胡楚旺

陜西省建筑科學(xué)研究院   710082    西安

 

    隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市建設(shè)的需要，高層及超高層建筑的大量涌現(xiàn)，深基坑工程越來越多，同時(shí)密集的建筑物、復(fù)雜的深基坑形式，使得基坑開挖的條件越來越復(fù)雜，故對(duì)基坑開挖與支護(hù)的計(jì)算與設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)等的要求越來越高。

 

    1．1懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)

    是指未加任何支撐或錨，僅靠嵌入基坑底下一定深度的巖土體平衡上部土體的主動(dòng)土壓力、地面荷載以及水壓力的支護(hù)結(jié)構(gòu)。有排樁、地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。對(duì)于該種支護(hù)結(jié)構(gòu)，其嵌入深度至關(guān)重要。由于基坑底以上部分呈懸臂狀態(tài)，無任何支點(diǎn)的作用，樁頂位移及構(gòu)件彎矩值比較大，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件要求較高。因此，這種支護(hù)結(jié)構(gòu)形式主要用于土質(zhì)條件較好、基坑深度不大及對(duì)基坑水平位移要求不很嚴(yán)格的基坑。在軟土場地中不宜大于5m。

 

    1．2內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)

    是由擋土結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)形式。擋土結(jié)構(gòu)主要承受基坑開挖所產(chǎn)生的土壓力和水壓力，一般采用排樁和地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。內(nèi)支撐為擋土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定提供足夠的支撐力，直接平衡兩端圍護(hù)結(jié)構(gòu)上所承受的側(cè)壓力，常用的有鋼支撐和鋼筋混凝土支撐。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式主要用于市政工程施工。

 

    1．3拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)

    是由擋土結(jié)構(gòu)和外拉系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)形式。外拉結(jié)構(gòu)可分地面拉錨支護(hù)結(jié)構(gòu)和錨桿（索）支護(hù)結(jié)構(gòu)。地面拉錨支護(hù)結(jié)構(gòu)由擋土結(jié)構(gòu)、拉桿（索）和錨固體組成。常用于深度及規(guī)模不大的基坑。錨桿（索）支護(hù)是由擋土結(jié)構(gòu)及錨固于基坑滑動(dòng)面以外的穩(wěn)定土體的錨桿（索）組成。一般用于規(guī)模較大的深基坑。鄰近有建筑物或重要管線面不允許有較大變形的基坑。錨桿（索）支護(hù)結(jié)構(gòu)特別對(duì)現(xiàn)場較窄，無工作面環(huán)境情況下被大量采用。

 

    1．4土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)

    土釘墻又稱為土釘支護(hù)技術(shù)，它是在原位土中設(shè)置密集的土釘，并在土邊坡表面構(gòu)筑鋼絲網(wǎng)噴射混凝土面層，通過土釘、面層和原位土體三者的共同作用而支護(hù)邊坡或邊壁。土釘墻體同時(shí)也構(gòu)成了一個(gè)就地加固的類似重力式擋土結(jié)構(gòu)。與已有的各種支護(hù)方法相比，它具有施工容易、設(shè)備簡單、需要場地小，開挖與支護(hù)作業(yè)可以并行、總體進(jìn)度快、成本低，以及無污染、噪聲小、穩(wěn)定可靠、社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益好等許多優(yōu)點(diǎn)，因而在國內(nèi)外的邊坡加固與基坑支護(hù)中得到了廣泛迅速的應(yīng)用。

    1．5復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)

    由于地質(zhì)的復(fù)雜性，各種支護(hù)結(jié)構(gòu)自身具局限生，再加上施工現(xiàn)場環(huán)境的不確定性，各種支護(hù)結(jié)構(gòu)必須相互結(jié)合使用。復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)就是由排樁、地下連續(xù)墻、土釘、預(yù)應(yīng)力錨桿及噴射混凝土等組合形成的綜合性支護(hù)結(jié)構(gòu)。由于它充分考慮了各種支護(hù)優(yōu)點(diǎn)，工程造價(jià)低，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，但綜合考慮了各種支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)設(shè)計(jì)和施工提出的較高的要求。

