深基坑支護工程的結(jié)構(gòu)型式與工程實例

曾彩華

深基坑的支護，不僅要保證基坑內(nèi)能正常安全作業(yè)，而且要防止基體及基坑外土體移動，保證基坑附近建筑物、道路、管線的正常運行。

深基坑支護結(jié)構(gòu)的型式。為適應(yīng)不同的地質(zhì)及環(huán)境條件，設(shè)計者針對不問的工程實際，往往會根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ牧稀⑹┕l件等設(shè)計出不同的結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)支護結(jié)構(gòu)受力特點，考慮設(shè)計計算模式，在此將基坑支護結(jié)構(gòu)主要分為三大類：懸臂式支護結(jié)構(gòu)、重力式擋土墻結(jié)構(gòu)、拱圈式支護結(jié)構(gòu)。

一、 深基坑支護工程的結(jié)構(gòu)型式

（一）懸臂式支護結(jié)構(gòu)

懸臂式支護結(jié)構(gòu)是利用基坑底面以下土體提供的土壓力來維持支護體系的平衡的一種結(jié)構(gòu)。它類似于懸臂梁，一般用于深度不太大的基坑支護工程，其主要結(jié)構(gòu)型式有下列幾種：

1、樁排支護結(jié)構(gòu)

（1）稀疏樁排

當(dāng)邊坡土質(zhì)較好，地下水位較低時，可利用土拱作用，以稀疏樁排支擋邊坡。

（2）連續(xù)樁排

對于不能形成土拱作用的軟土邊坡，支護樁必須連續(xù)密排。

密排的鉆孔樁可以互相搭接，或在樁身混凝土強度尚未形成時在相連樁之間做一根素混凝土和樹根樁把鉆孔樁排連接起來，從而形成一種既能擋土又能防滲的簡易連續(xù)墻。

（3）雙排樁

當(dāng)土質(zhì)軟弱或開挖深度較大時，單排樁的橫向剛度往往不能滿足控制變形的要求。這時，可采用雙排樁通過樁頂蓋梁聯(lián)成門式剛架式的整體，這種框架式樁排具有較大的側(cè)向剛度，可以有效地限制邊坡的側(cè)向變形。

（4）組合人樁排

主樁與擋板組合：這實際上也是一種稀疏樁排支擋，只是樁距較大，利用擋板把樁間土的側(cè)壓力傳遞給主樁，同時起到一定的防滲作用。

主樁與水泥土拱組合：以水泥攪拌樁相互搭接組成平面拱代替擋板，把側(cè)壓力傳遞給主樁。這種支檔具有較好的防滲效果，施工更方便，使用于更深的基坑。

樁排與水泥土防滲墻結(jié)合：在地下水位高的軟土地區(qū)，防滲是保證基坑支護成功的重要一環(huán)。采用稀疏樁排（單排或雙排）擋土，水泥攪拌樁排防滲的組合結(jié)構(gòu)被證明是經(jīng)濟有效的一種支護型式。

2、地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻的優(yōu)點是對周圍的影響小、對地層條件適應(yīng)性強、墻體長度可任意調(diào)節(jié)。它適用于各種深度的基坑開挖，即可將地下連續(xù)墻作為支護結(jié)構(gòu)，又可作為主體結(jié)構(gòu)，從而大大降低工程造價，還可采用逆作法施工，減少對環(huán)境和地面交通等的影響。地下連續(xù)墻作為支護結(jié)構(gòu)，具有抗彎剛度、防滲性能和整體性能好等優(yōu)點，開挖深度可達30m。目前用于支護的地下連續(xù)墻，已從單一的一字型發(fā)展出折板型和Ⅱ型等多種型式，以獲得更大的側(cè)向剛度。

（二）重力擋土墻結(jié)構(gòu)

1、水泥攪拌樁加固法

水泥攪拌樁是軟土加固的一種有效方法。其突出優(yōu)點表現(xiàn)為：施工無環(huán)境污染（無噪聲、無振動、無排污）、造價低廉及防滲性能好。

加固原理是：利用具有一定強度的水泥攪拌樁相互搭接組成結(jié)構(gòu)體系，從而使邊坡滑動棱體范圍內(nèi)的土體得以加固，保持邊坡穩(wěn)定。加固體按重力式擋土墻驗算，當(dāng)穩(wěn)定性不足時可增加固體厚度和深度，直到滿足穩(wěn)定性。

