深基坑支護設(shè)計與施工技術(shù)研究

謝 勇 江德飛

（重慶市市政設(shè)計研究院 重慶市江北區(qū) 400012）

深基坑支護設(shè)計與施工技術(shù)研究

謝 勇 江德飛

（重慶市市政設(shè)計研究院 重慶市江北區(qū) 400012）

深基坑施工是土建工程中的重要內(nèi)容，現(xiàn)代很多土建工程往往在基坑開挖過程中需要的深度較高，所以為了強化深基坑施工安全，必須切實加強深基坑支護施工技術(shù)的應(yīng)用。本文探討了深基坑支護工程的設(shè)計與施工技術(shù)方法，以供參考。

深基坑；支護；設(shè)計；施工技術(shù)

1 引言

深基坑支護技術(shù)對建筑項目而言，屬于極為重要的構(gòu)成元素，是否能夠在工程中得到合理的運用，直接關(guān)系到土建基礎(chǔ)施工的質(zhì)量與安全。由于深基坑支護技術(shù)的類型較多，必須結(jié)合工程的實際需要，采取針對性的支護類型與施工措施，并在實際的應(yīng)用過程中進行工藝的優(yōu)化與完善。

2 深基坑支護設(shè)計

2.1 深基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程

一般來說，深基坑支護設(shè)計的內(nèi)容主要包括體系方案比較選擇，圍護墻抗?jié)B性能的計算，結(jié)構(gòu)形變與強度的計算，基坑穩(wěn)定性驗算，挖土方案設(shè)計，環(huán)境保護以及監(jiān)測方案規(guī)劃等。

工程以深基坑工程設(shè)計內(nèi)容為依據(jù)，對建筑物總平面配置、基坑開挖范圍及深度、工程勘察資料、建設(shè)單位要求、相關(guān)規(guī)范及技術(shù)標準等方面進行調(diào)查收集資料；然后分析周邊現(xiàn)狀建筑物狀況、周邊管線狀況、周邊交通狀況、相鄰地區(qū)基坑設(shè)計施工經(jīng)驗、主體結(jié)構(gòu)配置要求；根據(jù)這些分析，對基坑安全等級、巖土參數(shù)選取、重要性參數(shù)進行規(guī)劃，制定支護方案，并由工程組建專門的評審部門對方案進行評估確定，進而做出設(shè)計決策，并完成初步設(shè)計。在初步設(shè)計完成以后，進行對支護開挖、基坑降水或排水方案的設(shè)計，最后進行穩(wěn)定性的運算，如果滿足強度控制、變形控制，那么再進行施工圖的設(shè)計。

2.2 設(shè)計方法

在設(shè)計深基坑支護結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)極限環(huán)境下的狀態(tài)表達式，進行相關(guān)參數(shù)的計算，劃分支護結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，以正常使用的極限狀態(tài)與承載能力極限狀態(tài)和作為最終參考。正常使用極限狀態(tài)其所對應(yīng)的狀況是支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重變形已妨礙了結(jié)構(gòu)施工甚至于影響到了周邊建筑的正常使用。承載能力的極限指的是支護結(jié)構(gòu)所承受的最大限度的壓力，可能導(dǎo)致土體變形嚴重、失穩(wěn)，進而破壞基坑周圍環(huán)境和支護結(jié)構(gòu)。因此在設(shè)計基坑支護結(jié)構(gòu)時，需要計算其承載力極限狀態(tài)，通過計算支撐的承載力和穩(wěn)定性、土體穩(wěn)定笥、結(jié)構(gòu)承載力及錨桿后，從而對極限狀態(tài)進行掌握。另外對于支護結(jié)構(gòu)變形有限定的基坑側(cè)壁，則還需要驗算基坑周邊環(huán)境及支護結(jié)構(gòu)變形的情況。

3 深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計實例

3.1 工程概況

本工程位于某市繁華地帶，是該市軌道交通地鐵1號，3號換乘站的配套商業(yè)項目。項目北臨市體育館，南臨勞動西路，東至回龍山巷路，西至體育大道，南臨勞動西路，占地面積14855m2，總開發(fā)建筑面積為45680m2。本地下商業(yè)廣場為地下3層，其中地下1層，2層為商業(yè)，地下3層為停車場，基坑深度約為16～20m。

