巖土工程深基坑支護的設計與施工

摘要：隨著我國城市化建設的不斷推進，大型地下空間工程的開發與應用推動了基坑工程向超深、超寬發展，巖土工程深基坑支護的設計與施工工作也得到相應的發展?；又ёo設計與施工不僅是巖土工程中的重要組成部分，更是工程建設的基礎，對推進巖土工程建設工作的進行具有重要意義。就巖土工程深基坑支護的設計與施工工作進行探索，簡述了深基坑支護設計及施工的重要性，并對巖土工程中深基坑支護設計的常用技術進行了分析，希望為從事巖土工程深基坑支護的設計與施工人員提供一定的參考，不斷推動我國巖土工程深基坑支護工作的開展。

關鍵詞：巖土工程;深基坑支護;設計與施工

隨著我國基礎設施建設的不斷發展以及城市化進程的飛速推進，深基坑工程設計技術和施工將會是巖土工程發展的重要課題。當前基坑工程的特點是深、大、復雜，給基坑工程的設計、施工帶來了難度，如何保證安全可靠、便利施工、經濟合理是基坑支護設計的重要課題。

1巖土工程深基坑支護的重要性

基坑工程是為保護地下結構施工的安全和周邊環境不受損害而采取的支護、基坑土體加固、地下水控制、開挖等工程的總稱。在進行巖土施工之前，需要做好相應的勘察工作并制定科學合理的支護方案。由于大多數工程工期緊、施工場地極限壓縮、地質條件復雜、周邊環境復雜，加之市場競爭機制的引入，基坑工程的設計和施工的難度越來越大，基坑坍塌事故時有發生，工程建設的安全生產形勢越來越嚴峻，相應地對巖土工作者提出了更高的要求。巖土工作者應該歸納總結成功的設計及施工經驗，結合變形控制設計的理論，有助于基坑工程主動進行變形控制，進一步提高基坑工程的環境保護水平，利用專業知識進行動態設計及信息化施工，加強動態監控，保障基坑支護工程順利進行。

2巖土工程深基坑支護中常見的施工技術

2.1土釘及復合土釘支護技術

土釘可分為鉆孔注漿土釘、打入式土釘及打入式注漿土釘。土釘在土體發生變形的條件下被動受力，并主要通過其受拉對土體進行加固。而土釘間土體變形則通過面板予以約束。由預應力錨桿、微型樁或截水技術等其中一種或幾種與土釘組合形成了復合土釘支護，復合土釘支護彌補了一般土釘支護的一些缺陷。如通過預應力錨桿（索）可以控制土釘支護變形，但工程中常遇到土釘墻完成后基坑需局部加深情況，如果錨桿只布置在基坑的下部，施加預應力后可使邊坡上部變形增大，上部土釘向坑內位移，對基坑的穩定不利。而在軟土地區通過增設豎向增強體能夠拓展土釘支護的應用范圍。土釘墻坡腳是剪應力集中帶，常因積水浸泡、修建排水溝等原因受到擾動破壞，豎向增強體減少和縮小了應力集中程度及范圍，阻止了塑性區在坡腳的內外連貫，防止了這類擾動破壞對支護體系造成不良影響。復合土釘支護在設計時可根據工程需要進行靈活的結合，是一項技術先進、施工簡便、經濟合理、綜合性能突出的支護技術。

2.2錨拉式支護技術

錨桿技術在我國基坑支護、邊坡加固、滑坡治理、地下結構抗浮、擋土結構錨固和結構抗傾等工程中得到廣泛應用，積累了豐富的工程經驗。但由于錨桿的作用多種多樣，錨固的地層或巖層復雜多變，錨桿技術中的許多問題有待進一步研究。隨著技術的發展，施工更簡便、技術上更可靠的新型錨桿技術也不斷出現，如提高錨固效率的擴孔錨桿、受力性能和防腐性能好的壓力分散型錨桿，以及避免地下空間污染的可回收式錨桿等新的錨桿技術應用日益廣泛。傳統的拉力型與壓力型錨桿，由于灌漿體與巖土體的彈性特征很難協調一致，因此不能將荷載均勻傳遞到錨固長度上，會出現嚴重的應力集中現象，其錨固體在工作時受拉，易開裂，為地下水的滲入提供通道，對防腐極其不利，嚴重影響錨桿的使用壽命。壓力分散型錨桿由于將集中力分散為若干個較小的力分別作用于長度較小的錨固段上，使得錨固段上的黏結應力峰值大大減小且分布均勻，能最大限度地調用錨桿整個范圍內的地層強度，提高錨桿總的承載力。