2、高壓旋噴樁加固法

高壓旋噴樁也是加固軟弱地基的方法，由于其水泥含量高，強度比水泥攪拌樁高得多，因此，加固邊坡時其厚度可以較薄。當(dāng)基坑為圓形時，可利用拱效應(yīng)進一步減小加固厚度。

3、注漿加固法

其基本原理是：用氣壓、液壓或電化學(xué)方法，把水泥漿或其它化學(xué)溶液注入土體孔隙中，改善地基土的物理學(xué)性質(zhì)，達到加固土體和防滲的目的。

4、網(wǎng)狀樹根加固法

其原理是：使邊坡破壞棱體范圍內(nèi)的土體于樹根樁網(wǎng)構(gòu)成一個樁土復(fù)合體，它具有良好的整體穩(wěn)定性，足以抵御土壓力、水壓力和地面超載。

5、土釘支護，亦稱插筋補墻法，也稱之為掛網(wǎng)噴錨支護

土釘支護技術(shù)是通過邊坡土體中插入一定數(shù)量抗拉強度較大，并具有一定剛度的插筋錨體，使之與土體形成復(fù)合土體。它以發(fā)揮土釘與土體相互作用形成復(fù)合土體的補強效應(yīng)為基本特征，以土釘作為補墻的基本手段，與其它護坡技術(shù)相比，它不需要大型施工機械，幾乎不需單獨占用場地，而且具有施工簡便，適用性廣泛，費用低，可以豎直開挖等特點，因而在我國已大量使用并有廣泛的應(yīng)用前景。

（三）拱圈式支護結(jié)構(gòu)

拱圈式支護結(jié)構(gòu)充分利用了基坑的弧狀及拱式結(jié)構(gòu)受力特點，使以受彎距為主的支護結(jié)構(gòu)由于拱式受力特征而改變?yōu)槭軌簽橹鳎蟠蟾纳屏私Y(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。其主要形式如下：

1、圓形拱圈支護

根據(jù)建筑物地下室為圓形或接近于圓形，支護結(jié)構(gòu)可按地下室的輪廓近似地做成圓形結(jié)構(gòu)。此時，支護結(jié)構(gòu)主要承受壓應(yīng)力。

2、橢圓形支護結(jié)構(gòu)

當(dāng)基坑周邊條件允許，且建筑物地下室接近于橢圓形時，支護結(jié)構(gòu)可做成橢圓形結(jié)構(gòu)。支護結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)根據(jù)橢圓形的長短軸比值而變化。長短軸比值越大，則在長軸方向上愈趨于懸臂式支護結(jié)構(gòu)狀態(tài)，反之長短軸比值越小，則愈類似于圓形受力狀態(tài)。

3、曲線形支護結(jié)構(gòu)

建筑物地下室往往上不規(guī)則的，其曲線形狀無法滿足理想圓形或橢圓形，但大多具有一定的曲線形狀，或基坑周邊條件允許做成某一曲線形狀。這樣，就可充分利用拱圈形的良好受力特性，將支護結(jié)構(gòu)設(shè)計成主要承受應(yīng)力的曲線支護結(jié)構(gòu)。

在實際的建筑工程施工中，特別是對比較大型的建筑工程，深基坑支護并不是簡單的采用某種單一的支護結(jié)構(gòu)，而是多種支護結(jié)構(gòu)的混合使用。以下所引用的兩個例子，分別就使用單一支護結(jié)構(gòu)和混合的支護結(jié)構(gòu)進行說明。

二、工程實例

（一）工程概況

浙江日報新聞大樓是杭州市重點建設(shè)工程，占地面積約2600m2，總建筑面積32000m2，總高度104.0m，地上28層，地下2層，基礎(chǔ)采用大直徑鉆孔灌注樁，基坑開挖深度一般為-7.3m最深處達8.0m大樓主體呈正方形，邊長為29.7m框筒結(jié)構(gòu)。

1、 地質(zhì)及環(huán)境條件

該工程位于浙江日后大院內(nèi)，擬建場地原為辦公大樓，樓中間還有一個小池塘，地下障礙物較為復(fù)雜，場地地層自上而下依次為雜填土、粉土、淤泥質(zhì)粘土。從地質(zhì)報告上看，是典型的老城區(qū)地基，含有大量碎磚及深淺不一的條石。地下管線復(fù)雜，淺層地下水屬潛水，靜止水位約為1.15~1.20m，為防止土方開挖引起地基沉降，帶來管線折斷、房屋傾斜、開裂等一系列問題，施工須采取有效措施確保安全。