3.2 深基坑支護設(shè)計方案

3.2.1 方案選擇

本工程位于城市鬧市區(qū)，周邊建筑物眾多且距離基坑較近，無法采用大放坡開挖，為了減少基坑開挖對周邊建筑物的影響，在經(jīng)過組織各方專家、周邊項目業(yè)主及政府相關(guān)職能部門多次召開相關(guān)技術(shù)討論會，最后確定采用樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護方案。

3.2.2 深基坑支護設(shè)計

（1）基坑各支護段計算分析

本項目基坑支護總長度約為600m，根據(jù)與周邊建筑物的關(guān)系，共分成比較有代表性的6段典型斷面進行支護計算分析及設(shè)計，限于文章篇幅，只選取其中的一段進行詳細闡述。

本工程圍護結(jié)構(gòu)運用GTS軟件，取基坑典型斷面BC段進行設(shè)計計算分析。鉆孔灌注樁作為臨時結(jié)構(gòu)進行考慮，在開挖施工期間，鉆孔灌注樁圍護結(jié)構(gòu)作為支擋結(jié)構(gòu)，承受全部的水土壓力及路面荷載，按施工過程采用“增量法”進行受力分析。受力分析模擬了施工過程，在計算中計入結(jié)構(gòu)的先期位移值及錨索變形，采用彈性有限元法進行結(jié)構(gòu)計算，地基對結(jié)構(gòu)的作用采用分布水土壓力及一系列不能受拉的彈簧進行模擬，最終的位移及內(nèi)力值為各階段累加值。

（2）典型斷面BC段基坑支護設(shè)計

基坑BC段北側(cè)為采用柱下獨立基礎(chǔ)的市體育館，基礎(chǔ)對不均勻沉降及基坑降水非常敏感，故采用1000×1600旋挖樁+預(yù)應(yīng)力錨索的支護形式。樁頂設(shè)冠梁將排樁連成整體，使圍護樁形成共同受力體系，抵抗側(cè)向荷載。樁施工完成后，立即進行冠梁開挖和樁頂混凝土鑿除清理，圍護樁主筋錨入冠梁，冠梁采用C30混凝土澆筑，土方開挖后抗滑樁間采用噴錨支護，防止樁間水土壓力。

根據(jù)地勘資料，綜合鄰近地鐵基坑開挖的實際情況，地下水位在地面以下4m左右，鉆探資料顯示的粗砂、礫石、卵石均為含水層，因此基坑周邊需布設(shè)止水帷幕。BC段周邊的市體育館為獨立基礎(chǔ)，對降水造成的不均勻沉降比較敏感，故止水帷幕采用旋挖素混凝土樁咬合成整體，兼作周圍淺基礎(chǔ)房屋的支擋。其余各段均采用高壓旋噴樁，與混凝土樁咬合成整體。旋挖止水帷幕應(yīng)先挖止水樁，澆筑素混凝土后再挖圍護樁，以保證樁間搭接。坡面設(shè)置50個泄水孔，坑頂和坑底分設(shè)截排水溝。BC段的支護設(shè)計詳圖如圖1～2所示。

圖1 BC段典型基坑支護剖面圖

圖2 BC段典型基坑支護平面圖

（3）基坑施工監(jiān)測要求

為了確保施工及使用階段基坑、基坑周邊建筑物及市政管道的安全，要求隨時掌握開挖及支護施工整個過程的基坑動態(tài)變化情況，并把獲得的信息通過修改調(diào)整設(shè)計反饋到施工工作中以指導(dǎo)施工，沿基坑坡周邊及周邊建筑物均勻布置一定量的監(jiān)測觀察點。監(jiān)測應(yīng)嚴格按照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范要求執(zhí)行，施工組織方案應(yīng)有完善的應(yīng)急預(yù)案，一旦出現(xiàn)報警值，應(yīng)立即通報甲方、設(shè)計、監(jiān)理、地勘及相關(guān)職能部門，及時采取應(yīng)對措施。

4 深基坑支護施工技術(shù)

4.1 深基坑支護技術(shù)簡析

所謂的深基坑支護主要是指規(guī)模較大的建筑物中支護結(jié)構(gòu)或者深度在5m以上的地下室工程，是為保障地下結(jié)構(gòu)施工、基坑及其周圍環(huán)境安全所采取的一種技術(shù)措施。就支護形式而言，通常可分為鋼板柱、排樁、攪拌樁、土釘墻、地下連續(xù)墻、柱列式灌注樁等多種支護工藝，且各有特點，適用條件有所不同[1]。

