時沒有環(huán)境污染，低成本和良好的防滲，適合3 ～ 6米的基坑開挖深度。

6、鋼板樁：槽鋼的正反扣搭接組成，或使用U型和Z型鎖口鋼板樁制成。用打入法打入土壤，支持任務(wù)完成后，可以回收再利用，適合3 ～ 10 m的挖掘深度。

7、鋼筋混凝土板樁：樁的長度6 ～ 12米，打入地下后，上面澆注鋼筋混凝土環(huán)梁，設(shè)置一道支撐或拉錨，用于基坑開挖深度3 ～ 6米。

8、鉆孔灌注樁擋土墻：600 ～ 1000毫米直徑，樁長度15～ 30米，組成排樁式擋墻，頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁，用于基坑開挖深度6 ～ 13米。

9、地下連續(xù)墻：支護結(jié)構(gòu)施工期間，這個支護結(jié)構(gòu)對環(huán)境影響較小，土層條件適應(yīng)性強，墻體抗彎剛度、具有良好的防滲性能和完整性，但成本較高，適用于達到超過10米的基坑開挖深度或施工條件較困難的局面。

10：錨噴支護：我國最早用于地鐵工程，1980年代初應(yīng)用為高層建筑深基坑支護，在自然土壤，錨定方法以鉆孔灌注為主，受拉桿件有粗鋼筋、高強度鋼梁和鋼鏈等。

深基坑支護方案的選擇，受多種因素影響，所以，一定要合理的選用安全可靠、技術(shù)先進又經(jīng)濟合理的方案。

三、某商住樓深基坑支護工程實例

1、工程概況

這一棟高層建筑，集地下車庫、商業(yè)、住宅等功能于一身，工程是多元化的。同時由于工程緊鄰湖泊項目土質(zhì)情況非常復雜。工程坑大面設(shè)計較淺，開挖深度為地下6.2米，采用獨立基礎(chǔ)加筏板形式，基基坑局部角落較深，開挖深度達到地下9米，最大開挖深度可以達到地下12米，（最深處為基坑內(nèi)四個電梯井）開挖土方總量超過32000立方米。

2、工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)報告，不良土質(zhì)的素填土厚度為地下-0.8～-4.3米，而且場地不良土質(zhì)的素填土帶分布范圍廣泛。分布在素填土帶下面，有大量分布全風化泥巖、全風化泥質(zhì)粉砂巖，厚度為地下0.7米～3.2米，該土層雖土質(zhì)純凈，但遇水變軟、易崩坍；地質(zhì)報告顯示，對土層穩(wěn)定性威脅較大，地下水位較高，水位平均在地下2.5米左右，必須進行支護加固。

深基坑支護要確?；又車慕ㄖ?、地下管線、道路的安全。同時需要確保邊坡的穩(wěn)定性，滿足變形控制的要求?，F(xiàn)在支護結(jié)構(gòu)技術(shù)不斷改善，出現(xiàn)了很多新的支護結(jié)構(gòu)形式和邊坡的穩(wěn)定性的方法。

3、支護方案的選擇

本工程設(shè)計采用土釘墻支護結(jié)構(gòu)，它基于原位土壤強化、充分利用原位土壤自支持角色的能力一般比樁墻支護結(jié)構(gòu)節(jié)省成本30%～ 60%，因此可以大大降低支持成本，同時又有施工周期短的優(yōu)點。

支持方法穩(wěn)定可靠，簡單，施工方便，施工周期短，效果好，經(jīng)濟好的優(yōu)點，具有顯著的經(jīng)濟效益，適合實際情況。確保擋土墻穩(wěn)定、整個基坑邊坡從上到下全部采用土釘墻錨桿護壁，邊坡的整體穩(wěn)定性較好。

綜上所述，考慮到施工現(xiàn)場條件，利用采用同濟大學的“深基坑支擋結(jié)構(gòu)分析計算軟件FRWSv4.0”確認后計算，并根據(jù)環(huán)境和基坑開挖深度，需要采用不同的配置形式，用土釘墻對該基坑進行支護是完全可行的。普通水泥砂漿土釘，直徑Φ為l00mm，土釘傾角為15°，內(nèi)配一根Φ18Ⅱ級鋼筋，放坡角度取10度，水平間距1200mm，面層混凝土板墻厚度為l00mm，有土釘處沿縱橫向配置2Φ14同長加強筋（縱向配置2Φ16，L=200mm），強度等級為C20，內(nèi)配6@200鋼筋網(wǎng)。