 

    2．1選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)類型的依據(jù)

    基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇是否合理，考慮的因素是否全面，對(duì)基坑支護(hù)工程起到?jīng)Q定性作用。基坑支護(hù)圍護(hù)及撐錨方法較多，每一種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，有的速度快，有的經(jīng)濟(jì)，有的噪音小，有的用電量小等，可結(jié)合現(xiàn)場具體的情況來確定。

 

    （1）工程用地紅線圖，建筑平面布置總圖以及相鄰建筑物的平、立、剖面和基礎(chǔ)圖等；基坑的尺寸，基坑場地的形狀、深度和寬度等。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的荷載。

    （2）場地和邊坡的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察資料；

    （3）邊坡環(huán)境資料；對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工（噪音、振動(dòng)、地面污染）的要求；

    （4）施工技術(shù)、設(shè)備性能、施工經(jīng)驗(yàn)和施工條件等資料；

 

    2．2支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇原則

    支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)基坑周邊環(huán)境、開挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、施工作業(yè)設(shè)備和施工季節(jié)等條件綜合考慮，做到因地制宜，因時(shí)制宜，合理設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制，使方案具有創(chuàng)造性和靈活性。

 

    2．3選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)體系要點(diǎn)

    （1）粘性土顆粒較細(xì)，具有一定粘聚力，強(qiáng)度隨含水量可能變化。在多數(shù)情況下，地下水位深，不需要采用防水、降水措施。如果場地開闊，可選擇放坡、懸臂式、樁錨式、錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)；如場地狹窄，可選擇排樁、地下連續(xù)墻加錨桿的支撐方案。基礎(chǔ)開挖后，開挖深度不大可采用懸臂式支護(hù)或土釘墻；開挖深度較大時(shí)，可考慮多層錨桿或多層支撐。假如土質(zhì)情況較好，可考慮土釘或噴錨支護(hù)。土質(zhì)較差，可用樁、地下連續(xù)墻加錨桿或支撐支護(hù)方案。

 

    （2）軟土具有強(qiáng)度低、壓縮性大、滲透性小、荷載作用變形大等特點(diǎn)，且周圍環(huán)境復(fù)雜，故軟土地區(qū)深基坑開挖，應(yīng)注意安全。如基坑周圍場地開闊，上部采用分臺(tái)階放坡，下部采用擋土墻支護(hù)，或懸臂式、樁錨式、錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)；如場地狹窄，則必須采用能夠相應(yīng)控制地面位移與沉降的支持結(jié)構(gòu)，并且做好防水處理。基礎(chǔ)開挖深度均較大，可設(shè)置排樁、地下連續(xù)墻或其它支護(hù)結(jié)構(gòu)加防水帷幕。較大范圍開挖時(shí)，也可采用復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)，排樁及單、多層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)加防水帷幕。

 

    （3）硬質(zhì)地基基坑開挖一般是止水性支護(hù)結(jié)構(gòu)和非止水性支護(hù)結(jié)構(gòu)并行使用。因?yàn)橛操|(zhì)地基地層具有緊密、承載能力高和壓縮性低等特點(diǎn)，一般不致引起開挖面隆起、沙涌出及因降水而導(dǎo)致周圍地面沉降水現(xiàn)象發(fā)生，從設(shè)計(jì)安全性、施工可行性和造價(jià)經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，在硬質(zhì)地基埋藏較淺的地區(qū)，采用非止水性支護(hù)結(jié)構(gòu)往往更合理。如地表與硬質(zhì)土層中有一層較厚的軟土層，且地下水位較高時(shí)，則應(yīng)才用止水性支護(hù)結(jié)構(gòu)

 

