蒲德林

【摘要】結(jié)合近年來一些深基坑支護(hù)設(shè)計與施工，概述了較成熟的深基坑支護(hù)類型及適應(yīng)范圍，簡述了深基坑設(shè)計理論及其存在的一些問題，對深基坑支護(hù)工程今后的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了探討，以期進(jìn)一步完善深基坑支護(hù)技術(shù)。
關(guān)鍵詞：深基坑　支護(hù)類型　土壓力　支護(hù)結(jié)構(gòu)　地下水　動態(tài)設(shè)計　施工
引言
基坑支護(hù)是一種特殊的結(jié)構(gòu)方式,一般由上到下進(jìn)行施工設(shè)計。一般由對相鄰建筑物有利的省材結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)在地面處的極限位移確定。支護(hù)具有很多功能,能應(yīng)用于所有主要建筑物的附屬結(jié)構(gòu)之中。盡管支護(hù)結(jié)構(gòu)很重要,但在項目規(guī)劃中其設(shè)計和建造卻經(jīng)常被忽視,從而導(dǎo)致工程不得不承受延期以及設(shè)計變更帶來的巨額開銷。考慮周全的規(guī)劃,安全的設(shè)計方案以及施工方法多樣且具有創(chuàng)新的工程結(jié)構(gòu)都能夠改善建筑物的安全性,同時還能節(jié)省施工時間和工程費用。
一、深基坑工程的技術(shù)要求：
1、深基坑工程的功能要求
    （1）擋土功能
    （2）止水功能
    （3）作為地下結(jié)構(gòu)外墻的使用功能
2、環(huán)境保護(hù)與處理相鄰關(guān)系的要求
    （1）控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移和坑底隆起對環(huán)境的影響
    （2）控制降低地下水位對環(huán)境的影響
    （3）控制土錨對相鄰場地的影響
二、基坑工程的特點
基坑工程不僅需要巖土工程的知識,也需要結(jié)構(gòu)工程的知識,是一項綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程,它需要巖土工程與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)人員密切配合。基坑工程涉及土力學(xué)中穩(wěn)定、變形及滲流3個基本課題,三者熔融在一起,需要綜合處理;同時,基坑開挖勢必引起周圍地基中地下水位的變化和應(yīng)力場的變化,導(dǎo)致周圍地基土體的變形,對相鄰建筑物、構(gòu)筑物地下管線產(chǎn)生影響。該設(shè)計主要研究深基坑工程的支護(hù)結(jié)構(gòu),故主要列出了深基坑工程的主要特點：
(1)建筑傾向高層化,基坑向大深度方向發(fā)展。
(2)基坑開挖面積大,長度與寬度有的達(dá)數(shù)百米,給支撐體系帶來了較大的難度。
(3)在軟弱的土層中,基坑開挖會產(chǎn)生較大的位移和沉降,對周圍建筑物、市政建設(shè)和地下管線造成影響。
(4)深基坑施工工期長,場地狹窄,降雨、重物堆放等對基坑穩(wěn)定性不利。
(5)在相鄰場地的施工中,打樁、降水、挖土及基礎(chǔ)澆注混凝土等工序會相互制約與影響,增加協(xié)調(diào)工作的難度。
三、深基坑支護(hù)的土壓力
土強(qiáng)度指標(biāo)的選擇土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C，與土的固結(jié)度有密切的關(guān)系，土的固結(jié)過程就是土中孔隙水壓力的消散過程，對于同一種土，在不同排水條件下進(jìn)行試驗，可以得出不同的抗剪指標(biāo)C和，故試驗條件的選取應(yīng)盡可能反映地基土的實際工作狀態(tài)。在基坑支護(hù)設(shè)計中應(yīng)采用三軸試驗的指標(biāo)，才能保證選取參數(shù)值的客觀性和準(zhǔn)確性。對于黏性土，計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)背后由自重應(yīng)力而產(chǎn)生的主動土壓力采用三軸試驗的固結(jié)不排水剪的指標(biāo)與實際工作狀態(tài)較致，但由地面臨時荷載而產(chǎn)生的土壓力，通常采用三軸不排水剪指標(biāo)較合理。特別對于軟黏性土，最好采用現(xiàn)場十字板的原位測試方法確定c和妒，因為室內(nèi)試驗的擾動影響太明顯，強(qiáng)度指標(biāo)偏低，使設(shè)計過于保守。計算基坑內(nèi)被動土壓力時，一般宜采用三軸固結(jié)不排水剪。對于砂土，由于排水固結(jié)迅速，對于任何情況，均可采用排水剪指標(biāo)，或采用固結(jié)不排水剪經(jīng)孔隙水壓力修正后的c，值來計算土壓力。
四、土壓力計算理論及方法
1．試驗結(jié)果證實了太沙基理論的定性結(jié)論，土壓力大小取決于位移的大小和位移方向。
