高層建筑深基坑支護(hù)技術(shù)及常見問題分析

王 飛 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230032）

1 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的人口數(shù)量也在迅速增加，這對(duì)城市的空間提出了新的挑戰(zhàn)，而解決這一問題的有效方法便是建立高層建筑物。大量實(shí)踐表明，深基坑支護(hù)技術(shù)為增強(qiáng)高層建筑物施工的安全性和穩(wěn)定性做出了巨大貢獻(xiàn)[1]。鑒于此，有必要對(duì)深基坑支護(hù)技術(shù)展開研究，以便為后續(xù)實(shí)際工程提供指導(dǎo)。

2 深基坑常用支護(hù)結(jié)構(gòu)類型

我國(guó)地域面積遼闊，東西、南北地理的差異性很大，土壤構(gòu)造的差異性也很大，故深基坑支護(hù)技術(shù)的使用也存在明顯的地域性。影響深基坑支護(hù)技術(shù)選擇最重要的因素便是土壤的構(gòu)造，因此，在實(shí)際施工中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥捞匦詠磉x擇與之對(duì)應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，以保證建筑的質(zhì)量。

從支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作原理和材料屬性出發(fā)，可將支護(hù)結(jié)構(gòu)劃分為三大體系[2]，分別為水泥擋土墻體系、邊坡穩(wěn)定式體系、排樁和板墻式體系。具體見下圖。

2.1 放坡開挖

該類型的支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)場(chǎng)地的要求比較高，適宜在開闊、周邊無重要建筑、地下水較深的場(chǎng)地使用。在具體使用時(shí)，也可以結(jié)合其他支護(hù)方式一同使用。

2.2 水泥土重力式擋土墻

該支護(hù)方式是利用深層攪拌機(jī)械強(qiáng)制攪拌或者高壓噴射注漿法使得固化劑（水泥、石灰等）和軟土之間發(fā)生一系列物理化學(xué)作用，讓軟土硬化成樁。該方式利用基坑內(nèi)的原位土并在此基礎(chǔ)上形成重力式擋土墻，從而保證基坑具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性。此外，由于水泥、石灰等材料的滲透系數(shù)極小，也可兼作止水帷幕。該支護(hù)方式適用于地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值低于120 kPa的粘性土等軟地層區(qū)域且開挖深度低于7m的基坑工程，實(shí)踐表明，當(dāng)基坑開挖深度為4～6m時(shí)，該法可以取得較理想的效果。

常用基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型

2.3 土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)

該體系最早可追溯到法國(guó)的新奧法理論，在我國(guó)最早使用于太原的柳灣煤礦邊坡工程[3]。土釘墻是由土釘、面層、土體組成的具備自穩(wěn)機(jī)能的擋土墻，它通過在土體內(nèi)成孔、加鋼筋、注漿、土層編網(wǎng)、噴層等步驟，使土體和土釘共同作用，以增加土體的抗拉和抗剪強(qiáng)度，從而增加土體的穩(wěn)定能力。

2.4 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻最早是由意大利人C.Veder在1950年開發(fā)的，并應(yīng)用于Senta Malia大壩的防滲墻[4]（劉建航，1997）。目前這項(xiàng)技術(shù)已基本成熟，應(yīng)用極為廣泛，很多工程選擇將地下連續(xù)墻同時(shí)用作支護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)部分，這種方式稱為“兩墻合一”。這種方式最突出的優(yōu)點(diǎn)便是在縮減成本的同時(shí)也保證了工程的經(jīng)濟(jì)效益，所以在實(shí)際工程中被廣泛使用。

2.5 排樁支護(hù)

由于地下連續(xù)墻工程施工技術(shù)較為復(fù)雜，施工難度大，故對(duì)周圍環(huán)境因素不復(fù)雜的基坑，常選擇排樁支護(hù)的方式對(duì)其進(jìn)行支護(hù)，該支護(hù)方式由支護(hù)樁、支撐（或土層錨桿）及防滲帷幕等組成。排樁可根據(jù)施工情況為懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)、拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)和錨桿式支護(hù)結(jié)構(gòu)。排樁支護(hù)最大的優(yōu)勢(shì)就是操作簡(jiǎn)便、成本低、無需專門的設(shè)備支撐，故被廣泛應(yīng)用在各類深基坑的支護(hù)工程中。但排樁支護(hù)也存在明顯的缺陷，即隨著基坑深度的增加，面臨失穩(wěn)的可能性就越高，造成的危害也越大。

3 問題分析及應(yīng)對(duì)措施

3.1 常見問題

3.1.1 施工單位意識(shí)淡薄

支護(hù)結(jié)構(gòu)多為臨時(shí)性的，換句話來說就是在施工完成后支護(hù)也就伴隨失去原本的作用。所以一些建設(shè)單位、施工單位意識(shí)上能省就省，設(shè)計(jì)留有的安全裕度較低；殊不知基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)為不確定性及復(fù)雜性，如果出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的問題一方面對(duì)于基坑自身的安全性造成了極大的隱患，同時(shí)對(duì)于施工周圍的建筑環(huán)境安全性構(gòu)成了威脅，甚至?xí)霈F(xiàn)經(jīng)濟(jì)重大損失與人員的傷亡等。

3.1.2 對(duì)環(huán)境條件的影響考慮不充分

具體到建筑基坑支護(hù)工程，由于需要開挖一定深度的土地，所以或多或少的給地下設(shè)施造成不利影響。若未在施工前對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行充分考慮，則會(huì)導(dǎo)致施工中的各種問題。比如，如果施工地區(qū)地下水位偏高，在施工中如果沒有考慮好防滲水工作，則容易造成地下室隱患。

