巖土工程深基坑支護的設(shè)計與施工

摘要：隨著我國城市化建設(shè)的不斷推進，大型地下空間工程的開發(fā)與應(yīng)用推動了基坑工程向超深、超寬發(fā)展，巖土工程深基坑支護的設(shè)計與施工工作也得到相應(yīng)的發(fā)展?；又ёo設(shè)計與施工不僅是巖土工程中的重要組成部分，更是工程建設(shè)的基礎(chǔ)，對推進巖土工程建設(shè)工作的進行具有重要意義。就巖土工程深基坑支護的設(shè)計與施工工作進行探索，簡述了深基坑支護設(shè)計及施工的重要性，并對巖土工程中深基坑支護設(shè)計的常用技術(shù)進行了分析，希望為從事巖土工程深基坑支護的設(shè)計與施工人員提供一定的參考，不斷推動我國巖土工程深基坑支護工作的開展。

關(guān)鍵詞：巖土工程;深基坑支護;設(shè)計與施工

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展以及城市化進程的飛速推進，深基坑工程設(shè)計技術(shù)和施工將會是巖土工程發(fā)展的重要課題。當(dāng)前基坑工程的特點是深、大、復(fù)雜，給基坑工程的設(shè)計、施工帶來了難度，如何保證安全可靠、便利施工、經(jīng)濟合理是基坑支護設(shè)計的重要課題。

1巖土工程深基坑支護的重要性

基坑工程是為保護地下結(jié)構(gòu)施工的安全和周邊環(huán)境不受損害而采取的支護、基坑土體加固、地下水控制、開挖等工程的總稱。在進行巖土施工之前，需要做好相應(yīng)的勘察工作并制定科學(xué)合理的支護方案。由于大多數(shù)工程工期緊、施工場地極限壓縮、地質(zhì)條件復(fù)雜、周邊環(huán)境復(fù)雜，加之市場競爭機制的引入，基坑工程的設(shè)計和施工的難度越來越大，基坑坍塌事故時有發(fā)生，工程建設(shè)的安全生產(chǎn)形勢越來越嚴(yán)峻，相應(yīng)地對巖土工作者提出了更高的要求。巖土工作者應(yīng)該歸納總結(jié)成功的設(shè)計及施工經(jīng)驗，結(jié)合變形控制設(shè)計的理論，有助于基坑工程主動進行變形控制，進一步提高基坑工程的環(huán)境保護水平，利用專業(yè)知識進行動態(tài)設(shè)計及信息化施工，加強動態(tài)監(jiān)控，保障基坑支護工程順利進行。

2巖土工程深基坑支護中常見的施工技術(shù)

2.1土釘及復(fù)合土釘支護技術(shù)

土釘可分為鉆孔注漿土釘、打入式土釘及打入式注漿土釘。土釘在土體發(fā)生變形的條件下被動受力，并主要通過其受拉對土體進行加固。而土釘間土體變形則通過面板予以約束。由預(yù)應(yīng)力錨桿、微型樁或截水技術(shù)等其中一種或幾種與土釘組合形成了復(fù)合土釘支護，復(fù)合土釘支護彌補了一般土釘支護的一些缺陷。如通過預(yù)應(yīng)力錨桿（索）可以控制土釘支護變形，但工程中常遇到土釘墻完成后基坑需局部加深情況，如果錨桿只布置在基坑的下部，施加預(yù)應(yīng)力后可使邊坡上部變形增大，上部土釘向坑內(nèi)位移，對基坑的穩(wěn)定不利。而在軟土地區(qū)通過增設(shè)豎向增強體能夠拓展土釘支護的應(yīng)用范圍。土釘墻坡腳是剪應(yīng)力集中帶，常因積水浸泡、修建排水溝等原因受到擾動破壞，豎向增強體減少和縮小了應(yīng)力集中程度及范圍，阻止了塑性區(qū)在坡腳的內(nèi)外連貫，防止了這類擾動破壞對支護體系造成不良影響。復(fù)合土釘支護在設(shè)計時可根據(jù)工程需要進行靈活的結(jié)合，是一項技術(shù)先進、施工簡便、經(jīng)濟合理、綜合性能突出的支護技術(shù)。

