深基坑支護(hù)與土方開挖

摘要：基坑工程是一個(gè)具有特點(diǎn)的、時(shí)代久遠(yuǎn)的巖土工程課題，目前正在研究的熱點(diǎn)是針對(duì)不同的地質(zhì)條件進(jìn)行合理的支護(hù)方案設(shè)計(jì)。隨著城市的不斷發(fā)展與建設(shè)，基坑支護(hù)工程逐漸增多，建設(shè)規(guī)模越來越大，所遇到的問題也與日俱增。如何按照實(shí)際需要來確定合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)仍然是一個(gè)難題。文章主要結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，講述了深基坑土方開挖的相關(guān)注意事項(xiàng)，并簡(jiǎn)要講述了在開挖過程中保持邊坡穩(wěn)定的基本方法，最后討論了相關(guān)支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和監(jiān)測(cè)體系。

關(guān)鍵詞：深基坑；支護(hù)；土方；開挖

1 深基坑土方開挖注意事項(xiàng)

1.1 基坑開挖的時(shí)空效應(yīng)

在實(shí)際工程中會(huì)常常遇到這種現(xiàn)象：在基坑開挖過程中，當(dāng)某個(gè)階段的施工需要暫停一段時(shí)間時(shí)，基坑圍護(hù)墻體和周邊地層的變形沒有停止，而是繼續(xù)變形直到穩(wěn)定，這就是基坑開挖的時(shí)間效應(yīng)。同時(shí)，這種變形還與開挖的空間幾何尺寸和圍護(hù)墻無支撐暴露面積、是否均衡開挖有很大的關(guān)系，這就是基坑開挖中的空間效應(yīng)。深基坑工程在具體施工中要考慮到這個(gè)時(shí)空效應(yīng)，開挖施工參數(shù)和施工順序的確定要滿足下面的要求：

（1）盡量使開挖過程中的土體擾動(dòng)范圍變小，采用分層分塊開挖模式能限制圍護(hù)墻體的變形和周圍土體的沉降。

（2）盡可能的縮短基坑開挖卸載后無支撐暴露時(shí)間。對(duì)于一、二級(jí)基坑，當(dāng)每一工況下挖到了設(shè)計(jì)標(biāo)高后，鋼支撐的安裝周期最好不要超過一整天，鋼筋混凝土支撐的完成時(shí)間不要超過兩天。

（3）遵循對(duì)稱開挖的基本原則，保持基坑受力均衡。

（4）要挖掘土體自身在開挖過程中能夠控制位移的潛力，這樣可以節(jié)省成本解決基坑工程中穩(wěn)定與變形的相關(guān)問題。

1.2 先撐后挖，嚴(yán)禁超挖

基坑開挖實(shí)施的工況要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案來，當(dāng)開挖達(dá)到支撐設(shè)計(jì)標(biāo)高處時(shí)，應(yīng)該及時(shí)開槽制作安裝支撐，只有等支撐滿足設(shè)計(jì)要求后才能繼續(xù)進(jìn)行挖土工作的實(shí)施。之前時(shí)空效應(yīng)已經(jīng)講到，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形大小與無支撐暴露面積的大小和時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，因此，要嚴(yán)格按照基坑工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行開挖施工，先撐后挖，及時(shí)加撐，這樣才能防止基坑墻體變形和地面位移沉降。

1.3 防止邊坡失穩(wěn)

挖土速度快，那么卸載速度也快，這樣就很迅速的改變了原來土體的平衡狀態(tài)，使土體的抗剪強(qiáng)度大大降低，而現(xiàn)實(shí)中呈流塑狀態(tài)的軟土極易產(chǎn)生水平位移，這就容易導(dǎo)致滑坡現(xiàn)象。目前挖土機(jī)很多都采用1立方米反鏟挖土機(jī)，挖土的深度可以達(dá)到4-6米，如果一次性挖到底，這樣就形成了約為1:1的坡度，卸載速度很快，再和機(jī)械的振動(dòng)和坑邊的推土的疊加作用，極易產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)。為了防止這種現(xiàn)象，必須要在降水達(dá)到要求后進(jìn)行土方開挖工作，施工方法一般采取分層開挖，分層的厚度不能超過2.5米。當(dāng)開挖深度超過4米時(shí)，應(yīng)設(shè)置多級(jí)平臺(tái)開挖，平臺(tái)的寬度要大于1.5米。在坡頂和坑邊盡量不要進(jìn)行堆載，如果不可避免，應(yīng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候就予以考慮。對(duì)于一些工期較長(zhǎng)的基坑，要對(duì)邊坡進(jìn)行護(hù)面工作。

2 土體邊坡穩(wěn)定分析方法

從理論上來講，主要有兩種方法來研究土體邊坡穩(wěn)定，第一個(gè)就是利用彈性、塑性或者是彈塑性綜合理論來確定土體的受力狀態(tài)，但是這個(gè)方法對(duì)于一些邊界條件非常復(fù)雜的土坡來說很難得到滿意的結(jié)果，目前國(guó)內(nèi)外有很多人對(duì)此進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，取得了一定的進(jìn)展。但是近年來一種新方法出現(xiàn)了，就是有限單元法，根據(jù)比較符合實(shí)際情況的彈塑性應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系，然后來分析土坡的變形與穩(wěn)定。第二個(gè)就是根據(jù)土體沿著假想滑動(dòng)面上的極限平衡條件來進(jìn)行分析，稱為極限平衡法。

