深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案發(fā)展的探討

摘 要：隨著改革開放的深入，我國城市建設(shè)迅速發(fā)展，大量高層建筑不斷涌現(xiàn)，深基坑支護(hù)成為高層建筑施工時(shí)面臨的一個(gè)重要的問題及難題。文章從多方面對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀的分析研究，總結(jié)了我國當(dāng)前深基坑支護(hù)技術(shù)中存在的一些主要問題，并對(duì)支護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：深基坑支護(hù)；設(shè)計(jì)方案；支護(hù)類型；存在問題；發(fā)展趨勢(shì)

1 支護(hù)設(shè)計(jì)及支護(hù)常見結(jié)構(gòu)類型

1.1 支護(hù)設(shè)計(jì)方法

由于各場(chǎng)地的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境千差萬別，進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工時(shí)必須要因地制宜，綜合考慮地質(zhì)條件、施工季節(jié)、降排水條件、基坑類型、基坑深度、周邊環(huán)境要求等各種因素，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)、恰當(dāng)施工，才能取得良好效果。傳統(tǒng)的支護(hù)設(shè)計(jì)主要有排樁、排樁與內(nèi)支撐組合、排樁與錨桿組合等方法，在非軟土地區(qū)一般采用樁-錨支護(hù)，在軟土地區(qū)則主要采用樁-撐支護(hù)，當(dāng)基坑深度較大時(shí)一般采用地下連續(xù)墻方式。

1.2 常見支護(hù)結(jié)構(gòu)類型

1.2.1 鋼板樁支護(hù)

鋼板樁一般采用帶鎖口或鉗口的軋型鋼鑄造，鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、便于施工，在軟土地區(qū)得到了廣泛運(yùn)用。但鋼板樁柔性較大，若支撐系統(tǒng)或錨拉系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，易產(chǎn)生較大變形，所以在基坑支護(hù)深度較大（>7m）的軟土層，一般不宜采用鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。

1.2.2 排樁支護(hù)

排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用間隔列式挖孔、鉆孔灌注樁擋土，柱列式灌注樁剛度較好，但為保證聯(lián)接的穩(wěn)固，需在樁頂澆注較大面積帽梁。灌注樁施工方便，采用機(jī)械或人工挖打孔均可，成本相對(duì)低廉。因?yàn)椴恍枰褂么笮蜋C(jī)械，沒有振動(dòng)、噪聲和擠壓周圍土體等危害。排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)又可分為支錨式結(jié)構(gòu)和懸臂式結(jié)構(gòu)，支錨式結(jié)構(gòu)適用于一、二級(jí)基坑，懸臂式結(jié)構(gòu)適用于三級(jí)基坑。當(dāng)深度在8到14米，且環(huán)境要求不高時(shí)，可考慮排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。

1.2.3 內(nèi)支撐和錨桿支護(hù)

內(nèi)支撐和錨桿對(duì)于控制地層變形、保證基坑穩(wěn)固具有重要作用。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)中，主要有鋼結(jié)構(gòu)支撐和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支撐兩種。采用鋼結(jié)構(gòu)支撐時(shí)，一般采用圓形鋼管或大規(guī)格型鋼，可施加預(yù)應(yīng)力以減少擋墻變形。鋼筋混凝土支撐是在深基坑施工中發(fā)展出來的新型支撐形式，一般采用土模等逐層現(xiàn)澆而成。鋼筋混凝土支撐具有剛度大、變形小等優(yōu)點(diǎn)，能有效控制擋墻或周圍地面的變形，適用于基坑較深或周圍環(huán)境要求較高的地區(qū)。

1.2.4 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻是在地下分段構(gòu)建的墻體，主要用于城市的深基坑支護(hù)。地下連續(xù)墻剛度大、防滲性好，在地下工程中有著廣泛運(yùn)用，尤其適合于地下水位之下的砂土層和軟粘土，以及復(fù)雜施工環(huán)境。隨著技術(shù)發(fā)展、施工方法提升、施工器械改進(jìn)，如今，地下連續(xù)墻既能作基坑施工的支護(hù)擋墻，又能作為主體建筑的側(cè)墻使用。

1.2.5 土釘墻支護(hù)

土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)利用邊挖基坑邊鋪鋼筋網(wǎng)，同時(shí)澆灌混凝土使成混凝土面板，并最終形成加筋土重力擋墻，起到擋土作用。主要適用于地下水位以上的粘性土、雜填土等土質(zhì)中采用，不宜用于淤泥土質(zhì)和地下水位以下未作降水處理的土層。

