淺述基坑支護結構型式選擇

闕德興

摘要:基于對基坑支護結構特點的認識,比較分析了幾種常用深基坑支護結構型式的優缺點以及適用范圍。通過對兩個深基坑支護結構方案選型的實例分析,介紹了深基坑支護結構方案選型的基本依據和選型的方法,為設計人員提供參考。

關鍵詞:基坑;支護結構;方案選型

基坑工程主要包括基坑圍護體系的設計與施工和土方開挖,是一項綜合性很強的系統工程。近幾年來,基坑工程事故時有發生,主要表現在:支護結構產生較大位移、支護結構破壞、基坑塌方及大面積滑坡、基坑周圍道路開裂和塌陷、與基坑相臨的地下設施(管線、電纜)變位以致于破壞,鄰近的建筑物開裂甚至倒塌等,給國家經濟和人民生命財產造成嚴重損失。因此,選擇一種安全、經濟、可行的基坑支護方案已成為設計時不可忽視的重要環節。

1深基坑工程的特點

隨著城市建設中高層、超高層建筑的大量涌現,深基坑工程越來越多,特別是上世紀90年代以來,基坑工程數量、規模、分布急劇增加,呈現出緊(場地緊湊)、近(工程距離近)、深(越來越深)、大(規模和尺寸大)等特點。深基坑工程的主要特點如下[1]:基坑工程具有很強的區域性和實踐性;基坑工程具有很強的綜合性;基坑工程具有較強的環境效應;基坑工程施工周期長,從開挖到完成地面以下的全部隱蔽工程,常需經歷多次降雨、周邊堆載、振動等,對基坑穩定性不利。

2 深基坑支護結構類型及其適用范圍

2.1 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁是直接將混凝上澆灌到地下的鉆孔中成杭的一種施工方法[2],其優點有:鉆孔灌注樁施工具有無噪聲,無振動,無擠土的優點;鉆孔灌注樁排圍護墻剛度大 ,抗彎能力強,變形相對較小,多用于坑深7～15米的基坑工程。缺點:但它不具備擋水功能,適用于地下水位較深,土質較好的地下。在地下水位較高地區應用,需另做擋水帷幕。

2.2 深層攪拌樁支護

水泥攪拌樁適宜于各種成因的飽和粘性土,包括淤泥、淤泥質土、粘土和粉質粘土等,加固深度可從數米至50～60米,國內最大深度可達15～16m。由于其抗拉強度遠小于抗壓強度,故常適用于基坑深度不大(5～7米)、可采用重力式擋墻結構形式的基坑。它具有對環境影響小、擋土止水性能好、無支撐、便于機械化作業以及造價經濟等優點,但樁體強度較低、穩定性差、位移變形大,而且在水泥土攪拌樁施工時要注意防止影響周圍環境。

2.3 排樁支護

基坑開挖時,對不能放坡或由于場地限制不能采用攪拌樁圍護,開挖深度在6～10m左右時,即可采用排樁圍護。排樁包括鋼板樁、鋼筋混凝土板樁及鉆孔灌注樁、人工挖孔樁等,其支護形式包括:

①柱列式排樁支護:當邊坡土質較好、地下水位較低時,可利用土拱作用,以稀疏的鉆孔灌注樁或挖孔樁作為支護結構;

②連續排樁支護:在軟土中常不能形成土拱,支護樁應連續密排,并在樁間做樹根樁或注漿防水;也可以采用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁密排;

③組合式排樁支護:在地下水位較高的軟土區,可采用鉆孔灌注樁排樁與水泥攪拌樁防滲墻組合的形式。

2.4 地下連續墻支護

當在軟土層中基坑開挖深度大于10米、周圍相鄰建筑或地下管線對沉降與位移要求較高,或用作主體結構的一部分,或采用逆筑法施工時,常采用地下連續墻作基坑的支護結構。地下連續墻具有如下優點:①墻體剛度大、整體性好,因而結構和地基變形較小,可用于超深的支護結構,也可用于主體結構;②適用于各種地質條件。特別是遇到砂卵石地層或要求進入風化巖層時,鋼板樁難于施工,可采用地下連續墻支護;③可減少工程施工時對環境的影響,施工時振動少,噪聲低;對周圍相鄰的工程結構和地下管線的影響較小,對沉降變位較易控制;④可進行逆筑法施工,有利于加快施工進度,降低造價。但是對廢泥漿難于處理,槽壁有坍塌問題,地下連續墻如用作施工期間的臨時擋土結構,則造價較高,不經濟。

