建筑工程基坑支護設(shè)計分析

朱嘉毅

(四川省建筑科學(xué)研究院有限公司，四川成都 610000)

1 工程概況

中鐵城·閱湖和庭項目規(guī)劃總建筑面積約19.3×104m2，地面建筑面積14.0×104m2，地下建筑面積5.3×104m2，主要由4棟32層高層住宅。2棟29層高層住宅，3棟11層高層辦公樓，2棟9層高層辦公樓及單層商業(yè)建筑組成。工程局部設(shè)有地下室，其中東側(cè)為一層地下室，西側(cè)為兩層地下室。一層地下室最大開挖深度為5.3 m，兩層地下室最大開挖深度為9.55 m，基坑開挖過程中為保證基礎(chǔ)施工安全，須對開挖形成的基坑進行基坑支護設(shè)計。

2 建筑工程基坑支護設(shè)計影響因素

2.1 基坑位置及周圍環(huán)境

基坑所處的位置在較大程度上決定了基坑支護設(shè)計技術(shù)的分析與選擇，主要包括 地質(zhì)、水文、土質(zhì)，以及施工便利性等因素。水文地質(zhì)主要決定了基坑支護的所需強度，必須選擇有效的支護設(shè)計，避免支護軟弱。此外，道路交通等周圍環(huán)境因素也是基坑支護設(shè)計中需要考慮的重要因素，其涉及到后期設(shè)備、車輛等進場施工的便利性。

2.2 建設(shè)規(guī)模及使用年限

建設(shè)工程的規(guī)模，尤其是基坑開挖的周長、深度等決定了工程重要性等級，這是在基坑支護設(shè)計過程中所必須考慮的因素，結(jié)合對安全等級的具體要求，采用相應(yīng)強度的支護設(shè)計。本工程案例中，一層地下室最大開挖深度5.3 m，兩層地下室最大開挖深度9.55 m，所以建筑工程重要性等級為二級，基坑設(shè)計需達到的安全等級為二級。此外，在基坑設(shè)計中還需充分考慮基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限，一旦基坑支護結(jié)構(gòu)超過使用期限后未進行回填，則需對支護體系進行安全鑒定。

2.3 基坑對周邊影響

首先是對地下管線的影響，包括到電力、電信通訊電纜、污水、供水、天然氣管道等，基坑施工前應(yīng)再次查明這些管線位置及其埋深。結(jié)合對施工現(xiàn)場的詳細調(diào)查，對基坑支護結(jié)構(gòu)及基坑開挖進行合理設(shè)計，避免對周邊居民正常生活造成不良影響。其次是地面沉降的程度?；娱_挖過程中可能會引發(fā)地面沉降問題，尤其是在使用管井降水，明挖順作法施工時，工程施工引起地面不均勻沉降現(xiàn)象較為常見，應(yīng)事先做好對周邊道路下沉、傾斜、開裂，甚至造成破壞性影響的預(yù)防與應(yīng)對措施。在施工前應(yīng)在周邊道路人行道上布設(shè)觀測點，進行系統(tǒng)、全面的跟蹤測量，信息化施工。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整施工方案，如出現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即停止施工，及時采用補救措施，確保道路安全。

3 建筑工程基坑支護設(shè)計依據(jù)與主要原則

在對建筑工程基坑支護進行設(shè)計過程中其主要依據(jù)包括施工區(qū)域的地質(zhì)勘察報告、項目基礎(chǔ)布置圖、設(shè)計總圖等，以及巖土工程勘察規(guī)范、建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程、建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范等相關(guān)技術(shù)規(guī)范，以及相關(guān)的法律法規(guī)，確?；又ёo設(shè)計合理、合規(guī)、合法。

在對建筑工程基坑圍護結(jié)構(gòu)進行設(shè)計過程中，為確保其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，必須結(jié)合對工程規(guī)模分析確定基坑圍護安全等級與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，進而采用結(jié)構(gòu)荷載模式對圍護結(jié)構(gòu)進行分析，確定支護重點與可能存在的支護問題。在具體設(shè)計過程中必須充分遵守以下幾個設(shè)計原則：

(1)采用動態(tài)化與信息化設(shè)計方式。基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)與現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測反饋信息及時進行分析，達到動態(tài)設(shè)計和信息化設(shè)計的目的。

(2)圍護結(jié)構(gòu)應(yīng)能有效地控制變形，確保基坑與周邊建筑物安全、穩(wěn)定，以及四周道路、各類管線使用安全。

(3)預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)進行抗拔承載力試驗。

(4)基坑土方開挖遵循分層、平衡、適時性原則。施工前應(yīng)做好施工組織設(shè)計，采用分層支護設(shè)計和開挖高度應(yīng)與預(yù)應(yīng)力錨索的豎向間距相對應(yīng)，以預(yù)應(yīng)力錨索下0.5 m深為分層界限。