2 基坑工程中常遇到的問題

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算問題

目前深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，主要采用極限平衡理論計(jì)算，但現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際情況卻要比理論模型復(fù)雜得多。極限平衡理論是一種靜態(tài)設(shè)計(jì)理論，而實(shí)際施工中的土體，隨著時(shí)間推移，土體強(qiáng)度逐漸降低，并產(chǎn)生一定變形，一直則處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)中，屬于一個(gè)松弛過程。按照極限平衡理論，有的支護(hù)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)小，甚至達(dá)不到規(guī)范要求，卻能在實(shí)際中取得成功；而另一些支護(hù)結(jié)構(gòu)，理論上能達(dá)到絕對(duì)安全，卻仍有可能產(chǎn)生破壞。所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中必須充分考慮現(xiàn)實(shí)情況和動(dòng)態(tài)因素。比如，考慮超孔隙水壓力對(duì)土體的影響，謹(jǐn)慎獲取土壤的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)；為使數(shù)據(jù)獲取更加可靠，應(yīng)在工程樁完成后做土體原位測(cè)試，獲取原始資料，提高設(shè)計(jì)、施工水平，預(yù)防事故發(fā)生。

2.2 基坑的土壓力計(jì)算問題

支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主要荷載就是土壓力，因此土壓力值的計(jì)算也就成了支護(hù)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)步驟，不管是采用彈性抗力法、靜力平衡法還是有限元法設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)，都需要先計(jì)算出土壓力。目前，支護(hù)結(jié)構(gòu)仍然以庫侖和朗金的土壓力理論為主要的設(shè)計(jì)依據(jù)，但大量的工程實(shí)踐、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)以及模型實(shí)驗(yàn)表明，土壓力不但跟地基土的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，還具有時(shí)空效應(yīng)，會(huì)受到支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況影響。

2.3 基坑的變形控制問題

隨著城建發(fā)展，城市用地日趨緊張，基坑工程越來越多的集中到房屋等密集的地區(qū)。這對(duì)基坑工程提出了更高、更嚴(yán)的技術(shù)要求：不僅要保證基坑穩(wěn)固，而且要確保基坑周圍的建筑物、道路、地下管道等基礎(chǔ)設(shè)施安全。在當(dāng)前基坑工程的強(qiáng)度控制中，變形控制設(shè)計(jì)中還沒有得到足夠的重視，常規(guī)計(jì)算還不能出來支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形以及周圍土體的變形，這成為某些基坑工程出現(xiàn)失敗的重要原因。一些學(xué)者對(duì)變形控制的設(shè)計(jì)原則做了較深入的討論，提出了一些基本思想：支護(hù)結(jié)構(gòu)除了滿足強(qiáng)度邀請(qǐng)，還需滿足使用要求，既要保證施工過程安全、穩(wěn)固，又要保證不破壞周圍環(huán)境。

2.4 地下水控制設(shè)計(jì)問題

地下水控制是基坑支護(hù)中難點(diǎn)問題。因土質(zhì)以及地下水位條件不同，造成了施工方法的截然相同。在水位較高或表層滯水較多的地區(qū)，多數(shù)基坑工程事故都直接或間接的與水有關(guān)。降水過程中，含水層內(nèi)地下水位降低，土體粒間應(yīng)力增加，易導(dǎo)致地面沉降，造成周圍建筑物等的破壞。坑內(nèi)降水時(shí)，若降水深度過深，可能會(huì)因水位差增加而造成管涌等工程事故。因此，對(duì)水的控制，比如降水、排水和止水等，會(huì)嚴(yán)重影響工程的安全性和經(jīng)濟(jì)效益，是關(guān)系到深基坑支護(hù)的成敗。因此，在進(jìn)行降水施工前需要了解各種可能發(fā)生的情況及其危害，以便設(shè)計(jì)出最佳方案，保障施工安全、獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 支護(hù)結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)問題

大量資料表明：深基坑邊坡失穩(wěn)常發(fā)生在長邊的中間位置，基坑周圍向基坑內(nèi)的水平位移一般呈現(xiàn)出中間大兩頭小的局面，存在一個(gè)空間問題。支護(hù)結(jié)構(gòu)中支撐的形式主要有兩類：拉錨式和內(nèi)撐式。拉錨式結(jié)構(gòu)中，各錨桿單獨(dú)作用，利用土體的錨固作用形成水平承載力，錨桿之間僅靠腰梁的相連來維持支護(hù)樁墻的平衡。內(nèi)撐式結(jié)構(gòu)一般采用井型梁+立柱形式，使得支撐梁、立柱和排樁墻一起一個(gè)空間框架結(jié)構(gòu)，特別是有兩道以上水平支撐存在時(shí)，空間效應(yīng)更為明顯。目前的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般未考慮內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)，將內(nèi)撐式和拉錨式同一視之，并不符合實(shí)際情況。

3 結(jié)束語

深基坑支護(hù)是巖土工程等領(lǐng)域的一個(gè)新的問題，由于地質(zhì)復(fù)雜、受力狀態(tài)多變、結(jié)構(gòu)型式多樣，構(gòu)成了深基坑支的特殊性。本文對(duì)基坑支護(hù)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)類型作了總結(jié)，重點(diǎn)論述了當(dāng)前基坑工程中存在的一些主要問題及其發(fā)展趨勢(shì)。

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