云南海埂會議中心項目的深基坑支護(hù)技術(shù)研究

■唐忠昆 ■云南建工第二建設(shè)有限公司，云南 昆明 650203

由于我國不斷加快的城市化步伐與迅猛發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)，使得城市中心用地愈發(fā)緊張，對一些大型空間的改造與開發(fā)成為城市發(fā)展的必然趨勢，比如，地下鐵道、高層建筑多層地下室、地下道路、地下車站等，開挖地下空間的深度越深，開發(fā)規(guī)模越大，對深基坑支護(hù)技術(shù)需求也就越旺盛［1］。基坑周邊環(huán)境復(fù)雜度與開挖深基坑難度呈正比，這就提出深基坑支護(hù)技術(shù)的更高要求，一定要做到能夠保護(hù)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用且技術(shù)先進(jìn)，確保深基坑支護(hù)技術(shù)能夠成為云南省工程建設(shè)熱點［2］。本文主要對云南海埂會議中心項目的深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析與探討，并結(jié)合開發(fā)地下空間的地層特點與需求，闡述我國新型深基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用前景。

1 基坑支護(hù)技術(shù)的分類

所謂基坑，指的是市政工程和房屋建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。地面開挖深度在5m以上，或者雖然深度在5米以下，但周圍環(huán)境與地質(zhì)條件比較復(fù)雜的工程，就叫做深基坑。深基坑支護(hù)設(shè)計、施工與檢測在近些年是工程界所研究的技術(shù)性難題，且屬于綜合性問題范疇，一方面涉及到土力學(xué)強(qiáng)度與穩(wěn)定性問題，另一方面還涉及到變形問題，由于我國舊城改造工程的推進(jìn)，對基坑開挖技術(shù)提出了更嚴(yán)格、更高的要求，既要保證邊坡穩(wěn)定性，又要符合所規(guī)定的變形控制要求，保證基坑地下管線、周圍建筑物以及道路等的安全性。

基坑開挖過程中，由于不斷增加的開挖深度所產(chǎn)生的地面與水土壓力超載作用，使得土體推動圍護(hù)結(jié)構(gòu)由基坑圍護(hù)墻外移動至基坑內(nèi)，最終引發(fā)坑底隆起。為確保基坑安全的周邊環(huán)境及與地下結(jié)構(gòu)實際施工要求想滿足，所常用的支擋、保護(hù)以及加固基坑側(cè)壁的措施叫做基坑支護(hù)。

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)主要有兩種，即：連接拉錨結(jié)構(gòu)與圍護(hù)墻的主動支護(hù)形式、連接內(nèi)支撐系統(tǒng)與圍護(hù)墻的被動支護(hù)形式。豎向支承與水平支撐共同組成內(nèi)支撐系統(tǒng)，并被廣泛用于低下空間改造與開發(fā)工程中，尤其對于開挖深度與面積都比較大的軟土基坑，其優(yōu)勢在于：能夠提升圍護(hù)體系剛度與強(qiáng)度，不需要對基坑外側(cè)空間資源進(jìn)行利用，而且能夠?qū)幼冃芜M(jìn)行有效控制。

2 云南海埂會議中心項目的深基坑支護(hù)技術(shù)

2.1 深基坑支護(hù)技術(shù)

深基坑支護(hù)技術(shù)主要包括邊坡防護(hù)技術(shù)、邊坡支護(hù)技術(shù)。以具體工程為例，說明這項技術(shù)的使用。本工程位于滇池盆地，地表在55.80米深度范圍內(nèi)包括各種巖土成分，依照物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行劃分可以分為填土層、第四系湖沼相地層，填土層主要是雜填土和素填土，湖沼相地層主要是由粘土、分組組成，雜填圖結(jié)構(gòu)松散，主要材料是建筑垃圾以及碎石塊等，泥炭質(zhì)土存在高壓縮性，厚度5.30～7.50米。

在工程實施中先沿基坑開挖線進(jìn)行挖土工作，需要注意的是嚴(yán)格依照放坡系數(shù)執(zhí)行，第一次放坡在開挖至1.5m處時完成，并在此位置建立50cm寬的平臺，接著進(jìn)行第二次土方的開挖，直至挖至設(shè)計基底標(biāo)高處，為確保邊坡的穩(wěn)定性需要在基坑底部四周設(shè)置寬300mm的區(qū)域外圍，設(shè)置250mm的臨時排水溝，并在最低位置設(shè)置集水井，向向基坑外排水。

針對局部位置土質(zhì)過差的問題，在這里采用彩條布遮蓋，沿施工場地四周設(shè)置貫通排水以免地表水侵入到基坑內(nèi)。在B取部分由于容易出現(xiàn)開裂坍塌的問題，在開挖至1.5m處時采取基坑支護(hù)措施，在邊坡上用1.5m長短鋼管打入，另一端用短鋼管連接形成三角支架，支護(hù)圖見圖1所示。

