建筑基坑的特點(diǎn)以及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究

彭博偉

中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司天津分院 天津 300073

引言

我國(guó)進(jìn)入社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新階段，走到了城市化發(fā)展的中后期，為服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步，提升人民生活質(zhì)量，需要進(jìn)行更多的工程建設(shè)，工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，建設(shè)高度不斷提升，地下空間利用的需求不斷提高，建筑難度不斷增強(qiáng)。建筑基坑支護(hù)越來(lái)越重要，研究其特點(diǎn)和問(wèn)題，探索更為有效的方式和技術(shù)，保證施工安全及建筑質(zhì)量。

1 工程概況

某醫(yī)院新建大樓，總建筑面積8萬(wàn)多平方米。新建大樓地上部分主樓11層，裙房3層，地下2層，主樓建筑高度52米，裙房建筑高度14.2米。地下兩層主要為機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)庫(kù)，設(shè)備用房，庫(kù)房，及其配套用房等，人防區(qū)設(shè)置在地下二層。新建大樓主體為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。整個(gè)地塊地坪高低變化不大，地勢(shì)平緩，本次支護(hù)設(shè)計(jì)絕對(duì)標(biāo)高采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。支護(hù)設(shè)計(jì)場(chǎng)坪標(biāo)高按周?chē)F(xiàn)狀地標(biāo)高考慮，以28.000米作為地坪標(biāo)高?；由疃燃s8.3米，基坑周長(zhǎng)620米，面積約2萬(wàn)平方米[1]。

2 常見(jiàn)基坑支護(hù)類(lèi)型

①場(chǎng)地周邊開(kāi)闊，開(kāi)挖深度較淺時(shí)可采用放坡開(kāi)挖，必要時(shí)設(shè)置多級(jí)放坡與坡體平臺(tái)，應(yīng)設(shè)置降、排水措施；②土釘墻支護(hù)主要由鋼筋制作而成，用于加固基坑邊坡。此技術(shù)施工環(huán)節(jié)要求施工區(qū)域周?chē)豢纱嬖谑姓芫€，巖土土質(zhì)良好，一般基坑深度不超過(guò)12m，施工區(qū)域需要先完成止水處理，且周邊環(huán)境條件容許。③重力式擋土墻是以擋土墻自身重力來(lái)維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定，其厚度為基坑深度的0.7～0.8倍，可設(shè)置為壁狀體、柵格狀等，大面積作業(yè)，污染小。適合應(yīng)用在基坑深度小于7m，施工區(qū)域環(huán)境優(yōu)越的項(xiàng)目當(dāng)中。④樁錨支護(hù)一般適用于較深的基坑，且開(kāi)挖面積較大，支撐設(shè)置不便的基坑中，采用錨桿取代基坑支護(hù)內(nèi)支撐，允許基坑有一定的變形。工程造價(jià)比支撐體系低，且開(kāi)挖面積越大越有優(yōu)勢(shì)，沒(méi)有支撐體系挖土方便，施工進(jìn)度較快；⑤樁撐支護(hù)適用于深基坑，可有效控制基坑變形，可靠度高，樁徑變化多，對(duì)不同深度的基坑可采用不同的樁徑，對(duì)場(chǎng)地要求較低，工程造價(jià)較高；⑥當(dāng)錨桿式，支撐式和懸臂式結(jié)構(gòu)不適用時(shí)，可采用雙排樁，一般與其他支護(hù)方案結(jié)合使用，造價(jià)高，變形大，但工期相對(duì)較短[2]。

3 基坑工程的特點(diǎn)

①臨時(shí)性?；庸こ痰呐R時(shí)性主要體現(xiàn)在支護(hù)結(jié)構(gòu)，支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工階段支撐著基坑結(jié)構(gòu)不被外力所破壞，一般設(shè)計(jì)使用期限較短。②區(qū)域特點(diǎn)明顯。不同地區(qū)的基坑結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境不同，因此在施工設(shè)計(jì)時(shí)也需要因地制宜，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行方案的制定。③環(huán)境影響。周邊建筑對(duì)于基坑施工也有顯著影響，特別是周邊的建筑、地下管線、地下水以及基坑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，施工的難度因素是一個(gè)綜合性指標(biāo)。④時(shí)間以及空間影響。基坑在開(kāi)挖過(guò)程中，暴露時(shí)間的長(zhǎng)短也會(huì)影響基坑的穩(wěn)定性。同時(shí)還有開(kāi)挖的順序，基坑的深度以及開(kāi)挖的面積等關(guān)鍵因素。⑤學(xué)科綜合性。主要指的是基坑的設(shè)計(jì)施工要涉及不同的學(xué)科以及領(lǐng)域，并不是單一學(xué)科可以解決的，其中涉及土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等專業(yè)，要求實(shí)際設(shè)計(jì)人員要精通各種學(xué)科。⑥短開(kāi)挖，快支護(hù)?；娱_(kāi)挖過(guò)程中，不要貪圖速度快，一定要做好支護(hù)，每次開(kāi)挖的深度一定要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，禁止超挖[3]。

