深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型

周書鋒

摘要：高層和超高層建筑在技術(shù)和功能上的需要主要是地下室的設(shè)計與開發(fā)，因而就存在深基坑的開挖和支護(hù)問題。再者，地鐵、橋梁的大量興建，也促使深基坑工程的大批出現(xiàn)。合理進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)選型和方案設(shè)計是工程建設(shè)的需求，也是社會發(fā)展的需要?？偨Y(jié)基坑支護(hù)經(jīng)驗，探尋深基坑支護(hù)的未來發(fā)展趨勢是一個嶄新的話題，它將指引我國地下建筑向更高層次，更高標(biāo)準(zhǔn)，更高質(zhì)量進(jìn)發(fā)。

關(guān)鍵詞：深基坑;支護(hù);選型

一、我國基坑支護(hù)現(xiàn)狀

進(jìn)入90年代以來，基坑圍護(hù)問題已經(jīng)成為我國建筑工程界的熱點問題之一，暫且稱為“基坑熱”。“基坑熱”與國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展有關(guān)，并直接源于“房地產(chǎn)熱”。因而是一種“虛熱”。盡管如此，其工程數(shù)量之大，分布之廣，及其所暴露問題之復(fù)雜，仍使人感到熱得不得了。

1.基坑越挖越深

或為了使用方便，或因為地皮昂貴，或為了符合城管規(guī)定及人防需要，建筑投資者不得不向地下發(fā)展。過去建1～2層地下室，即使在大城市也不普遍，中等城市更為少見。現(xiàn)在在大城市、沿海地區(qū)尤其是特區(qū)，地下3～4層已很尋常，5～6層也有。因此基坑深度多在10～16m間，在20m左右的也為數(shù)不少。

2.工程地質(zhì)條件越來越差

城市建設(shè)不像水電站、核電站等重要設(shè)施那樣，可以在廣闊地域中選擇優(yōu)越的建設(shè)場地，只能根據(jù)城市規(guī)劃需要，隨遇而安。因此地質(zhì)條件往往較差。在某些沿海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)較尤為突出。在較土、高水位及其他復(fù)雜條件下開挖基坑，很容易產(chǎn)生土體滑移、基坑失穩(wěn)、樁體變位、坑底隆起、支擋結(jié)構(gòu)嚴(yán)重漏水、流土以致破損等病害，對周圍邊建筑物、地下構(gòu)筑物及管線的安全造成很大威脅。

3.基坑周圍環(huán)境復(fù)雜

重要高層和超高層建筑集中在人口稠密、建筑物密集的地方，并緊靠重要市政公路。而此處原有建筑結(jié)構(gòu)陳舊，地上與地下管線密布。因此，基坑開挖不僅要保證基坑本身的穩(wěn)定，也要保證周圍的建筑物和構(gòu)筑物不受破壞。

4.基坑支護(hù)型式具有多樣性

諸如人工挖孔樁，預(yù)制樁，深層攪拌樁，鋼板樁，地下連續(xù)墻，內(nèi)支撐，各種樁、板、墻、管、撐同錨桿聯(lián)合支護(hù)，此外還有錨釘墻等。

5.基坑工程的成功率較低

一旦基坑支護(hù)失效，常造成鄰近房屋、地下管線及道路的開裂，引發(fā)工程糾紛，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失及人員的傷亡。

二、深基坑的支護(hù)類型和結(jié)構(gòu)計算方法

深基坑工程是隨著城市建設(shè)事業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種較類型的巖土工程，基坑支護(hù)設(shè)計是一個綜合性的巖土工程問題既涉及土力學(xué)中典型強(qiáng)度與穩(wěn)定問題，又包含了變形問題，同時還涉及到土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用以及結(jié)構(gòu)力學(xué)等問題，常見的基坑支護(hù)類型有：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。目前常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)計算方法有靜力平衡法和等值梁法。

1.靜力平衡法

靜力平衡法亦稱自由端支承法，該法假定圍護(hù)結(jié)構(gòu)是剛性的，并可繞支撐點轉(zhuǎn)動。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的前側(cè)產(chǎn)生被動土壓力，后側(cè)產(chǎn)生主動土壓力。靜力平衡法適用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度不太深即底端非嵌固的情況，此時圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于土壓力的作用而達(dá)到極限平衡狀態(tài)。利用墻前后土壓力的極限平衡條件來求插入深度、結(jié)構(gòu)內(nèi)力等。

2.等值梁法

單支撐（錨拉）埋深板樁計算，將其視為上端簡支、下端固定支承，變形曲線有一反彎點，一般認(rèn)為該點彎矩值為零，于是可把擋土結(jié)構(gòu)劃分為兩段假想梁，上部為簡支，下部為一次超靜定結(jié)構(gòu)，其彎矩圖不變，該法稱為等值梁法。實踐表明，等值梁法計算板樁是偏于安全的，實際設(shè)計計算常將最大彎矩予以折減，折減經(jīng)驗系數(shù)為0.6～0.8，一般取0.74。等值梁法基于極限平衡狀態(tài)理論，假定支擋結(jié)構(gòu)前后受極限狀態(tài)的主被動土壓力作用，不能反映支擋結(jié)構(gòu)的變形情況，亦即無法預(yù)先估計開挖對周圍建筑物的影響，故一般僅作支護(hù)體系內(nèi)力計算的校核方法之一。

