淺論深基坑工程支護技術

劉培

【論文摘要】：結合近年來一些深基坑支護設計與施工，概述了較成熟的深基坑支護類型及適應范圍，簡述了深基坑設計理論及其存在的一些問題，對深基坑支護工程今后的技術應用進行了探討，以期進一步完善深基坑支護技術。

【關鍵詞】：深基坑；支護類型；支護結構；施工

深基坑工程是隨著城市建設事業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種較類型的巖土工程，基坑支護設計是一個綜合性的巖土工程問題既涉及土力學中典型強度與穩(wěn)定問題，又包含了變形問題，同時還涉及到土與支護結構的共同作用以及結構力學等問題。隨著對這些問題的認識及其對策研究的深入，越來越多的新技術在深基坑工程中也得到應用。

一、深基坑支護類型

1、土釘墻支護。2、攪拌樁支護。3、柱列式灌注樁、排樁支護。4、內(nèi)支撐和錨桿支護。5、鋼板樁支護。6、地下連續(xù)墻。

二、深基坑支護的土壓力

1、土強度指標的選擇

土的抗剪強度指標C，與土的固結度有密切的關系，土的固結過程就是土中孔隙水壓力的消散過程，對于同一種土，在不同排水條件下進行試驗，可以得出不同的抗剪指標C和，故試驗條件的選取應盡可能反映地基土的實際工作狀態(tài)。在基坑支護設計中應采用三軸試驗的指標，才能保證選取參數(shù)值的客觀性和準確性。對于黏性土，計算圍護結構背后由自重應力而產(chǎn)生的主動土壓力采用三軸試驗的固結不排水剪的指標與實際工作狀態(tài)較致，但由地面臨時荷載而產(chǎn)生的土壓力，通常采用三軸不排水剪指標較合理。特別對于軟黏性土，最好采用現(xiàn)場十字板的原位測試方法確定c和妒，因為室內(nèi)試驗的擾動影響太明顯，強度指標偏低，使設計過于保守。計算基坑內(nèi)被動土壓力時，一般宜采用三軸固結不排水剪。對于砂土，由于排水固結迅速，對于任何情況，均可采用排水剪指標，或采用固結不排水剪經(jīng)孔隙水壓力修正后的c，值來計算土壓力。

2、土壓力計算理論及方法

1）試驗結果證實了太沙基理論的定性結論，土壓力大小取決于位移的大小和位移方向；2）實測結果表明，當變形小于5%H（H為開挖深度）時，被動土壓力仍然能得到充分發(fā)揮，所以說，對于深基坑工程的實際變形情況而言，套用一些經(jīng)驗的位移指標來判斷墻前土體是否達到被動極限狀態(tài)，是有局限性的；3）在黏性土上的許多基坑支護工程，護坡樁鋼筋強度未完全發(fā)揮，實際鋼筋應力還低于鋼筋的設計強度，造成很大浪費，而造成鋼筋應力低的原因主要是計算土壓力大于實際土壓力。

實驗還表明，把基坑支護結構視為平面不合理，因為基坑工程的“角效應”即土壓力的空間效應，對墻體位移有明顯的抑制作用。利用這種空間效應可以在兩邊折減樁數(shù)或減少配筋量。

3、水土壓力的合算與分算

按照有效應力原理，可知“土、水壓力分算”比“土、水壓力合算”概念要清楚。但由于要測得有效應力強度指標，一般試驗難以做好，而且水、土壓力合算法在一些軟黏土地區(qū)的臨時性開挖工程中土壓力計算值與實測值較為符合。土在有水作用時，墻后土壓力主要是水、土壓力共同作用的結果，在未搞清水、土耦合效應的前提下，水、土壓力合算是一個包含一定的實踐經(jīng)驗的綜合方法，對工程實踐來說是有利的。

為搞清墻后土體在水、土共同作用下的破壞機理，進行水、土壓力分算，是符合系統(tǒng)科學原理的方法。

三、支護結構計算方法

1、靜力平衡法

靜力平衡法亦稱自由端支承法，該法假定圍護結構是剛性的，并可繞支撐點轉動。圍護結構的前側產(chǎn)生被動土壓力，后側產(chǎn)生主動土壓力。靜力平衡法適用于圍護結構的入土深度不太深即底端非嵌固的情況，此時圍護結構由于土壓力的作用而達到極限平衡狀態(tài)。利用墻前后土壓力的極限平衡條件來求插入深度、結構內(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，一般認為該點彎矩值為零，于是可把擋土結構劃分為兩段假想梁，上部為簡支，下部為一次超靜定結構，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，假定支擋結構前后受極限狀態(tài)的主被動土壓力作用，不能反映支擋結構的變形情況，亦即無法預先估計開挖對周圍建筑物的影響，故一般僅作支護體系內(nèi)力計算的校核方法之一。