圖1 基坑邊坡支護(hù)圖

2.2 鋼板支護(hù)

一般鋼板樁都是由帶鎖口的熱軋鋼提煉出來的，連接若干個鋼板樁，就可以形成一堵鋼板樁墻，擋土、擋水可以說是鋼板樁墻用途的關(guān)鍵。近些年，鋼板樁比較常見的截面形式是直腹板形、Z形及U形。基于鋼板樁施工較為簡單，故應(yīng)用也較廣泛。但是，鋼板樁施工時會有噪聲振動產(chǎn)生，而且還會造成地基變形，干擾周邊環(huán)境。故對于人口密度較大或者建筑密集的地區(qū)，會限制使用鋼板樁，且因為鋼板樁具有較大柔性，若錨拉系統(tǒng)或者支撐設(shè)置不當(dāng)，就會導(dǎo)致其發(fā)生很大變形，因此，如果基坑支護(hù)深度在7m以上，不適合應(yīng)用鋼板樁。此外，因為完成地下室施工后必須將鋼板樁拔出來，所以，還要對拔出鋼板樁時是否會影響周圍地表土與地基土予以充分考慮。

2.3 深層攪拌樁支護(hù)

所謂深層攪拌樁，就是運(yùn)用石灰、水泥等材料，進(jìn)行深層攪拌機(jī)械，強(qiáng)制攪拌固化劑與軟土，利用軟土與固化劑間所發(fā)生的化學(xué)物理反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成強(qiáng)度大、整體性及水穩(wěn)定性的墻體，深層攪拌樁支護(hù)通常會運(yùn)用格柵形式，若基坑屬于二級、三級基坑，同時基坑深度又在7m以下，在紅線與坑邊的距離足夠長時，一般會對深層攪拌樁支護(hù)予以有限選用。基于水泥結(jié)構(gòu)具有不透水特性，因此既能夠擋土，又可以擋水，具有極好的防滲效果。深層攪拌樁是重力式結(jié)構(gòu)，通過自身重量就可以對側(cè)向力形成一種抵抗力，保證深層攪拌樁的穩(wěn)定性，內(nèi)部沒有支撐點，方便地下結(jié)構(gòu)施工與基坑內(nèi)機(jī)械挖土，費用比較低，而且便于施工，又因為所用材料為水泥，因此其社會經(jīng)濟(jì)效益比較好。

2.4 排樁支護(hù)

所謂排樁支護(hù)，就是以排列式的方式對鋼筋混凝土鉆孔、挖孔灌注樁進(jìn)行間隔性布置，將其視為擋土結(jié)構(gòu)主要支護(hù)形式。排列式間隔布置形式為：樁和樁之間相切的情況，應(yīng)該密排布置，樁與樁相距的情況，應(yīng)該疏排布置，該灌注樁作為圍護(hù)擋土結(jié)構(gòu)的一種，具有極好的剛度。然而，各樁間具有較差聯(lián)系性，應(yīng)該在較大樁頂澆筑截面的混凝土帽梁實施可靠連接，為避免一些土體顆粒和地下水由樁間孔隙向坑內(nèi)流入，必須對樁背、樁間進(jìn)行嚴(yán)格的高壓注漿，選用旋噴樁或者攪拌樁等相關(guān)措施，在樁后專門設(shè)計一個防水帷幕。因灌注樁本身施工較為便捷，需要采用人工挖孔或者機(jī)械鉆孔的方式，而且施工過程中無需大型機(jī)械，避免了打入樁所產(chǎn)生的震動、噪聲以及危害周邊土體，且其成本低于地下連續(xù)墻。

2.5 地下連續(xù)墻

泥漿護(hù)壁條件下，地下連續(xù)墻本身屬于分槽段建筑的鋼筋混凝土墻體，該墻體于20世紀(jì)中期被應(yīng)用在法國米蘭市、巴黎市的工程建筑中。我國在20世紀(jì)后期才開始將防滲墻應(yīng)用于水壩中，最早在我國城市深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用連續(xù)墻的是云南白天鵝賓館，到目前為止，低下連續(xù)墻被普遍應(yīng)用于我國各個區(qū)域，比如，我國低下連續(xù)墻施工厚度已經(jīng)達(dá)到1.4m，其深度已經(jīng)達(dá)80m以上。地下連續(xù)墻本身具有優(yōu)良的止水防滲效果與整體剛度大等特征，在低于低下水位的砂土與軟粘土等底層條件中比較適用，特別是低于基坑地面而且存在深層軟土的情況，基于這種狀況，地下連續(xù)墻被廣泛應(yīng)用于我國地下工程中。隨著地下連續(xù)墻施工方法的不斷改進(jìn)與科技的迅猛發(fā)展，使得地下連續(xù)墻不僅是深基坑施工過程中的擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)，而且還被當(dāng)作主體結(jié)構(gòu)擬建的側(cè)墻，若地下連續(xù)墻支撐得當(dāng)，施工措施及方法正確，能夠有效控制軟土地層變形。