2.2錨拉式支護技術(shù)

錨桿技術(shù)在我國基坑支護、邊坡加固、滑坡治理、地下結(jié)構(gòu)抗浮、擋土結(jié)構(gòu)錨固和結(jié)構(gòu)抗傾等工程中得到廣泛應(yīng)用，積累了豐富的工程經(jīng)驗。但由于錨桿的作用多種多樣，錨固的地層或巖層復(fù)雜多變，錨桿技術(shù)中的許多問題有待進一步研究。隨著技術(shù)的發(fā)展，施工更簡便、技術(shù)上更可靠的新型錨桿技術(shù)也不斷出現(xiàn)，如提高錨固效率的擴孔錨桿、受力性能和防腐性能好的壓力分散型錨桿，以及避免地下空間污染的可回收式錨桿等新的錨桿技術(shù)應(yīng)用日益廣泛。傳統(tǒng)的拉力型與壓力型錨桿，由于灌漿體與巖土體的彈性特征很難協(xié)調(diào)一致，因此不能將荷載均勻傳遞到錨固長度上，會出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，其錨固體在工作時受拉，易開裂，為地下水的滲入提供通道，對防腐極其不利，嚴(yán)重影響錨桿的使用壽命。壓力分散型錨桿由于將集中力分散為若干個較小的力分別作用于長度較小的錨固段上，使得錨固段上的黏結(jié)應(yīng)力峰值大大減小且分布均勻，能最大限度地調(diào)用錨桿整個范圍內(nèi)的地層強度，提高錨桿總的承載力。

2.3排樁支護技術(shù)

排樁雖由單個樁體并成，但其豎向受力形式與壁式地下連續(xù)墻類似。其與壁式地下連續(xù)墻的區(qū)別是，由于分離式布置的排樁之間不能傳遞剪力和水平向的彎矩，所以橫向的整體性遠(yuǎn)不如地下連續(xù)墻。在設(shè)計中，一般可通過水平向的腰梁來加強樁墻的整體性。目前設(shè)計計算時，一般將樁墻按抗彎剛度相等的原則等價為一定厚度的壁式地下墻進行內(nèi)力分析，僅考慮樁體豎向受力與變形，此法稱之為等剛度法。鑒于忽略腰梁給分離式樁墻帶來的水平向整體性造成的空間效應(yīng)及基坑有限尺寸給墻后土體作用在樁墻上土壓力帶來的空間效應(yīng)，應(yīng)按等價的壁式地下墻依照平面問題進行內(nèi)力計算分析與設(shè)計，這樣的結(jié)果是偏于安全的。

3巖土工程中深基坑支護設(shè)計與施工實例分析3.1工程概況及基坑周邊環(huán)境

某項目由6個地塊組成，每個地塊建設(shè)1幢4層辦公樓，均設(shè)置2層地下室。基坑深度10.1～11.2 m，局部集水坑落深2 m。建筑紅線距離地下室外墻線3 m，緊鄰建筑紅線為新建市政道路，道路配套各市政管線同步施工，管線緊鄰建筑紅線由近至遠(yuǎn)依次分布于基坑兩倍深度范圍內(nèi)。