4 建筑工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)依據(jù)與主要原則

在對(duì)建筑工程基坑支護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，其主要依據(jù)包括施工區(qū)域的地質(zhì)勘察報(bào)告、項(xiàng)目基礎(chǔ)布置圖、設(shè)計(jì)總圖等，以及巖土工程勘察規(guī)范、建筑基坑支護(hù)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(hù)設(shè)計(jì)合理、合規(guī)、合法。在對(duì)建筑工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，為確保其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，必須結(jié)合對(duì)工程規(guī)模分析確定基坑圍護(hù)安全等級(jí)與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，進(jìn)而采用結(jié)構(gòu)荷載模式對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定支護(hù)重點(diǎn)與可能存在的支護(hù)問(wèn)題。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中必須充分遵守以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則：①采用動(dòng)態(tài)化與信息化設(shè)計(jì)方式?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)反饋信息及時(shí)進(jìn)行分析，達(dá)到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化設(shè)計(jì)的目的。②圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)能有效地控制變形，確?；优c周邊建筑物安全、穩(wěn)定，以及四周道路、各類(lèi)管線使用安全。③預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)進(jìn)行抗拔承載力試驗(yàn)。④基坑土方開(kāi)挖遵循分層、平衡、適時(shí)性原則。施工前應(yīng)做好施工組織設(shè)計(jì)，采用分層支護(hù)設(shè)計(jì)和開(kāi)挖高度應(yīng)與預(yù)應(yīng)力錨索的豎向間距相對(duì)應(yīng)，以預(yù)應(yīng)力錨索下0.5m深為分層界限[4]。

5 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)

5.1 科學(xué)選擇深基坑支護(hù)形式

建筑工程基坑支護(hù)施工中，支護(hù)結(jié)構(gòu)主要分為支擋結(jié)構(gòu)、土釘墻、重力式水泥土墻和放坡等。支護(hù)結(jié)構(gòu)選型的過(guò)程中，基坑支護(hù)形式較多，主要應(yīng)用在1～3級(jí)的基坑中。常見(jiàn)的支擋式結(jié)構(gòu)有錨拉式結(jié)構(gòu)、支撐式結(jié)構(gòu)、懸臂式結(jié)構(gòu)、雙排樁等。設(shè)計(jì)人員要根據(jù)基坑的深度、周邊環(huán)境、土體的類(lèi)型、地下水概況，科學(xué)選擇支護(hù)形式。本醫(yī)院新建大樓工程擬建場(chǎng)地地下水位埋深約12m，場(chǎng)地層除表層填土及下伏寒武系石灰?guī)r外，全部為第四紀(jì)全新世沖洪積（Q4al+pl）地層，基坑開(kāi)挖范圍主要土層為素填土，黏土、細(xì)砂土；基坑北側(cè)及西側(cè)建筑物較多，均距離基坑較近，且西側(cè)與擬建場(chǎng)地地坪存在3m高差，不具備放坡條件；本工程基坑深度約為8.3米，且基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)不適用；為了縮短工期，考慮采用雙排樁支護(hù)，經(jīng)分析計(jì)算，支護(hù)變形過(guò)大，且預(yù)留肥槽后外排樁已緊貼既有建筑物，施工對(duì)既有建筑產(chǎn)生較大影響，不宜采用；結(jié)合地層及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮，基坑采用樁+錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，錨索施工不會(huì)對(duì)周邊建筑造成損害，不違反城市地下空間規(guī)劃。基坑西北角有建筑物地下室，錨索有效錨固長(zhǎng)度不足，故采用樁+內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)。

5.2 設(shè)計(jì)措施

①根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件選擇合理、可行、可靠的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。②提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度，減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。③優(yōu)化基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度，保障基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。④增加第一道錨索及支撐系統(tǒng)的剛度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及地表沉降有效控制。⑤加快進(jìn)行支撐或錨桿系統(tǒng)的施工進(jìn)度，減小支撐或錨桿系統(tǒng)縱橫向間距，有效控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。

5.3 降水及排水處理

深基坑支護(hù)施工中，降水、排水也是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況科學(xué)選擇降水排水措施，減少地下水滲透帶來(lái)的危險(xiǎn)。在實(shí)際施工作業(yè)中，如果基坑底層結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)較高或存在承壓水頭，則需要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算，根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果選擇降水、排水措施，如果確定存在突涌情況，可采取管井降水或井點(diǎn)降水的方式，這樣既不會(huì)增加施工難度，還能控制施工成本。尤其是井點(diǎn)降水，能有效控制結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題，保障深基坑的支護(hù)效果。如果深基坑內(nèi)地下水位較高、滲透性強(qiáng)，且容易對(duì)周邊環(huán)境造成影響，就可采用止水帷幕實(shí)施截水處理，將產(chǎn)生的多余水分阻隔在外，降低對(duì)深基坑結(jié)構(gòu)的影響。止水帷幕處理技術(shù)是高壓旋噴注漿與深層攪拌技術(shù)的融合體，成本低廉，排水阻水效果好，對(duì)于深基坑有較好的保護(hù)作用。部分深度較深的基坑也可以采用地連墻、全套管咬合樁來(lái)止水，但費(fèi)用較高，也可以與支護(hù)樁二合一進(jìn)行。本工程地下水位在基坑開(kāi)挖面以下，無(wú)需降水。就基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)而言，設(shè)計(jì)人員和施工人員不僅應(yīng)關(guān)注坑內(nèi)水，還要重視地表水，后者一般利用排水溝、集水井等設(shè)施加以處理，以便基坑開(kāi)挖施工的順利推進(jìn)。