2.5 土釘墻支護

土釘墻支護適用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、雜填土及非松散砂土和卵石土等。對于淤泥質土、飽和軟土應采用復合型土釘墻支護。土釘墻支護有以下特點:①土釘墻支護是通過沿土釘通長與周圍土體接觸形成復合體;②土釘墻是原位土中的加筋技術,是在從上至下的開挖過程中將土釘置入土中,形成以土釘和它周圍加固了的土體為一體的類似重力式擋土墻結構;③土釘墻支護是邊開挖邊支護,流水作業,不占獨立工期,施工快捷;④設備簡單,操作方便,施工所需場地小,材料用量少,經濟效果好;常用于開挖深度不大、周圍相鄰建筑或地下管線對沉降與位移要求不高的基坑支護,具有施工快捷簡便、經濟可靠的特點,得到廣泛的應用。

3 深基坑支護結構方案的選擇

支護結構方案的選擇必須根據具體工程實際,遵循“安全、經濟、適用”的原則。在方案選擇的具體操作中,常用方法有[3,4]:一種是通過對國內外大量深基坑支護工程選型的實踐經驗總結,傾向于按某個特定的方案選擇順序進行選擇;一種是根據多目標決策理論,采用如層次分析法、模糊綜合評價法等進行方案優選。通過對國內外大量深基坑支護工程選型的實例總結,深基坑支護設計方案的優選宜遵從圖1的流程[5]:

4工程實例分析

廣州某地鐵站所處地形較平坦,附近建筑物密集,交通較繁忙,學校和醫院聚集。地面高程28.72～29.63m。車站建于多層建筑下,鉆孔揭露各巖土層自上而下有:人工填土,沖積-洪積土層,河湖相淤泥質土,坡積土層,花崗巖可塑狀殘積土層,花崗巖硬塑狀殘積土層,花崗巖全風化帶,花崗巖強風化帶,花崗巖中風化帶,花崗巖微風化帶。本站區地下水位較高,初見水位0.8～1.2m,穩定水位1.5～3.1m?；◢弾r殘積土層和花崗巖全風化透水性較強,而富水性較弱,花崗巖強風化帶和花崗巖中風化帶裂隙發育～較發育,有基巖裂隙水。

該基坑的特點是附近交通繁忙,但學校和醫院聚集,所以噪聲不能太大;場地地下水豐富。圍護結構需有較好的抗滲作用。建筑物密集,不具備采用放坡開挖的條件,對建筑物沉降需要嚴格控制。因此,經過各種支護結構的特點比較,可選用如下方案:

①車站基坑整個圍護結構采用厚度為800mm和槽幅寬6m的地下連續墻

②采用內支撐結構,基坑內沿深度方向設置三道圓形鋼管支撐。用直徑600,t=12的焊接鋼管。直撐水平間距3.5m。為了加強各幅槽段的連接作用,提高圍護結構的整體剛度,圍護樁樁頂設置一道1.0m*0.8m的鋼筋混凝土冠梁,每層支撐設組合H型鋼腰梁,用2ф450焊接而成。

地下連續墻施工時振動小、噪聲低,對周圍環境的影響小;本車站基坑18米左右,選用地下連續墻剛度大,整體性好,變形相對較小;在密集的建筑群中施工基坑,對周圍地面沉降,建筑物的沉降要求需嚴格限制時,宜用地下連續墻;地下連續墻為連續整體結構,施工時處理好接頭部位,能有較好的抗滲水作用;如采用逆作法施工,地下連續墻可兼作該地鐵站主體的地下墻體,實現兩墻合一,降低了成本。

結語

深基坑支護工程是一項復雜的系統工程,必須經過嚴密的基坑支護設計,制定完善的基坑支護結構方案、降水和土方開挖方案、位移監測和環境保護方案等,并依據施工方案和有關的施工規范、規程進行施工,才能確?；邮┕さ陌踩?。

參考文獻

[1] 陳忠漢,黃書秩,程麗萍等.深基坑工程[M].北京:機械工業出版社,2003.

[2] 傅狄飛. 鉆孔灌注樁施工中的常見問題[J].珠江現代建設,2006,132:15～17.

[3] 楊子勝.深基坑支護方案優選方法研究[D].太原:太原理工大學,2005.

[4] 范迎春.深基坑支護結構選型決策方法的研究與應用[J].重慶:重慶大學,2005.

[5] 方江華,陳遠兵.深基坑支護技術綜述.西部探礦工程[J],2003(1):28～30.