2．實測結(jié)果表明，當(dāng)變形小于5％H(H為開挖深度)時，被動土壓力仍然能得到充分發(fā)揮，所以說，對于深基坑工程的實際變形情況而言，套用一些經(jīng)驗的位移指標(biāo)來判斷墻前土體是否達(dá)到被動極限狀態(tài)，是有局限性的。
3．在黏性土上的許多基坑支護(hù)工程，護(hù)坡樁鋼筋強(qiáng)度未完全發(fā)揮，實際鋼筋應(yīng)力還低于鋼筋的設(shè)計強(qiáng)度，造成很大浪費，而造成鋼筋應(yīng)力低的原因主要是計算土壓力大于實際土壓力。實驗還表明，把基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)視為平面不合理，因為基坑工程的“角效應(yīng)”即土壓力的空間效應(yīng)，對墻體位移有明顯的抑制作用。利用這種空間效應(yīng)可以在兩邊折減樁數(shù)或減少配筋量。
五、常用支護(hù)類型及支護(hù)結(jié)構(gòu)
1.支護(hù)類型
（1）土釘墻支護(hù)。（2）攪拌樁支護(hù)。（3）柱列式灌注樁、排樁支護(hù)。（4）內(nèi)支撐和錨桿支護(hù)。（5）鋼板樁支護(hù)。（6）地下連續(xù)墻。
2.支護(hù)結(jié)構(gòu)
（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力性能與材料密切有關(guān)。
（2）用水泥攪拌樁做成的壩體是剛性自立式的。
（3）用鋼材或鋼筋混凝土制成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是柔性的，一般需要采用支錨體系來維持其穩(wěn)定。
（4）但鋼筋混凝土地下連續(xù)墻也可以做成重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
（5）水泥攪拌樁可以加勁性的型鋼成為柔性的圍護(hù)結(jié)構(gòu)（SMW工法），也可以用作柔性的排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水帷幕。
1、放坡
       （1）特點：
             1）施工簡單易行。
               2）深度宜在5m以內(nèi)。
               3）占地面積大。
               4）造價低廉。
       （2）構(gòu)造：
              1）根據(jù)土層選擇穩(wěn)定坡度。
               2）坡頂、坡腳設(shè)置排水溝。
               3）必要時采用噴射混凝土護(hù)面并埋設(shè)排水管。
               4）基坑底部設(shè)置集水坑抽水。
2、排樁：
    （1）特點：
              1）適用面廣，1～3級基坑均可使用。
              2）配合錨桿使用，深度幾乎不受限制。
              3）截水性能好。
              4）懸臂長度不宜大于5m（軟土）。
              5）可用人工挖孔或機(jī)械鉆孔。
              6）造價稍高。
（2）構(gòu)造：
            1）樁體：直徑不小于600mm（人工挖孔不小于800mm）。
              2）冠梁：高度不小于400mm。
              3）混凝土等級C20以上。
              4）腰梁：可設(shè)多道。
              5）樁間采用C20以上混凝土填充，或掛網(wǎng)噴射混凝土，并埋設(shè)排水管。
              6）錨桿。
錨桿：
A、垂直距離不小于2m，水平距離不小于1.5m。
B、錨桿錨固體上覆土厚度不宜小于4m。
C、錨桿傾角宜15˚~25˚，不得大于45˚。
D、錨桿錨固體宜采用水泥漿或水泥砂漿，強(qiáng)度不宜低于M10。
E、錨桿自由段長度不宜小于5m，并應(yīng)超過潛在滑裂面1.5m。
F、錨桿錨固體長度不宜小于4m。
G、一級和缺乏經(jīng)驗的二級基坑側(cè)壁必須按規(guī)定作錨桿試驗。
六、支護(hù)結(jié)構(gòu)計算方法
支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算方法很多，有：靜力平衡法，等值梁法，彈性地基梁的m法，彈塑有限元法等等。在此介紹常用的一種情況下的算法，彈性地基梁的m法：