3、彈性地基梁的m法

基坑工程彈性地基梁法取單位寬度的擋墻作為豎直放置的彈性地基梁，支撐簡化為與截面面積、彈性模量和計算長度等有關的二力桿彈簧。彈性地基梁法中土對支擋結構的抗力（地基反力）用土彈簧模擬，地基反力的大小與擋墻的變形有關，即地基反力由水平地基反力系數(shù)同該深度擋墻變形的乘積確定。即f=mzy，其中，.f為土對支擋結構的水平地基反力，kN/m2；為比例系數(shù)，kN/m4；為計算深度，m；為計算點處擋墻的水平位移m。彈性地基梁的m法優(yōu)點是考慮了支護結構與土體的變形協(xié)調(diào)。工程實踐表明，在軟土中的懸臂樁支護計算采用m法，計算位移與實測位移有很大差異，實測位移是計算值的好幾倍。這說明樁后土體變形已不再屬于彈性范圍。另外，m法無法直接確定支護結構的插入深度，通常假定試算有很大的隨意性，有時樁底落在軟弱土層中，還需經(jīng)驗來修正。

四、地下水治理

1、明排水治理法

在填土、淺層黏性土中開挖基坑，經(jīng)計算和現(xiàn)場試驗判斷不可能發(fā)生坑底突涌或側壁滲漏、流土，可采用明溝盲溝排水方法。

2、井點降水治理法

降水治理方法適用以下條件：1）地下水位較淺的砂石類或粉土類土層；2）周圍環(huán)境容許地面有一定的沉降；3）止水帷幕密閉，坑內(nèi)降水時坑外水位下降不大；4）基坑開挖深度與抽水量均不大，或基坑施工期較短；5）有有效措施足以使鄰近地面沉降控制在容許值以內(nèi)；6）具有地區(qū)性成熟經(jīng)驗，驗證降水對周圍環(huán)境不產(chǎn)生大的不良影響。填土、粉土及含薄層粉砂的粉質黏土含水層涌水量不大時，適用輕型井點降水。黏性土、淤泥質土和粉土，適用電滲井點降水。砂土、粉土地層適用噴射井點降水。砂土、碎石土和巖石地層適用管井井點降水。管井降水可根據(jù)水文地質條件，水位降幅要求和環(huán)境保護要求采用完整井或非完整井。

3、隔滲治理法

采取隔滲措施治理方法適用以下條件：1）開挖深度以上或坑底以下接近坑底部位分布有粉土、粉砂，有可能產(chǎn)生流土時；2）鄰近基坑有地表水體（湖塘、渠道、河流），與基坑之間沒有可靠隔水層時；3）有承壓水突涌可能，且無降水措施時。

4、減小降水不良影響的措施

1）充分估計降水可能引起的不良影響；2）設置有效的止水帷幕，盡量不在坑外降水；3）采用地下連續(xù)墻；4）坑底以下設置水平向止水帷幕；5）設置回灌系統(tǒng)，形成人為常水頭邊界。回灌系統(tǒng)適用于粉土粉砂土層。

五、動態(tài)設計和施工

深基坑工程是土體與圍護結構體系相互作用的一個動態(tài)變化的復雜系統(tǒng)，僅依靠理論分析和經(jīng)驗估計是難以把握在復雜等條件下基坑支護結構和土體的變形破壞，也難以完成可靠而經(jīng)濟的基坑設計。通過施工時對整個基坑工程系統(tǒng)的監(jiān)測，可以了解其變化的態(tài)勢，利用監(jiān)測信息的反饋分析，就能較好地預測系統(tǒng)的變化趨勢。當出現(xiàn)險情預兆時，可做出預警，及時采取措施，保證施工和環(huán)境的安全；當安全儲備過大時，可及時修改設計，削減圍護措施，通過分析，可修改設計模型，調(diào)整計算參數(shù)，總結經(jīng)驗，提高設計與施工水平。

六、結語

我國基坑工程的設計理論有了很大發(fā)展，建立了許多新的計算理論和方法。但在工程具體應用中，仍要堅持理論與實踐相結合的原則，根據(jù)實際選用合理的支護方法。