4 建筑工程基坑支護選型分析

4.1 基坑支護結(jié)構(gòu)的形式

4.1.1 放坡開挖

這種支護形式較為適用于施工場地較為開闊，且無重要建筑物等施工條件。且建筑工程基坑支護只需確保穩(wěn)定，對于位移的控制方面要求不高。具備施工成本低，土方回填量大的應(yīng)用特點。

4.1.2 土釘墻支護

土釘墻支護是較為新型的基坑支護形式，能夠有效彌補放坡開挖穩(wěn)定性不足，或者施工條件受限的不足。這種支護結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外已得到較為廣泛與成功應(yīng)用，技術(shù)與經(jīng)濟效果都較為明顯。土釘墻支護結(jié)構(gòu)主要是由鉆孔注漿式土釘、原位土體、噴射混凝土面組成，在打入式土釘、打入注漿式土釘?shù)炔煌鎸佑兄^好的應(yīng)用普遍性。值得注意的是，土釘墻支護對于土體臨時自穩(wěn)能力要求較高,以便為土釘墻施作預(yù)留充足時間。

4.1.3 地下連續(xù)墻支護

地下連續(xù)墻是一種是在泥漿護壁條件下，采用分槽段的方式構(gòu)筑起來的鋼筋混凝土墻體。這種支護形式具備剛度大、防滲性好的應(yīng)用優(yōu)勢，對于工作復(fù)雜條件都要著較好的適用性，在水壩防滲墻以及城市建筑深基坑圍護結(jié)構(gòu)中都有著較好的應(yīng)用效果。尤其是隨著技術(shù)、施工方法、施工設(shè)備不得發(fā)展改進，地下連續(xù)墻發(fā)展至今，不但能夠作為基坑施工擋墻圍護結(jié)構(gòu),而且可以充當(dāng)建筑主體的結(jié)構(gòu)側(cè)墻。

4.1.4 排樁支護

排樁支護結(jié)構(gòu)主要采用鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、鋼板樁及預(yù)制鋼筋混凝土板樁等作為主要受力構(gòu)件，實現(xiàn)樁與樁之前的有效連接起,鉆孔灌注樁之間也可采用混凝土樹根樁的形式進行連接。采用擋土板對鋼板樁與鋼筋混凝土板樁進行設(shè)置，可以形成嚴密、穩(wěn)定的圍護結(jié)構(gòu)。此外，還可以通過設(shè)置內(nèi)支撐桿來提高排樁支護的剛度與穩(wěn)定性。

4.1.5 錨固支護

錨固支護指的是在排樁支護基礎(chǔ)上在其樁頂加設(shè)一條鎖扣粱，也可以在樁頂其他合適位置加設(shè)錨桿,以此改變懸臂樁受力性能。但是，對于基坑深度較深，影響因素較為復(fù)雜的基坑支護采用錨固支護會發(fā)生較多事故。因此，錨固支護只適合在深度較淺、影響因素較為簡單的基坑支護設(shè)計中應(yīng)用。

4.1.6 錨噴支護

錨噴支護技術(shù)應(yīng)用興起于70年代末80年代初，其原理主要是利用混凝土砂漿在高壓下高速噴向受噴面，使其與土層之間產(chǎn)生嵌固作用，達到對邊坡受力條件與側(cè)向位移的有效改善與控制，確保邊坡穩(wěn)定，在大型建筑工程中的邊坡治理、隧道支護等方面有著較為普遍的應(yīng)用，通常是與土層錨桿和擋土板一共組成基坑支護結(jié)構(gòu)。相比于其他傳統(tǒng)邊坡支護形式，錨噴支護具備更好顯著的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性。除此之外，錨噴支護基坑，具備及時、快速、隨挖隨支、同步基坑開挖、不需獨立工期、施工場地占用面積小的應(yīng)用優(yōu)勢。

4.1.7 勁性水泥土攪拌樁支護

通過在水泥土樁內(nèi)插入H型鋼、鋼管、鋼板樁等方式，實現(xiàn)承受荷載與防滲擋水能力的有效結(jié)合,達到增強支護結(jié)構(gòu)受力與抗?jié)B性能的目的。這種支護形式在施工過程中不會產(chǎn)生較大噪音，進而不會對周圍生活環(huán)境造成較大影響，不但結(jié)構(gòu)強度較好，而且適用于所有的水泥土攪拌樁,尤其是在粘土和粉細砂為主松軟地層支護中的應(yīng)用效果最為明顯，甚至不用另設(shè)擋水帷幕。同時能夠配合多道支撐，實現(xiàn)對深基坑的有效支護。除此之外，勁性水泥土攪拌樁在一定條件下能夠取代地下圍護充當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻,若是采用一定措施對H型鋼等受拉材料進行回收,其施工成本將遠遠小于地下連續(xù)墻，因此具備較好的發(fā)展前景。