三、基坑支護(hù)選型的步驟和原則

基坑支護(hù)型式的合理選擇，是基坑支護(hù)設(shè)計的的首要工作，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，周邊環(huán)境的要求及不同支護(hù)型式的特點、造價等綜合確定。一般當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好，周邊環(huán)境要求較寬松時，可以采用柔性支護(hù)，如土釘墻等;當(dāng)周邊環(huán)境要求高時，應(yīng)采用較剛性的支護(hù)型式，以控制水平位移，如排樁或地下連續(xù)墻等。同樣，對于支撐的型式，當(dāng)周邊環(huán)境要求較高地質(zhì)條件較差時，采用錨桿容易造成周邊土體的擾動并影響周邊環(huán)境的安全，應(yīng)采用內(nèi)支撐型式較好;當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件特別差，基坑深度較深，周邊環(huán)境要求較高時，可采用地下連續(xù)墻加逆作法這種最強(qiáng)的支護(hù)型式?；又ёo(hù)最重要的是要保證周邊環(huán)境的安全。

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工不同于上部結(jié)構(gòu)。除地基土類別的不同外，地下水位的高低、土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及周邊環(huán)境等，都直接與支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型有關(guān)。而且，為達(dá)到方案的優(yōu)化，有時根據(jù)地層土質(zhì)的變化以及基坑周圍環(huán)境也可采用更為靈活的組合支護(hù)方案。

四、深基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展的展望

深基坑支護(hù)工程是基礎(chǔ)施工所必須的臨時結(jié)構(gòu)，其工程造價與設(shè)計的合理性緊密相關(guān)，合理的設(shè)計是影響整個工程施工進(jìn)度與造價的關(guān)鍵所在。由于存在諸多因素的影響，因此如何選擇經(jīng)濟(jì)、安全、進(jìn)度之間的合理平衡就是一個需要思考的重要問題，為了保證基坑設(shè)計的合理性與經(jīng)濟(jì)性，對基坑設(shè)計與施工提出以下建議：

1.提高設(shè)計人員的素質(zhì)

由于基坑設(shè)計與水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件密切相關(guān)，地基土參數(shù)的試驗方法、取值、地下水的影響往往是確定支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素，同時降水施工過程也可能改變地基土的性質(zhì)。這些復(fù)雜因素都要求設(shè)計人員根據(jù)自身的巖土工程設(shè)計經(jīng)驗來確定基坑支護(hù)設(shè)計方案。

2.環(huán)境效應(yīng)問題

為減少基坑工程帶來的環(huán)境效應(yīng)問題，或出于保護(hù)地下水資源的需要，基坑采用帷幕形式進(jìn)行支護(hù)，除地下連續(xù)墻外，一般采用旋噴樁或深層攪拌樁等方法構(gòu)筑止水帷幕?？蓢L試將水利工程中防滲墻的方法引入到基坑工程中來。

3.軟土基坑

在軟土地區(qū)，為避免基坑底部隆起、造成支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移加大和臨近建筑物下沉，可采用深層攪拌或注漿技術(shù)對基坑底部土體進(jìn)行加固，即提高支護(hù)結(jié)構(gòu)被動區(qū)土體強(qiáng)度的方法。為減少坑壁土體的側(cè)向變形，可以通過基坑內(nèi)外雙液快速注漿加固土體;也可以對支撐（或拉結(jié)）施加預(yù)應(yīng)力;還可以調(diào)整挖土進(jìn)度以及支撐的施工程序等措施來限制基坑的側(cè)向變形。

4.采用動態(tài)設(shè)計和信息施工技術(shù)，確?；影踩┕?/p>

由于基坑工程的不確定因素較多，設(shè)計人員應(yīng)對支護(hù)結(jié)構(gòu)較薄弱而可能出現(xiàn)事故的環(huán)節(jié)，以及出現(xiàn)事故的應(yīng)急方案等提前加以適當(dāng)考慮，及時修改相應(yīng)的設(shè)計，并在設(shè)計圖上說明，一旦發(fā)生事故，使之確實能起到應(yīng)急作用。動態(tài)設(shè)計方法與信息施工技術(shù)，要求工程技術(shù)人員隨時注意和掌握巖土工程施工過程中的信息反饋和資料積累。應(yīng)用計算機(jī)監(jiān)測，提供施工過程中支護(hù)體系及環(huán)境的受力狀態(tài)及變形數(shù)據(jù)，對支護(hù)狀態(tài)實行動態(tài)檢測與控制，工程監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)及時反饋，以指導(dǎo)設(shè)計與施工。

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