    3．1采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法

    對(duì)于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，目前沒有統(tǒng)一的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)仍采用傳統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)荷載法”，計(jì)算結(jié)果與深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力有較大的差距，即不安全也不經(jīng)濟(jì)。目前，巖土工作者對(duì)探討和建立動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)體系已開形成共識(shí)，已開始從事這方面的研究。近十幾年來，我國在深基坑支護(hù)技術(shù)上已經(jīng)積累很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，收集了施工過程中的一些技術(shù)數(shù)據(jù)，已初步摸索出巖土變化支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際受力的規(guī)律，為建立深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新理論打下了良好的基礎(chǔ)。

 

    3．2新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法

    隨著各種類型的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)正在向綜合性方向發(fā)展，即受力結(jié)構(gòu)與止水結(jié)構(gòu)相結(jié)合，臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)與永久支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，基坑開挖方式與支護(hù)結(jié)構(gòu)形式相相結(jié)合。這些結(jié)合必然導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。對(duì)這些支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型如何建立、計(jì)算簡圖怎樣選取、設(shè)計(jì)方法如何趨于正確，仍是當(dāng)前新型支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中急需解決的問題。

 

    3．3支護(hù)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究

    在支護(hù)工程施工的過程中我們積累的技術(shù)資料很豐富，但缺少科學(xué)的測試數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行科學(xué)分析。一些支護(hù)結(jié)構(gòu)工程成功了，也講不出具體成功之處；一些支護(hù)結(jié)構(gòu)工程失敗了，也說不清失敗的真實(shí)原因。因此，開展支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究是非常有必要的。通過實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)和工程現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)規(guī)律，尋找解決問題的最佳途徑，為其他工程提供經(jīng)驗(yàn)和方法，減少工程事故的發(fā)生，為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法提供了可靠的第一手資料。

 

    3．4優(yōu)化深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案

    深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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)以及周圍環(huán)境條件等，都直接與支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型有關(guān)。在深基坑工程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇至關(guān)重要，支護(hù)結(jié)構(gòu)型式選擇的合理，就能做到安全可靠、施工順利、縮短工期，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。反之，一個(gè)不合理的方案即使造價(jià)很高，也不一定能保證安全。可見支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)化選擇是深基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

 

    3．5建立信息監(jiān)測與信息化施工技術(shù)

    基坑工程力學(xué)參數(shù)的不確定性及施工過程的不可預(yù)見性，使基坑工程設(shè)計(jì)和施工中難免出現(xiàn)與實(shí)際地層條件不符合的情況，需要在施工過程中通過檢測信息的反饋來修正設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工。因此，基坑工程監(jiān)測是基坑工程施工中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，組織良好的監(jiān)測能夠?qū)⑹┕ぶ懈鞣矫嫘畔⒓皶r(shí)反饋基坑開挖組織者，根據(jù)預(yù)測判定施工對(duì)周圍環(huán)境造成影響的程度，對(duì)基坑工程圍護(hù)體系變形及穩(wěn)定狀態(tài)加以評(píng)價(jià)，并預(yù)測進(jìn)一步挖土施工后將導(dǎo)致的變形及穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)展，制定進(jìn)一步施工策略，實(shí)現(xiàn)信息化施工。

 

    深基坑支護(hù)工程是近二十年來隨著城市高層建筑發(fā)展而發(fā)展的一門新的實(shí)踐工程學(xué)，涉及到工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程結(jié)構(gòu)、施工工藝和施工管理等幾門學(xué)科的綜合技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，在巖土工作者和工程技術(shù)人員的共同努力下，深基坑支護(hù)技術(shù)方面一定會(huì)有新的突破。

 

[1] 國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）.1999

[2] 國家標(biāo)準(zhǔn)《錨桿噴射混凝土支護(hù)規(guī)范》（GB50086-2001）.2001

[3] 國家標(biāo)準(zhǔn) 《建筑基坑工程檢測技術(shù)規(guī)程》（GB50497-2009）.2009

[4] 國家標(biāo)準(zhǔn) 《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）.2002

[5] 中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 《基坑土釘墻支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（CECS96：97）.1997

[6] 劉興遠(yuǎn).雷用.康景.《邊坡工程設(shè)計(jì)監(jiān)測鑒定與加固》中國建筑工業(yè)出版社.2008