2.6 土釘墻

從某種方面來說，土釘墻使用的根本條件時必須保證土地具有較強(qiáng)平穩(wěn)性，以便有充足時間對土釘墻實施施工。因此，會對土釘墻適用的地質(zhì)條件形成一種限制，基坑支護(hù)相關(guān)技術(shù)規(guī)程明確規(guī)定了土釘墻，即：土釘墻比較適用于二、三級基坑中，而對于非軟土場地，其所設(shè)置的基坑深度應(yīng)該在12m以下。而且土釘墻的特點是支護(hù)施工速度快、用料省、造價低廉，與其它樁墻對比，土釘墻能夠縮短50%以上的施工工期，節(jié)省造價大約60%。此外，土釘支護(hù)能夠與傳統(tǒng)建筑物施工相緊貼，以此節(jié)約出墻體或者樁體的占地面積。而且從大量工程經(jīng)驗來看，破話土釘墻幾乎的原因主要是水，水會導(dǎo)致土釘墻出現(xiàn)軟化，破壞土釘墻局部甚至是整體，所以在運(yùn)用土釘墻工程時，一定要做好有效的降水措施。

3 研究展望

(1)精確計算地下連續(xù)墻、排樁的變形與內(nèi)力是一個相對較為復(fù)雜的問題，具體計算原理必須對支撐體系、圍護(hù)墻及土的共同作用予以充分考慮。現(xiàn)階段通常會簡化為平面問題進(jìn)行計算，很難將其空間效應(yīng)反應(yīng)出來。所以，未來應(yīng)該將發(fā)展重點置于三維計算程序方面，保證三維計算可以符合基坑空間形體計算。

(2)深基坑軟土地區(qū)的淤泥質(zhì)土本身具有很大的蠕變特性，所以圍護(hù)墻很可能會因延長無支撐時間最終導(dǎo)致其發(fā)生變形情況，也就是說，深基坑支護(hù)具有時間效應(yīng)，現(xiàn)階段還沒有在理論上精確計算時間效應(yīng)。

(3)若基坑平面尺寸相對較大，在對形式復(fù)雜的內(nèi)支撐體系予以采用時，支撐體系收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力就會導(dǎo)致支撐桿件加大其內(nèi)力幅度，如今在對支撐體系進(jìn)行計算時，一般不會計算該理論或者會概略估算，所以今后應(yīng)該對該方面加以改進(jìn)。

(4)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在建筑密集區(qū)域設(shè)計時，一般會采用變形控制，也就是說，對周圍環(huán)境的保護(hù)極為重要，但是再設(shè)計過程中怎樣對周邊地面沉降進(jìn)行有效控制依舊存在很大困難，其原因是計算方面還很難提供精確值，所以，有待進(jìn)一步改善該方面。

4 結(jié)語

總而言之，由于當(dāng)前我國城市中心用地愈發(fā)緊張，使得對一些大型空間的改造與開發(fā)已成必然。開挖地下空間的深度越深，開發(fā)規(guī)模越大，對深基坑支護(hù)技術(shù)需求也就越旺盛。基坑支護(hù)方案多種多樣，應(yīng)該根據(jù)基坑本身地層性質(zhì)、周圍環(huán)境及開挖深度等，綜合考慮支護(hù)施工便利性、結(jié)構(gòu)安全性與經(jīng)濟(jì)性，選用最佳支護(hù)形式。如果條件允許，應(yīng)該通過試驗確定重要經(jīng)驗參數(shù)，保證設(shè)計和實際相接近。在對深基坑支護(hù)進(jìn)行設(shè)計時，必須對“信息化施工、動態(tài)設(shè)計”原則進(jìn)行嚴(yán)格把握，及時調(diào)整設(shè)計方案，結(jié)合時間經(jīng)驗與理論成果，此為成功進(jìn)行深基坑支護(hù)的重中之重。

［1］黃力平，陳湘生，馮開典.基坑圍護(hù)工程新技術(shù)——鉆孔咬合樁［A］.見：第三屆基坑工程學(xué)術(shù)討論會論文集［C］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.201-205.

［2］王秀梅，單立華，李化明，等.深基坑支護(hù)技術(shù)對比分析［J］.佳木斯大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009(02)：164-165.