4、施工工藝

（1）施工工藝流程

土方開挖→基坑邊坡修整→放點→成孔（鉆孔）→放人錨筋及注漿管→注漿→設(shè)置泄水孔→墻面布筋→噴射混凝土→養(yǎng)護。

（2）鉆機定位成孔

成孔設(shè)備采用兩套回轉(zhuǎn)式鉆孔機，是由地質(zhì)礦產(chǎn)部重慶探礦機械廠生產(chǎn)的MGJ-50型。同時，為了滿足土釘施工傾角的需要，還進行了鉆機的改造配套工作。基坑采用分層開挖的方式，挖完第一層后設(shè)備立即進場進行土釘施工，避免土坡暴露時間過長。

（3）土釘錨釘?shù)陌惭b與孔內(nèi)注漿

大部分土釘為1Φ22鋼筋，長度L=7000～9000mm。

孔灌漿使用泥漿充填膠凝材料選擇425普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45 ～ 0.5：1，使用壓力灌漿方法，將注漿導管底端插入孔底后才開始注漿，待空口溢出水泥時再將導管以勻速緩慢撤出，以保證孔中氣體能全部逸出，直至全孔灌注漿注滿漿液為止。

（4）錨固端處理與噴射混凝土板墻

布置完面層鋼筋網(wǎng)后，先在距錨釘端頭200mm處采用穿孔塞焊一塊150mm×150mm×8mm的鋼板，然后在鋼板外側(cè)錨釘端部兩側(cè)沿錨釘長度方向焊上三根Φ12、長度為150mm的通長加強鋼筋互相焊接，使所有土釘相互連接成一個整體。噴射混凝土配合比為水泥∶瓜米石∶中砂=1∶2∶2，內(nèi)摻速凝劑及早強劑，要求混凝土強度達C20以上。

噴射前，先在邊壁面上垂直打入短鋼筋段作為標志，以保證施工時得噴射混凝土厚度達到規(guī)定值。100mm厚的板墻分兩次噴射，每次厚道控制在50～60mm；120mm厚的板墻分3次噴射，每次厚度控制在40～50mm。在繼續(xù)下步噴射混凝土工作時，要求工人仔細清除預留施工縫結(jié)合面上的浮漿層和松散碎屑，并噴水使之潮濕，待混凝土終凝后2小時，立即開始連續(xù)噴水養(yǎng)護5～7天。

（5）排水系統(tǒng)的設(shè)置

在基坑上邊構(gòu)筑排水溝，流至西南面的沉沙井后排入市政管網(wǎng)。并將施工場地做硬化處理。然后于土釘注漿完成后，在基坑側(cè)面插入長度為500mm，直徑為60mm的UPVC排水管，使其外端伸出支護混凝土板墻外50～60mm，管內(nèi)填碎石做濾水層以利混凝土板墻后的積水排出。

四、深基坑支護優(yōu)化設(shè)計

1、深基坑設(shè)計優(yōu)化要求

鑒于深基坑在條件差、進度快、質(zhì)量高、任務(wù)重等前提下進行實施，這對于設(shè)計人員和施工人員都是一個不小的難度，在設(shè)計與施工中的具體要求是設(shè)計先進、施工方便、安全可靠、經(jīng)濟合理。

2、深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算法制

深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算法則主要有兩種，一是經(jīng)歷平衡法和等值梁法，一是彈性地基梁m法及彈塑有限單元法。

3、設(shè)計優(yōu)化思路

如果對于基坑深度不大的支護工程，首先應(yīng)該考慮懸臂式支護結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式可以分成地下連續(xù)墻與樁排支護結(jié)構(gòu)。它主要是利用地面下的土壓力保持支護結(jié)構(gòu)的平衡，當工程邊坡土質(zhì)比較良好以及地下水位比較低時久可以采用樁排支護結(jié)構(gòu)。由于地下連續(xù)墻擁有良好的整體性、防水性和抗彎性，并且墻體的長度可以根據(jù)工程的需要進行調(diào)節(jié)，各種深度的基坑都可以運用，也可運用逆作法施工，所以在目前的運用比較廣泛。如果基坑深度比較深，而且要求邊坡變形比較高時，就應(yīng)該考慮采用懸臂式支護結(jié)構(gòu)增加內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，內(nèi)支撐一般運用內(nèi)支撐形式或者錨桿拉接方式和懸臂式支護結(jié)構(gòu)組成混合式支護結(jié)構(gòu)。

參考文獻：

[1]肖武權(quán)，冷伍明；深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法[J]；巖土力學；2009。

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[3]張永勝；以大慶市人防工程為例淺談大面積深基坑施工的降水與支護[J]；黑龍江科技信息；2010。