可以說在建筑工程中，深基坑支護技術(shù)不僅僅是一種科學(xué)有效的地基處理技術(shù)和工藝，更為建筑基礎(chǔ)承載力和強度提供了有力支持，利于顯著改善整體基礎(chǔ)施工的可靠性和有效性，進而使基礎(chǔ)工程整體質(zhì)量得到保障，故歷來是建筑基礎(chǔ)工程施工的重點和難點。畢竟深基坑支護是一個包括基坑開挖、支護、防水和環(huán)境保護于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，其成敗與工程質(zhì)量、工期和造價息息相關(guān)，而且會對周圍的構(gòu)筑物和生態(tài)環(huán)境有所影響，這就要求我們在建筑工程中應(yīng)用深基坑支護技術(shù)時，注意結(jié)合實際情況選擇最優(yōu)的支護工藝，同時加強技術(shù)管理和質(zhì)量控制，以此最大限度發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢。

4.2 常用深基坑支護技術(shù)

4.2.1 排樁支護技術(shù)

排樁支護技術(shù)主要是進行鉆孔施工的基礎(chǔ)上，進行鋼筋籠的鋪設(shè)和鋼筋混凝土的澆筑，從而形成鉆孔灌注樁，并將每根樁柱按照一定的間隔進行排列，從而達到支護施工的目的。但是需要注意的是，在確定樁距時，應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求來執(zhí)行，且預(yù)防樁距過遠或過短，過遠會導(dǎo)致支護作用下降，過短又會增加成本，所以樁距這一要點必須引起重視。

4.2.2 土釘支護技術(shù)

土釘支護技術(shù)具體如圖3所示：主要是針對基坑不能放坡的情況下進行支護或基坑外部的降水條件較高且地下水水位較低時才能使用。由此可見，其在應(yīng)用中存在局限性。加上土釘支護周邊不能存在其他已有的地下管線，才能更好地將其加固作用發(fā)揮，更好地確保支護的效果。深基坑支護施工中應(yīng)用這一技術(shù)，其工藝流程進行如圖3所示。

圖3 土釘墻支護結(jié)構(gòu)示意圖

4.2.3 鋼板樁支護技術(shù)

鋼板樁支護技術(shù)主要是在使用之前在預(yù)制場內(nèi)進行鋼板樁的預(yù)制。在預(yù)制鋼板樁時，應(yīng)盡可能地選擇熱軋型的鋼板且?guī)в秀Q口，并嚴格按照設(shè)計要求對其規(guī)格進行確定。鋼板樁預(yù)制結(jié)束后，需要及時將其運至施工現(xiàn)場，以備施工所需。在應(yīng)用過程中，應(yīng)確保鋼板樁連接的正確性，才能在地下形成一道鋼板墻，從而利用其有效地支擋，而且在應(yīng)用過程中較為簡單，且支護效果良好，缺點就是在土壤適應(yīng)性方面較差，且需要較高的成本。

4.2.4 地下連續(xù)墻支護技術(shù)

地下連續(xù)墻支護技術(shù)主要是在基坑內(nèi)連續(xù)地進行墻體的澆筑，從而利用形成的墻體更好地防水防滲，加之墻體自身的剛度較大，能有效地進行支護，而且具有較強的適應(yīng)性，所以其得到了廣泛的應(yīng)用，需要注重的就是確保連續(xù)墻的澆筑質(zhì)量，才能更好地確保其具有較強的支護效果和防滲效果。

5 結(jié)語

深基坑支護技術(shù)的應(yīng)用有效提高了建筑工程的建設(shè)質(zhì)量，在進行支護施工時，必須結(jié)合實際情況，重視深基坑支護工程的整體設(shè)計，以及相應(yīng)施工技術(shù)的選擇。相信在施工實踐不斷推進發(fā)展的過程中，深基坑支護技術(shù)能夠不斷完善，并在建筑施工上發(fā)揮更大的作用。

[1]傅建曙.深基坑開挖支護技術(shù)分析[J].交通科技與經(jīng)濟，2014，16（4）：59～64.

[2]龍莉波.大型深基坑逆作法施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].建筑施工，2014（6）：625～629.

[3]任斌向，郭衛(wèi)萍，張增國.大型超深基坑支撐及土方開挖施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2014，45（7）：619～622.

U416

A

1004-7344（2016）20-0132-02

2016-7-3

謝勇（1986-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事巖土隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。