3.1.3 施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求

在支護(hù)樁對(duì)稱布筋中，鋼筋籠放置的方向存在偏差；澆灌混凝土的方式不合理，造成支護(hù)樁表面露筋；土釘實(shí)際尺寸同前期設(shè)計(jì)尺寸不相符，傾角也和前期設(shè)計(jì)存在差異；支護(hù)不及時(shí)，挖土與支護(hù)脫節(jié)；在地下水以下打錨桿或土釘時(shí)，由于操作不當(dāng)使水砂從鉆孔中大量流出而導(dǎo)致基坑周圍地面下沉及建筑物裂縫現(xiàn)象。上述問題均有可能使支護(hù)結(jié)構(gòu)的效果無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而影響整個(gè)工程的質(zhì)量。

3.2 應(yīng)對(duì)措施

以上出現(xiàn)的各類問題的本質(zhì)還是由于施工單位的意識(shí)較為單薄，沒有認(rèn)識(shí)到深基坑支護(hù)工程施工技術(shù)的復(fù)雜性。

①基坑支護(hù)工程不論大小，均要嚴(yán)格實(shí)施各項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案，利用觀測(cè)設(shè)備對(duì)周邊土坡的位移與沉降實(shí)時(shí)監(jiān)控，用信息化手段來指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的施工，現(xiàn)場(chǎng)遇到特殊情況應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的措施去應(yīng)對(duì)。

②設(shè)計(jì)具體施工方案時(shí)，要時(shí)刻注意土層內(nèi)部地下水的狀態(tài)，杜絕發(fā)生水患，確保施工的安全。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

某深基坑深6.5m，寬12m，坑底以下多為粘性土與砂土，有承壓水存在。施工過程中，采用1∶1.25邊坡放坡開挖，引入二級(jí)輕型井點(diǎn)。當(dāng)開挖深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高值時(shí)，坑底出現(xiàn)了隆起現(xiàn)象，24h后隆起值達(dá)到20cm，48h后隆起值為30cm，36h后隆起值達(dá)到了1.5m，隨著隆起值的不斷增加，坑底出現(xiàn)了開裂的現(xiàn)象，形成流砂，最終導(dǎo)致了坡頂?shù)孛嫦孪?，邊坡失穩(wěn)破壞。

4.2 事故原因

隨著基坑開挖深度的不斷增加，坑底承壓水的覆蓋土層重量減少，而井點(diǎn)降水深度不夠，這就使得坑底的承壓水不斷沖擊坑底土層，最終造成坑底裂開，繼而形成流砂。由于流砂的作用，周圍地基土被掏空，土的抗剪強(qiáng)度大幅度下滑，進(jìn)而引發(fā)了邊坡滑坡與地面沉降的事故。

4.3 處理方法

4.3.1 注漿加固法

深基坑在開挖的過程中，應(yīng)在周圍建筑物下方布置一定數(shù)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得知深基坑的開挖造成建筑物沉降值不斷增大時(shí)，要及時(shí)在其下方進(jìn)行注漿加固。注漿法也是實(shí)際施工過程中為最常見、最有效的加固方法。但在注漿加固的過程中要時(shí)刻注意注漿壓力與速度，防止注漿壓力超過受注土層的自重和強(qiáng)度，對(duì)建筑物造成新的危害。

當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)自身形變量較大時(shí)，應(yīng)對(duì)支護(hù)樁前后的土體進(jìn)行注漿加固。加固樁后的土體能夠有效的降低主動(dòng)土壓力；加固樁前的土地能夠提升被動(dòng)土壓力，并且消除坑底隆起現(xiàn)象，增加基底土的承載力。

4.3.2 隔斷法

這種方法的關(guān)鍵在于在被開挖的基坑和周邊建筑物間設(shè)置隔斷墻體，由該結(jié)構(gòu)來分擔(dān)基坑開挖引起的土的側(cè)壓力，在特定環(huán)境下該墻體也可起到防水帷幕的作用。隔斷墻對(duì)周圍建筑物能起到保護(hù)及加固的作用，防止基坑失穩(wěn)而導(dǎo)致周圍建筑物的損壞。

4.3.3 降水法

當(dāng)基坑開挖過程中發(fā)生嚴(yán)重的涌砂現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)在基坑底部設(shè)置深管井或采用井點(diǎn)降水。同時(shí)，由于降水可能會(huì)造成周圍地下管線及地表建筑物較大的形變，故應(yīng)在基坑周圍設(shè)置回灌井，以此來確保周圍建筑物的安全。

4.3.4 坑底加固法

該法用于處理基坑底部隆起或者流砂的問題時(shí)效果較為顯著，其原理是通過在基坑底部采取壓力注漿等措施來提高基坑底部土體的抗剪強(qiáng)度，同時(shí)也可起到一定的防滲作用，從而對(duì)基坑坑度的土體起到保護(hù)加固的作用。

4.3.5 卸載法

該法主要用于支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的位移量偏大的環(huán)境條件下，其原理是通過挖掉樁后一定深度的土體來減小樁后土壓力。這種方案能夠有效的減小樁頂位移，避免其發(fā)生傾覆現(xiàn)象，不過其對(duì)周邊場(chǎng)地環(huán)境的要求較高，故只有在周圍場(chǎng)地條件允許的條件下才能使用。

5 結(jié)語

綜上，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，國(guó)內(nèi)建筑工程越來越離不開深基坑支護(hù)技術(shù)。與此同時(shí)，深基坑支護(hù)施工對(duì)于施工技術(shù)的要求較高，這就要求施工單位切實(shí)提高重視度，按照制定好的施工方案施工，杜絕出現(xiàn)施工過程中各種不合理的現(xiàn)象，做到在合理利用地下空間的同時(shí)，保障工程的質(zhì)量，降低安全隱患，提高建筑工程的安全性和穩(wěn)定性。