3.2工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況

項目地點處于太行山以東、燕山丘陵區(qū)以南與渤海灣之間的平原地帶，按地層沉積年代、成因類型將地層劃分為人工堆積層及一般第四紀(jì)沉積層，基坑開挖的范圍內(nèi)主要土層有：①素填土（γ=16 kN/m3、C=5 kPa、=10°）；②粉土（γ=18.2 kN/m3、C=9.6 kPa、=17.5°）；③粉土（γ=19.1 kN/m3、C=9.4 kPa、=17.9°）；④粉質(zhì)黏土（γ=19.1 kN/m3、C=26.8 kPa、=8.1°）；⑤粉土（γ=19.8 kN/m3、C=10.0 kPa、=17.9°），抗剪強度指標(biāo)為三軸不固結(jié)不排水抗剪強度指標(biāo)。場區(qū)地下水屬于第四系淺層孔隙潛水，勘察期間實測穩(wěn)定水位埋深15.00～17.90 m。水流主要是河水和大氣降水補給的，根據(jù)季節(jié)的變化而變化。

3.3基坑支護設(shè)計

基坑支護根據(jù)場地地形圖、建筑總平面圖、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙、周圍管線圖、勘察報告及相關(guān)的設(shè)計規(guī)范、規(guī)程進行設(shè)計。根據(jù)項目特點，建筑紅線距離地下室外墻線很近，無放坡空間，且緊鄰基坑上口管線較多，初步選定支護形式為樁錨支護。排樁圍護體與地下連續(xù)墻相比，其優(yōu)點在于施工工藝簡單，成本低，平面布置靈活。采用錨桿取代基坑支護內(nèi)支撐，給支護排樁提供供錨拉力，以減小支護排樁的位移與內(nèi)力，并將基坑的變形控制在允許范圍內(nèi)（見圖1）。2#樓處地質(zhì)條件差，新近堆積雜填土厚8～10 m，東側(cè)為其他在建基坑項目（已開挖），由于距離已開挖基坑上口較近，旋挖鉆機施工時存在安全隱患，該處支護設(shè)計將上部6 m土體削方卸荷，支護形式選用樁錨及雙排樁支護。在進行基坑支護設(shè)計過程中，根據(jù)施工區(qū)域的土壤情況、巖土性質(zhì)進行支護工作分區(qū)。按照變形控制設(shè)計理念，在保證支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下通過調(diào)整錨桿預(yù)加力使基坑變形控制在規(guī)范要求及工程實際需要的范圍內(nèi)。基坑設(shè)計安全等級按二級進行設(shè)計，通過計算，本項目灌注樁采用Ф900@1 500、Ф850@1 500、Ф1 000@1 500，樁長18.0～23.0 m，一樁一錨。預(yù)應(yīng)力錨桿采用3道預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿超出用地紅線時視情況采用可回收錨索?；娱_挖至11 m時水平位移達(dá)最大值24.15 mm（離基坑頂約9.5 m），地表最大沉降量取指數(shù)法值21 mm（離坑邊距離約9.5 m）。圖1內(nèi)力位移包絡(luò)圖

3.4支護效果分析

經(jīng)過基坑監(jiān)測單位3個月的監(jiān)測，尤其是對圍護結(jié)構(gòu)頂部的水平、豎向位移，周邊道路、管線沉降等項目的監(jiān)測。實測樁頂最大水平位移為8.9 mm，周邊道路及管線的沉降值為10.3 mm，變形值完全滿足規(guī)范要求及工程實際需要。

4結(jié)語

對于巖土工程深基坑支護設(shè)計與施工來說，應(yīng)該通過科學(xué)合理的方法，選用合理的支護技術(shù)結(jié)合降截水措施，提高對施工周圍環(huán)境的保護，保證巖土體的穩(wěn)定性，優(yōu)化工程經(jīng)濟效益。采用信息化施工與動態(tài)設(shè)計，通過監(jiān)測指導(dǎo)施工，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及施工現(xiàn)場的具體情況修改設(shè)計，全面進行信息化施工，能很好地將設(shè)計、施工與監(jiān)測緊密相連，使設(shè)計的支護方案在保證安全的前提下盡可能經(jīng)濟，實際效果顯著，促進了巖土施工行業(yè)的發(fā)展和進步。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：湯國剛，男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，本科，研究方向：巖土工程。