大樓東西兩側(cè)緊鄰院內(nèi)活水河道，河床底部淺于基坑底部，南側(cè)是浙報交通主干道，北側(cè)距編輯部大樓僅9.40m，為確保人員及車輛的安全通行，以及維護浙江這一樞紐新聞機構(gòu)的清潔面貌，兩側(cè)道路均不可侵占。施工場地狹小，造成施工困難。

鑒于業(yè)主單位的行業(yè)特殊性，施工單位必須在最短的時間內(nèi)搶出最成功的工程，因此，施工工期緊，施工質(zhì)量要求相對較高。針對以上地質(zhì)以及環(huán)境條件，選擇一種合理、有效的支護方案顯得尤為重要。

2、基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)以上方案比較，該工程宜采用地下連續(xù)墻方案，用地下墻導(dǎo)板抓斗設(shè)備來對付雜填土層中的塊石是最有效果的，一方面，它將減少不必要的費用開支，另一方面，最為重要的是它將大大縮短工期。

（二）工程概況

上海銀都商城主樓為一幢集商業(yè)、娛樂、辦公及高級公寓于一體的高級商住綜合樓。建筑面積55491m2，地下2層，地上40層，建筑物高度156m。

本工程基坑支護在主樓區(qū)采用了無對撐體系的拱圈結(jié)構(gòu)，以有利挖土和地下結(jié)構(gòu)的施工，這在國內(nèi)尚屬首例。

1、地質(zhì)及環(huán)境條件

銀都商城建造在浦東新區(qū)張楊路北側(cè)，基南、西側(cè)均有新建大廈進入結(jié)構(gòu)施工階段，其唯一通道又因張楊路拓寬工程及路兩側(cè)的共同溝已進入封路施工高峰，這給工程的施工造成了極大的困難。更由于此工程基地標(biāo)高為2.9m～3.5m，處于低洼地的底部，嚴(yán)重積水，而工程樁、支護樁考慮到環(huán)保條件限制，必須采用無震動、無擠土影響的鉆孔灌注樁及水泥土拌樁，但鉆孔灌注樁施工時產(chǎn)生的大量泥漿因出路嚴(yán)重受阻，更加大了施工的難度。

2、基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

經(jīng)過多次方案探討比較，最后經(jīng)專家認證，確定以鉆孔灌注樁和深層攪拌樁復(fù)合壩體加混凝土環(huán)形圈梁的無對支撐體系作為本工程的支護方案

本工程支護系統(tǒng)的混凝土圈梁與鉆孔樁的連接采用了上部斜拉，中間在鉆孔樁內(nèi)預(yù)留錨筋與圈梁錨固，下部以鋼牛腿托柱等三種措施，使圈梁支撐立柱等三維梁單元與支護排樁組合成一個空間體系，挖土?xí)r把鉆孔樁之間夾檔內(nèi)的土掏凈，使圈梁混凝土能與鉆孔樁更加密切地結(jié)合成整體。圈梁支撐的施工與土方開挖交叉進行，邊挖土邊鑿出支護樁側(cè)錨固盤和預(yù)埋弧形鋼板并焊上承托圈梁的鋼牛腿，再跟上圈梁底模及鋼筋的綁扎，這樣既縮短了工期，又能使圈梁支撐及時起作用，減少了支護體系的變形。

三、幾點體會

大型工程開工前必須做好充分的調(diào)研工作，對周圍環(huán)境條件與相鄰工程之關(guān)系以及外界因素的發(fā)展趨勢等等要有充分的了解，制訂好相應(yīng)的對策，以免被動。

深基坑支護工程是基礎(chǔ)施工所必須的臨時結(jié)構(gòu)，深大基坑支護的施工造價與設(shè)計的合理緊密相關(guān)，合理的設(shè)計是影響整個工程施工的關(guān)鍵所在。由于地基圖的不定性，周圍環(huán)境條件的不同等，尤其是設(shè)計者的經(jīng)驗，往往是影響基坑設(shè)計合理的因素，不同的設(shè)計方案可能會使同一個支護工程花較少的費用而獲得更安全的結(jié)果。

支護工程的施工必須按施工方案有計劃的實施，且要求在施工中始終圍繞一個“搶”字。無論在基坑開挖時，還是在地下室底板施工時，在加快施工進度同時確保維護系統(tǒng)的安全。