2.3排樁支護技術

排樁雖由單個樁體并成，但其豎向受力形式與壁式地下連續墻類似。其與壁式地下連續墻的區別是，由于分離式布置的排樁之間不能傳遞剪力和水平向的彎矩，所以橫向的整體性遠不如地下連續墻。在設計中，一般可通過水平向的腰梁來加強樁墻的整體性。目前設計計算時，一般將樁墻按抗彎剛度相等的原則等價為一定厚度的壁式地下墻進行內力分析，僅考慮樁體豎向受力與變形，此法稱之為等剛度法。鑒于忽略腰梁給分離式樁墻帶來的水平向整體性造成的空間效應及基坑有限尺寸給墻后土體作用在樁墻上土壓力帶來的空間效應，應按等價的壁式地下墻依照平面問題進行內力計算分析與設計，這樣的結果是偏于安全的。

3巖土工程中深基坑支護設計與施工實例分析3.1工程概況及基坑周邊環境

某項目由6個地塊組成，每個地塊建設1幢4層辦公樓，均設置2層地下室?；由疃?0.1～11.2 m，局部集水坑落深2 m。建筑紅線距離地下室外墻線3 m，緊鄰建筑紅線為新建市政道路，道路配套各市政管線同步施工，管線緊鄰建筑紅線由近至遠依次分布于基坑兩倍深度范圍內。

3.2工程地質、水文地質情況

項目地點處于太行山以東、燕山丘陵區以南與渤海灣之間的平原地帶，按地層沉積年代、成因類型將地層劃分為人工堆積層及一般第四紀沉積層，基坑開挖的范圍內主要土層有：①素填土（γ=16 kN/m3、C=5 kPa、=10°）；②粉土（γ=18.2 kN/m3、C=9.6 kPa、=17.5°）；③粉土（γ=19.1 kN/m3、C=9.4 kPa、=17.9°）；④粉質黏土（γ=19.1 kN/m3、C=26.8 kPa、=8.1°）；⑤粉土（γ=19.8 kN/m3、C=10.0 kPa、=17.9°），抗剪強度指標為三軸不固結不排水抗剪強度指標。場區地下水屬于第四系淺層孔隙潛水，勘察期間實測穩定水位埋深15.00～17.90 m。水流主要是河水和大氣降水補給的，根據季節的變化而變化。

3.3基坑支護設計

基坑支護根據場地地形圖、建筑總平面圖、建筑結構設計圖紙、周圍管線圖、勘察報告及相關的設計規范、規程進行設計。根據項目特點，建筑紅線距離地下室外墻線很近，無放坡空間，且緊鄰基坑上口管線較多，初步選定支護形式為樁錨支護。排樁圍護體與地下連續墻相比，其優點在于施工工藝簡單，成本低，平面布置靈活。采用錨桿取代基坑支護內支撐，給支護排樁提供供錨拉力，以減小支護排樁的位移與內力，并將基坑的變形控制在允許范圍內（見圖1）。2#樓處地質條件差，新近堆積雜填土厚8～10 m，東側為其他在建基坑項目（已開挖），由于距離已開挖基坑上口較近，旋挖鉆機施工時存在安全隱患，該處支護設計將上部6 m土體削方卸荷，支護形式選用樁錨及雙排樁支護。在進行基坑支護設計過程中，根據施工區域的土壤情況、巖土性質進行支護工作分區。按照變形控制設計理念，在保證支護結構穩定性的前提下通過調整錨桿預加力使基坑變形控制在規范要求及工程實際需要的范圍內。基坑設計安全等級按二級進行設計，通過計算，本項目灌注樁采用Ф900@1 500、Ф850@1 500、Ф1 000@1 500，樁長18.0～23.0 m，一樁一錨。預應力錨桿采用3道預應力錨桿，錨桿超出用地紅線時視情況采用可回收錨索。基坑開挖至11 m時水平位移達最大值24.15 mm（離基坑頂約9.5 m），地表最大沉降量取指數法值21 mm（離坑邊距離約9.5 m）。圖1內力位移包絡圖

3.4支護效果分析

經過基坑監測單位3個月的監測，尤其是對圍護結構頂部的水平、豎向位移，周邊道路、管線沉降等項目的監測。實測樁頂最大水平位移為8.9 mm，周邊道路及管線的沉降值為10.3 mm，變形值完全滿足規范要求及工程實際需要。

4結語

對于巖土工程深基坑支護設計與施工來說，應該通過科學合理的方法，選用合理的支護技術結合降截水措施，提高對施工周圍環境的保護，保證巖土體的穩定性，優化工程經濟效益。采用信息化施工與動態設計，通過監測指導施工，并根據監測結果及施工現場的具體情況修改設計，全面進行信息化施工，能很好地將設計、施工與監測緊密相連，使設計的支護方案在保證安全的前提下盡可能經濟，實際效果顯著，促進了巖土施工行業的發展和進步。

參考文獻：

［1］龔曉南，侯偉生.深基坑工程設計施工手冊［M］.2版.北京：中國建筑工業出版社，2017.

［2］劉回彬，王衛東.基坑工程手冊［M］.2版.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［3］中國建筑科學研究院.建筑基坑支護技術規程：JGJ 120—2012［M］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

作者簡介：湯國剛，男，內蒙古赤峰人，工程師，本科，研究方向：巖土工程。