地下單體構(gòu)筑物與深基坑圍護(hù)一體化工作性能研究

摘 要：本文擬通過對(duì)現(xiàn)有深基坑開挖、圍護(hù)技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，分析現(xiàn)有圍護(hù)技術(shù)結(jié)構(gòu)存在的問題，通過對(duì)深基坑工程支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，提出一種大型地下單體構(gòu)筑物與深基坑圍護(hù)一體化的新型結(jié)構(gòu)，另外通過對(duì)該一體化新型結(jié)構(gòu)的工作性能及設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，為城市大型地下單體構(gòu)筑物深基坑工程設(shè)計(jì)施工提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：深基坑;圍護(hù)結(jié)構(gòu);一體化

基坑工程施工是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是勞動(dòng)安全與社會(huì)公共安全監(jiān)管的重點(diǎn)[1]。研究?jī)?nèi)容針對(duì)傳統(tǒng)基坑支護(hù)設(shè)施的臨時(shí)性特點(diǎn)，提出的大型地下單體構(gòu)筑物與深基坑圍護(hù)一體化結(jié)構(gòu)型式既可作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基坑支護(hù)，同時(shí)作為構(gòu)筑物的一部分進(jìn)行后續(xù)施工，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低的大型地下單體構(gòu)筑物來講是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)的基坑圍護(hù)方法，在平原城市進(jìn)行大型地下構(gòu)筑物建設(shè)時(shí)可在一定程度上節(jié)省工程費(fèi)用，避免造成資金浪費(fèi)，具有十分重要的實(shí)際意義[2]。

1 深基坑圍護(hù)方案

深基坑支護(hù)雖為一種施工臨時(shí)性輔助結(jié)構(gòu)物，但對(duì)保證工程順利進(jìn)行和臨近地基和己有建筑物的結(jié)構(gòu)安全的影響極大，支護(hù)結(jié)構(gòu)選型應(yīng)充分考慮場(chǎng)地周邊環(huán)境、地質(zhì)條件、基坑開挖深度，地下水等的影響，應(yīng)做到技術(shù)上先進(jìn)、可行，經(jīng)濟(jì)上實(shí)用、合理，使用上安全、可靠，深基坑其主要支護(hù)形式有以下幾種類型[3]。

1.1 放坡開挖

放坡開挖適用于土質(zhì)條件較好，開挖深度較淺，無地下水或水位低于基坑底面以及現(xiàn)場(chǎng)有足夠的放坡條件。該方法特點(diǎn)是費(fèi)用相對(duì)較低，施工工期短，能為主體結(jié)構(gòu)的施工提高寬敞的施工空間。

1.2 混凝土灌注樁排支護(hù)

混凝土灌注樁排支護(hù)在開挖基坑周圍，用鉆機(jī)、人工開挖等方式鉆孔，下鋼筋籠，現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土成樁，形成樁排做擋土支護(hù)，適用于土質(zhì)為粘性土、砂土、開挖面積較大、較深的基坑，以及臨近建筑物不允許放坡，不允許附近地基有較大下沉、位移時(shí)采用。屬于被動(dòng)支護(hù)，當(dāng)?shù)叵滤惠^深時(shí)，輔以降排水措施，不適應(yīng)于位移控制嚴(yán)格的基坑。

1.3 土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)

土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)適用于地下水位以上和降水后的基坑邊坡加固，不適用沒有自穩(wěn)能力的淤泥質(zhì)土中和未經(jīng)降水處理的地下水以下的地基。與錨、撐式排粧墻支護(hù)等聯(lián)合使用，可適當(dāng)增加使用深度。

1.4 地下連續(xù)墻支護(hù)

地下連續(xù)墻支護(hù)具有強(qiáng)度大，剛度高，可擋土、承重、截水抗?jié)B和耐久性能好，變形小等優(yōu)點(diǎn)，可在狹窄的場(chǎng)地條件下進(jìn)行施工，對(duì)周圍建筑地基無擾動(dòng)，振動(dòng)小，噪聲低，施工安全，適用于地下水位較高，開挖深度較大，周圍有高層建筑，不允許較大變形，采用機(jī)械挖方要求較大的空間，不允許內(nèi)部設(shè)支撐情況，屬被動(dòng)支護(hù)。

1.5 樁撐、墻撐支護(hù)

樁錨、樁撐支護(hù)系在排樁支護(hù)基礎(chǔ)上，設(shè)置一層，或多層錨桿、支撐，以增加排樁抵抗土壓力、限制排樁變形能力，這種支護(hù)能有效控制臨近建筑物的變形量，適用于高深基坑工程支護(hù)，一般輔以排降水措施，屬于被動(dòng)支護(hù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，基坑開挖與支護(hù)工程從設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)到施工機(jī)具均得到了不斷的改善和提高，這也為支護(hù)結(jié)構(gòu)選型提供了多種選擇[4]。

2 深基坑圍護(hù)與主體結(jié)構(gòu)一體化研究

2.1 基坑開挖土壓力計(jì)算理論分析

在土力學(xué)的經(jīng)典計(jì)算理論中，極限平衡法不失為計(jì)算土壓力的典型方法，且已廣泛應(yīng)用于基坑工程，諸如圍護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算分析等，且由于其計(jì)算的簡(jiǎn)便性，所以一直延續(xù)至今也是工程設(shè)計(jì)人員熟悉并認(rèn)可的計(jì)算方法。

