地下單體構筑物與深基坑圍護一體化工作性能研究

摘 要：本文擬通過對現有深基坑開挖、圍護技術進行調研，分析現有圍護技術結構存在的問題，通過對深基坑工程支護方案進行設計優化，提出一種大型地下單體構筑物與深基坑圍護一體化的新型結構，另外通過對該一體化新型結構的工作性能及設計進行研究，為城市大型地下單體構筑物深基坑工程設計施工提供技術參考。

關鍵詞：深基坑;圍護結構;一體化

基坑工程施工是城市基礎設施建設的關鍵環節，也是勞動安全與社會公共安全監管的重點[1]。研究內容針對傳統基坑支護設施的臨時性特點，提出的大型地下單體構筑物與深基坑圍護一體化結構型式既可作為圍護結構進行基坑支護，同時作為構筑物的一部分進行后續施工，對于上部結構相對簡單、造價較低的大型地下單體構筑物來講是一種相對經濟的基坑圍護方法，在平原城市進行大型地下構筑物建設時可在一定程度上節省工程費用，避免造成資金浪費，具有十分重要的實際意義[2]。

1 深基坑圍護方案

深基坑支護雖為一種施工臨時性輔助結構物，但對保證工程順利進行和臨近地基和己有建筑物的結構安全的影響極大，支護結構選型應充分考慮場地周邊環境、地質條件、基坑開挖深度，地下水等的影響，應做到技術上先進、可行，經濟上實用、合理，使用上安全、可靠，深基坑其主要支護形式有以下幾種類型[3]。

1.1 放坡開挖

放坡開挖適用于土質條件較好，開挖深度較淺，無地下水或水位低于基坑底面以及現場有足夠的放坡條件。該方法特點是費用相對較低，施工工期短，能為主體結構的施工提高寬敞的施工空間。

1.2 混凝土灌注樁排支護

混凝土灌注樁排支護在開挖基坑周圍，用鉆機、人工開挖等方式鉆孔，下鋼筋籠，現場澆注混凝土成樁，形成樁排做擋土支護，適用于土質為粘性土、砂土、開挖面積較大、較深的基坑，以及臨近建筑物不允許放坡，不允許附近地基有較大下沉、位移時采用。屬于被動支護，當地下水位較深時，輔以降排水措施，不適應于位移控制嚴格的基坑。

1.3 土釘墻圍護結構

土釘墻圍護結構適用于地下水位以上和降水后的基坑邊坡加固，不適用沒有自穩能力的淤泥質土中和未經降水處理的地下水以下的地基。與錨、撐式排粧墻支護等聯合使用，可適當增加使用深度。

1.4 地下連續墻支護

地下連續墻支護具有強度大，剛度高，可擋土、承重、截水抗滲和耐久性能好，變形小等優點，可在狹窄的場地條件下進行施工，對周圍建筑地基無擾動，振動小，噪聲低，施工安全，適用于地下水位較高，開挖深度較大，周圍有高層建筑，不允許較大變形，采用機械挖方要求較大的空間，不允許內部設支撐情況，屬被動支護。

1.5 樁撐、墻撐支護

樁錨、樁撐支護系在排樁支護基礎上，設置一層，或多層錨桿、支撐，以增加排樁抵抗土壓力、限制排樁變形能力，這種支護能有效控制臨近建筑物的變形量，適用于高深基坑工程支護，一般輔以排降水措施，屬于被動支護。

隨著科學技術的不斷進步和發展，基坑開挖與支護工程從設計理論、施工技術到施工機具均得到了不斷的改善和提高，這也為支護結構選型提供了多種選擇[4]。

2 深基坑圍護與主體結構一體化研究

2.1 基坑開挖土壓力計算理論分析

在土力學的經典計算理論中，極限平衡法不失為計算土壓力的典型方法，且已廣泛應用于基坑工程，諸如圍護結構的力學計算分析等，且由于其計算的簡便性，所以一直延續至今也是工程設計人員熟悉并認可的計算方法。