基坑工程彈性地基梁法取單位寬度的擋墻作為豎直放置的彈性地基梁，支撐簡化為與截面面積、彈性模量和計算長度等有關(guān)的二力桿彈簧。彈性地基梁法中土對支擋結(jié)構(gòu)的抗力(地基反力)用土彈簧模擬，地基反力的大小與擋墻的變形有關(guān)，即地基反力由水平地基反力系數(shù)同該深度擋墻變形的乘積確定。即f=mzy，其中，．f為土對支擋結(jié)構(gòu)的水平地基反力，kN／m2；為比例系數(shù)，kN／m4；為計算深度，m；為計算點處擋墻的水平位移m。彈性地基梁的m法優(yōu)點是考慮了支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的變形協(xié)調(diào)。工程實踐表明，在軟土中的懸臂樁支護(hù)計算采用m法，計算位移與實測位移有很大差異，實測位移是計算值的好幾倍。這說明樁后土體變形已不再屬于彈性范圍。另外，m法無法直接確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的插入深度，通常假定試算有很大的隨意性，有時樁底落在軟弱土層中，還需經(jīng)驗來修正。
七、建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ129-99）、適用條件以及安全規(guī)范
技術(shù)規(guī)范
結(jié)構(gòu)形式 適用條件
排樁或地下連續(xù)墻 1）適用于1、2、3級基坑；2）懸臂式結(jié)構(gòu)在軟土中不宜大于5m；3級基坑為主；3）地下水位高于坑底時，應(yīng)采用降水、截水、或地下連續(xù)墻；
水泥土墻 1）基坑等級為2、3級；2）水泥土樁施工范圍內(nèi)軟土地基承載力不宜大于150kPa；3）基坑深度不宜大于6m。
土釘墻 1）基坑等級為2、3級的非軟土場地（否則用復(fù)合土釘支護(hù)）； 2）基坑深度不宜大于12m（實踐中已突破此范圍），否則應(yīng)采用復(fù)合土釘支護(hù)（結(jié)合放坡、微型樁、攪拌樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等）。 3）地下水位高于坑底時，應(yīng)采用降水、截水措施。
逆作拱墻 1）基坑等級為2、3級； 2）淤泥和淤泥質(zhì)土場地不宜；3）拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/8；4）基坑深度不宜大于12m；（實踐中已突破此范圍）
5）地下水位高于坑底時，應(yīng)采用降水、截水措施。
放坡 1）基坑等級為宜為3級； 2）施工場地應(yīng)滿足放坡條件；3）可獨立或與其他支護(hù)方法聯(lián)合使用；4）地下水位高于坑底時，應(yīng)采用降水措施。
  可組合使用。

基坑安全等級
                                                         基坑等級
工程復(fù)雜等級                                   破壞后果 一級 二級 三級
很嚴(yán)重 嚴(yán)重 嚴(yán)重
基坑深度h/m ＞14 9~14 ＜9
地下水埋深/m ＜2 2~5 ＞5
軟土厚度/m ＞5 2~5 ＜2
鄰近淺基礎(chǔ)或重要管線距離邊壁的距離/m ＜0.5h 0.5h~1h ＞1h

注：1）工程復(fù)雜程度等級因素從一級開始，4個指標(biāo)有兩個或兩個以上，即最
       先符合；
    2）破壞后果與工程復(fù)雜程度等級判定有矛盾時，按照高的級別考慮；
    3）重要管線指破壞后果嚴(yán)重或很嚴(yán)重的管線，如：煤氣管道、壓力水管道、
       影響面積大的通訊電纜等。
結(jié)束語
深基坑工程是土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系相互作用的一個動態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)，僅依靠理論分析和經(jīng)驗估計是難以把握在復(fù)雜等條件下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體的變形破壞，也難以完成可靠而經(jīng)濟(jì)的基坑設(shè)計。通過施工時對整個基坑工程系統(tǒng)的監(jiān)測，可以了解其變化的態(tài)勢，利用監(jiān)測信息的反饋分析，就能較好地預(yù)測系統(tǒng)的變化趨勢。當(dāng)出現(xiàn)險情預(yù)兆時，可做出預(yù)警，及時采取措施，保證施工和環(huán)境的安全；當(dāng)安全儲備過大時，可及時修改設(shè)計，削減圍護(hù)措施，通過分析，可修改設(shè)計模型，調(diào)整計算參數(shù)，總結(jié)經(jīng)驗，提高設(shè)計與施工水平。

參考文獻(xiàn)：
[1]徐至軍、趙錫紅 編 深基坑支護(hù)設(shè)計理論與技術(shù)新進(jìn)展.機(jī)械工業(yè)出版社2002年4月第一版
[2]李韋洪 編 深基坑支護(hù)設(shè)計與施工[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社 2000年7月
[3]李繼業(yè) 編 試述建筑基坑支護(hù)工程安全性影響因素[J].中國西部科技 2007年8月