2.2 基坑變形理論分析

基坑的開挖過程本質(zhì)上是對(duì)基坑的開挖段卸載土的過程，卸荷導(dǎo)致坑內(nèi)外的土體出現(xiàn)壓力差從而產(chǎn)生圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移，坑底發(fā)生隆起變形，同時(shí)，坑周邊的土體應(yīng)力場(chǎng)也隨之變化。這些環(huán)境效應(yīng)在很大程度上會(huì)影響基坑周圍建筑物、道路交通、地下管線等設(shè)施的穩(wěn)定性甚至可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題。因此，應(yīng)全面了解在開挖過程中表現(xiàn)出的坑底隆起、墻體變形及地表沉降的變形機(jī)理和特點(diǎn)，只有確定了變形因素才能針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的開挖施工提供有效的預(yù)防措施。

2.3 “樁墻”一體化結(jié)構(gòu)

地下單體構(gòu)筑物與深基坑圍護(hù)一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，可能需要通過板樁及內(nèi)支撐對(duì)基坑進(jìn)行圍護(hù)，然后對(duì)板樁內(nèi)側(cè)進(jìn)行襯砌形成地下構(gòu)筑物側(cè)壁。在充分考慮工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的情況下，合理對(duì)板樁的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得基坑變形量值控制在許可范圍內(nèi)，避免對(duì)周圍建筑物的運(yùn)行及使用產(chǎn)生影響是一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

另外，地下單體構(gòu)筑物與基坑圍護(hù)一體化結(jié)構(gòu)總體上可分為滿足基坑圍護(hù)功能的結(jié)構(gòu)和滿足構(gòu)筑物功能的結(jié)構(gòu)兩部分，兩部分結(jié)構(gòu)的基底埋深差別顯著、在構(gòu)筑物運(yùn)行中的受力狀態(tài)也有很大區(qū)別，合理實(shí)現(xiàn)兩部分結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)變形也是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

3 一體化結(jié)構(gòu)工作性能的影響因素

3.1 懸臂圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度的影響

一體化基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中的影響因素與傳統(tǒng)基坑圍護(hù)方式相比存在差異，首先明確該異同點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)一體化新型結(jié)構(gòu)施工組織進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，依據(jù)理論計(jì)算和數(shù)值模擬獲得的一體化新型結(jié)構(gòu)施工過程力學(xué)響應(yīng)，提出懸臂圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)嵌固深度，可對(duì)該類新型基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工提供重要依據(jù)。

3.2 懸臂圍護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸及間距的影響

近年來，因地面用地越來越緊張，城市地下空間發(fā)展迅速，基坑工程數(shù)量與日俱增，開挖越來越深，規(guī)模越來越大，支護(hù)形式越來越復(fù)雜，一體化結(jié)構(gòu)中懸臂圍護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸及間距不僅直接影響基坑的安全，還對(duì)周邊的敏感建構(gòu)筑物，如歷史保護(hù)建筑、高層建筑、地鐵車站、區(qū)間隧道、高架橋梁樁基礎(chǔ)及各種地下市政管線設(shè)施等產(chǎn)生較大影響。

3.3 內(nèi)支撐剛度及布設(shè)方式的影響

內(nèi)支撐的種類及材料形式以及布設(shè)方式對(duì)基坑的安全穩(wěn)定也產(chǎn)生巨大的影響。不同深度以及不同環(huán)境條件的基坑可以依據(jù)具體工程地質(zhì)條件分配不同的支撐材料和布設(shè)形式，對(duì)于周邊環(huán)境復(fù)雜的基坑，則應(yīng)選取更為保守和安全的形式，以保證工程的安全施工和運(yùn)行。

本文針對(duì)平原城市大型地下單體構(gòu)筑物建設(shè)中深基坑圍護(hù)造價(jià)高、技術(shù)難點(diǎn)多等問題，首先開展深基坑圍護(hù)現(xiàn)有技術(shù)調(diào)研以及問題分析，提出大型地下單體構(gòu)筑物深基坑圍護(hù)新型結(jié)構(gòu)型式，其次，通過對(duì)其工作性能及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究分析，提出該新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式的施工關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

參考文獻(xiàn)

[1]吳洋.基坑支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D].南京大學(xué)，2013.

[2]張戈，毛海和.軟土地區(qū)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合剛度研究[J].巖土力學(xué)（5）：1467-1474，共8頁.

[3]付建軍.二元地質(zhì)環(huán)境下狹長(zhǎng)型基坑圍護(hù)體系與防滲體系研究[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所），2010.

[4]舒安，陳無平，張文軍，etal.基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與地下室結(jié)構(gòu)施工一體化技術(shù)應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013.

作者簡(jiǎn)介

陳爽爽（1994-），男，漢族，山東臨沂市人，工學(xué)學(xué)士，重慶交通大學(xué)河海學(xué)院水工結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，研究方向：水工結(jié)構(gòu)與巖土工程相互作用理論。