2.2 基坑變形理論分析

基坑的開挖過程本質上是對基坑的開挖段卸載土的過程，卸荷導致坑內外的土體出現壓力差從而產生圍護結構側移，坑底發生隆起變形，同時，坑周邊的土體應力場也隨之變化。這些環境效應在很大程度上會影響基坑周圍建筑物、道路交通、地下管線等設施的穩定性甚至可能會出現嚴重的安全問題。因此，應全面了解在開挖過程中表現出的坑底隆起、墻體變形及地表沉降的變形機理和特點，只有確定了變形因素才能針對現場的開挖施工提供有效的預防措施。

2.3 “樁墻”一體化結構

地下單體構筑物與深基坑圍護一體化結構設計過程中，可能需要通過板樁及內支撐對基坑進行圍護，然后對板樁內側進行襯砌形成地下構筑物側壁。在充分考慮工程地質及水文地質條件的情況下，合理對板樁的參數進行設計，使得基坑變形量值控制在許可范圍內，避免對周圍建筑物的運行及使用產生影響是一體化結構設計中的關鍵環節。

另外，地下單體構筑物與基坑圍護一體化結構總體上可分為滿足基坑圍護功能的結構和滿足構筑物功能的結構兩部分，兩部分結構的基底埋深差別顯著、在構筑物運行中的受力狀態也有很大區別，合理實現兩部分結構的協調變形也是需要解決的關鍵技術。

3 一體化結構工作性能的影響因素

3.1 懸臂圍護結構嵌固深度的影響

一體化基坑圍護結構施工過程中的影響因素與傳統基坑圍護方式相比存在差異，首先明確該異同點，并在此基礎上對一體化新型結構施工組織進行優化設計，依據理論計算和數值模擬獲得的一體化新型結構施工過程力學響應，提出懸臂圍護結構的最優嵌固深度，可對該類新型基坑圍護結構的設計及施工提供重要依據。

3.2 懸臂圍護結構尺寸及間距的影響

近年來，因地面用地越來越緊張，城市地下空間發展迅速，基坑工程數量與日俱增，開挖越來越深，規模越來越大，支護形式越來越復雜，一體化結構中懸臂圍護結構尺寸及間距不僅直接影響基坑的安全，還對周邊的敏感建構筑物，如歷史保護建筑、高層建筑、地鐵車站、區間隧道、高架橋梁樁基礎及各種地下市政管線設施等產生較大影響。

3.3 內支撐剛度及布設方式的影響

內支撐的種類及材料形式以及布設方式對基坑的安全穩定也產生巨大的影響。不同深度以及不同環境條件的基坑可以依據具體工程地質條件分配不同的支撐材料和布設形式，對于周邊環境復雜的基坑，則應選取更為保守和安全的形式，以保證工程的安全施工和運行。

本文針對平原城市大型地下單體構筑物建設中深基坑圍護造價高、技術難點多等問題，首先開展深基坑圍護現有技術調研以及問題分析，提出大型地下單體構筑物深基坑圍護新型結構型式，其次，通過對其工作性能及設計方法進行研究分析，提出該新型圍護結構型式的施工關鍵技術，進一步指導現場施工。

參考文獻

[1]吳洋.基坑支護的優化設計與應用研究[D].南京大學，2013.

[2]張戈，毛海和.軟土地區深基坑圍護結構綜合剛度研究[J].巖土力學（5）：1467-1474，共8頁.

[3]付建軍.二元地質環境下狹長型基坑圍護體系與防滲體系研究[D].中國科學院研究生院（武漢巖土力學研究所），2010.

[4]舒安，陳無平，張文軍，etal.基坑支護設計與地下室結構施工一體化技術應用[J].城市建設理論研究：電子版，2013.

作者簡介

陳爽爽（1994-），男，漢族，山東臨沂市人，工學學士，重慶交通大學河海學院水工結構工程專業，研究方向：水工結構與巖土工程相互作用理論。