2.1 有限單元法

按照邊坡巖土體的具體性質(zhì)，將邊坡巖土體進(jìn)行一個(gè)分類，分割成不同大小和種類的小區(qū)域（即有限元），然后對(duì)每一個(gè)單元的受力情況進(jìn)行分析，最后組合成整個(gè)系統(tǒng)并構(gòu)成系統(tǒng)方程組來求解。目前的有限單元法是按照彈塑性理論來的，對(duì)邊坡進(jìn)行有限元分析，最后得到每個(gè)部位的完整的應(yīng)力和應(yīng)變成果。然后按照傳統(tǒng)的極限平衡法來搜索滑移面，找出里面的最小安全系數(shù)；另一種方法就是折減每個(gè)單元的強(qiáng)度指標(biāo)直至系統(tǒng)失去平衡，這樣一來，安全系數(shù)就是強(qiáng)度指標(biāo)的降低倍數(shù)，以這個(gè)安全系數(shù)來評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定程度。

2.2 極限平衡法

極限平衡法的基本原理就是將滑動(dòng)趨勢(shì)范圍內(nèi)的邊坡巖土體按照相關(guān)規(guī)定的規(guī)則劃分為一個(gè)個(gè)很小的部分（即小塊體），通過分析其中每個(gè)部分的受力平衡條件來建立整個(gè)邊坡的平衡方程，最后的穩(wěn)定程度用安全系數(shù)來表示。具體來講，通過大量的試驗(yàn)后可以得出下列經(jīng)驗(yàn)：對(duì)于無粘性土的直線型滑動(dòng)來說，以抗滑力與下滑力之比來表示安全系數(shù)；對(duì)于粘性土的曲線型滑動(dòng)，以抗滑力矩與下滑力矩之比來表示安全系數(shù)；等于1時(shí)為臨界狀態(tài)，小于1表示失穩(wěn)狀態(tài)。這個(gè)方法運(yùn)用比較早，也比較廣泛，發(fā)展也非常迅速，即使對(duì)于一些沒有給定應(yīng)力作用下的巖土體結(jié)構(gòu)變形情況，也能運(yùn)用此方法對(duì)結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性做出較為精確的評(píng)價(jià)。

3 常見支護(hù)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

目前，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型繁多，支護(hù)體系按照其工作機(jī)理和材料特性可以分為水泥土擋墻體系、排樁和板墻式支護(hù)體系以及邊坡穩(wěn)定式這三類。本文主要介紹以下幾種常見基坑支護(hù)形式及適用條件。首先是放坡開挖形式，它的最大特點(diǎn)就是投資比較少，技術(shù)要求也不高，但是對(duì)土質(zhì)要求卻很高。

第二個(gè)就是土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，它是在基坑的周圍土體中插入鋼筋后來達(dá)到穩(wěn)定土體的支護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)。它的特點(diǎn)就是承載能力強(qiáng)、邊坡穩(wěn)定性好、占用空間較小、經(jīng)濟(jì)可靠性高等。

第三就是排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，沿著基坑周圍連續(xù)打樁與錨固構(gòu)件共同作用形成的一種支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑深度有要求，大概為6-10米，若某基坑工程對(duì)變形有嚴(yán)格的控制要求，則可以采用此支護(hù)結(jié)構(gòu)。有臂式和支鋪式排樁支護(hù)兩種結(jié)構(gòu)形式。

4 基坑監(jiān)測(cè)體系簡(jiǎn)介

為了保證在施工過程中不出現(xiàn)安全問題，需要對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行一個(gè)監(jiān)控，具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容有（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平和豎向位移；（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形；（3）地面沉降；（4）地下水位；（5）支撐軸力；（6）立柱豎向位移；（7）周邊管線變形；（8）建筑物沉降傾斜；（9）地面建筑裂縫等。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，必須立即報(bào)警；若情況比較嚴(yán)重，應(yīng)立即停止施工，并對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊的保護(hù)對(duì)象采取應(yīng)急措施。（1）測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值；（2）坑支護(hù)結(jié)構(gòu)或周邊土體的位移出現(xiàn)異常情況或出現(xiàn)滲漏、流砂、管涌、隆起或陷落等；（3）坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的錨桿體系出現(xiàn)過大變形、壓屈、斷裂、松弛或拔出的跡象；（4）周邊建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)部分、周邊地面出現(xiàn)可能發(fā)展的變形裂縫或較嚴(yán)重的突發(fā)裂縫。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，地基深基坑開挖技術(shù)是一門基礎(chǔ)施工技術(shù)，只有熟悉了其中的工作流程與具體施工方法，才能在實(shí)際工作中靈活運(yùn)用。通過本文對(duì)深基坑土方開挖的相關(guān)注意事項(xiàng)、邊坡穩(wěn)定的基本方法、相關(guān)支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和監(jiān)測(cè)體系的簡(jiǎn)要講述之后，希望相關(guān)人士能得到一些啟發(fā)，將理論與實(shí)際結(jié)合起來，為基坑工程建設(shè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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