5.4 支護(hù)設(shè)備材料設(shè)計(jì)

由于巖土工程深基坑項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程對(duì)技術(shù)要求非常高，為確保深基坑項(xiàng)目建設(shè)的可行性，設(shè)計(jì)人員開(kāi)展支護(hù)設(shè)計(jì)工作時(shí)應(yīng)對(duì)支護(hù)工作所需材料設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇，確保支護(hù)材料的性能、質(zhì)量、強(qiáng)度、抗疲勞性均可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，充分發(fā)揮出深基坑支護(hù)的優(yōu)勢(shì)。例如支護(hù)設(shè)計(jì)工作開(kāi)展時(shí)，需合理設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度，保證混凝土強(qiáng)度滿足深基坑支護(hù)工作要求，避免強(qiáng)度不足的問(wèn)題出現(xiàn)，從而影響深基坑項(xiàng)目的整體建設(shè)可靠性與安全性。在深基坑支護(hù)工作開(kāi)展時(shí)，需要對(duì)所有施工材料質(zhì)量進(jìn)行控制，依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查，避免劣質(zhì)材料進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)而影響深基坑支護(hù)工作的質(zhì)量與安全[5]。

5.5 加強(qiáng)對(duì)深基坑支護(hù)工程周邊的保護(hù)

深基坑支護(hù)工程在施工中，很容易對(duì)周邊地面造成影響，導(dǎo)致地面裂縫出現(xiàn)。如果地面水滲透到裂縫中就會(huì)導(dǎo)致土地強(qiáng)度降低，使支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生位置的變化。因此，需要加強(qiáng)對(duì)周邊的保護(hù)，當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)裂縫時(shí)，需要及時(shí)堵塞。如果出現(xiàn)地面水堆積，還要及時(shí)進(jìn)行導(dǎo)流，防止基坑浸水。

5.6 安全監(jiān)測(cè)

基坑支護(hù)的施工具有綜合性特點(diǎn)，技術(shù)運(yùn)用流程復(fù)雜，面臨工況復(fù)雜。為確保施工安全，需要對(duì)基坑施工展開(kāi)監(jiān)測(cè)，防止施工過(guò)程對(duì)周?chē)ㄖ踩斐捎绊?。同時(shí)，一般基坑開(kāi)挖面積大，地質(zhì)條件相對(duì)來(lái)說(shuō)復(fù)雜多變，巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致施工環(huán)節(jié)突發(fā)情況較多，利用監(jiān)測(cè)手段，可實(shí)時(shí)呈現(xiàn)施工問(wèn)題，一旦出現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警，不合理變形情況，應(yīng)及時(shí)控制，保證現(xiàn)場(chǎng)施工安全。

5.7 加強(qiáng)樁體質(zhì)量的管理

深基坑支護(hù)的樁體質(zhì)量很關(guān)鍵，在施工中必須要按照一定的規(guī)律進(jìn)行樁體排列。土體的受力狀況與樁體的排列情況有著很大的關(guān)系，如果樁體間的距離過(guò)大，土地就會(huì)受到較大的壓力，這就容易出現(xiàn)土體脫落現(xiàn)象，樁體距離過(guò)大，排樁就不能發(fā)揮重要的支護(hù)作用，基坑支護(hù)質(zhì)量就會(huì)受到影響。如果樁體間的距離過(guò)小，土體的作用就難以發(fā)揮。因此，做好樁體質(zhì)量管理是非常重要的，設(shè)計(jì)及施工人員要能夠不斷優(yōu)化排樁方式，能夠分析土體和排樁兩方面的因素，使二者能夠有機(jī)的結(jié)合，這樣才能提升施工質(zhì)量水平，保障施工的安全[6]。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，如果能夠科學(xué)利用深基坑支護(hù)技術(shù)就能夠有效提升建筑的施工質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)深基坑支護(hù)技術(shù)的研究工作，做到經(jīng)濟(jì)、安全。目前，在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，相關(guān)方要加強(qiáng)深基坑支護(hù)的質(zhì)量控制管理工作，能夠通過(guò)有效的管理解決相關(guān)問(wèn)題，科學(xué)合理的利用相關(guān)支護(hù)技術(shù)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。建筑基坑設(shè)計(jì)需要結(jié)合工程地質(zhì)特點(diǎn)、周邊環(huán)境等綜合考慮，本文簡(jiǎn)述了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，而且針對(duì)某醫(yī)院新建大樓的基坑進(jìn)行了支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確保了基坑的穩(wěn)定及施工安全。