4.2 基坑支護結(jié)構(gòu)選型

對于基坑支護設(shè)計而言，其首要工作就是實現(xiàn)對基坑支護型式合理選擇，此過程需要對工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、不同支護型式的特點、支護造價等進行全面分析。一般來說，若是施工地質(zhì)條件較好,周邊環(huán)境要求較為寬松的情況可采用土釘墻等較為柔性支護方式；若是周邊環(huán)境要求較高,則應(yīng)考慮采用排樁、地下連續(xù)墻等剛性較好的支護方式，更好地控制水平位移。對于周邊環(huán)境要求較高，但是地質(zhì)條件較差的情況，應(yīng)采用內(nèi)支撐型的支護方式，不可采用錨桿支護，避免擾動周邊土體而影響周邊環(huán)境安全；同時若是基坑深度較深，應(yīng)考慮采用地下連續(xù)墻加水泥拌樁的混合支護型式，確保周邊環(huán)境安全。對于案例工程基坑設(shè)計而言，其關(guān)鍵點在于控制基坑開挖變形。基坑圍護結(jié)構(gòu)要求有較大的剛度，防止基坑開挖導(dǎo)致周邊產(chǎn)生不均勻沉降.根據(jù)上述考慮，經(jīng)綜合分析計算，基坑支護采用放坡開挖支護、噴錨支護、土釘墻支護等混合支護形式。如在一層地下室各段支護在采用噴錨支護；二層地下室采用排樁支護、噴錨支護、自然放坡開挖的支護方式。

5 建筑工程基坑支護設(shè)計的優(yōu)化措施

5.1 科學(xué)制定基坑支護設(shè)計方案

基坑支護設(shè)計方案將會對后續(xù)施工進行有效指導(dǎo)，所以非常有必要在施工前科學(xué)制定基坑支護設(shè)計方案。首先，在進行基坑土體開挖前，有關(guān)作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)要對施工項目進行全面細致的了解，同時親自到作業(yè)現(xiàn)場開展考察工作，對施工環(huán)節(jié)可能會產(chǎn)生的各類問題展開細致探討，深入探討作業(yè)每一環(huán)節(jié)所需要使用到的施工方法、設(shè)備、材料、作業(yè)環(huán)境與規(guī)程等，從而制定出具有較強可行性的設(shè)計方案，在確保其與施工要求相符的同時，還可以有效指導(dǎo)基坑支護作業(yè)的開展與管理，方便作業(yè)環(huán)節(jié)以及后期技術(shù)管理與評估。

5.2 采用有效的變形控制方法

在進行基坑設(shè)計計算時，較為簡單且常用的方法就是極限平衡理論，同時其對于計算基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定參考意義。但是，該種理論運用到深基坑支護結(jié)構(gòu)中有著一定局限性，僅可確保支護結(jié)構(gòu)強度，無法達到支護結(jié)構(gòu)剛度需求。如若支護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形那么會對整體建筑工程施工質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，所以在具體設(shè)計環(huán)節(jié)務(wù)必要將支護結(jié)構(gòu)剛度與強度有效考慮在內(nèi)，嚴格控制其變形程度在規(guī)定要求范圍當(dāng)中，將地面超載與平面應(yīng)變情況明卻下來，盡量減小其對支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的消極影響。

5.3 對基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算水準(zhǔn)進行優(yōu)化

當(dāng)前基坑支護結(jié)構(gòu)復(fù)雜性越來越強，包括了開挖基坑方式與支護結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合、受力結(jié)構(gòu)結(jié)合水結(jié)構(gòu)、臨時型支護結(jié)構(gòu)結(jié)合永久性支護結(jié)構(gòu)等，而這無疑會對支護結(jié)構(gòu)的受 力壓力產(chǎn)生較大影響，也使得具體受力情況更為復(fù)雜，因此必須要積極采取新的方式來對支護結(jié)構(gòu)進行計算，并不斷優(yōu)化基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算水準(zhǔn)

6 結(jié)束語

基坑支護對于建筑工程的穩(wěn)定與安全而言具有非常重要的影響，所以做好基坑支護設(shè)計工作的重要性不言而喻。在實際設(shè)計過程中要求工作人員能夠全面了解建筑工程基坑支護設(shè)計影響因素，并結(jié)合實際情況來采取有效的設(shè)計方法，切實提高整體建筑工程的設(shè)計水準(zhǔn)與質(zhì)量。