巖土工程中復(fù)雜場(chǎng)地深基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)與施工研究

王 連

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局三總隊(duì)，貴州 遵義 563000）

在每一個(gè)有基坑存在的項(xiàng)目，深基坑支護(hù)技術(shù)在項(xiàng)目的基礎(chǔ)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，復(fù)雜場(chǎng)地深基坑支護(hù)工程的質(zhì)量決定了所有支護(hù)工程的安全性，并在后續(xù)的項(xiàng)目建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。

1 建筑施工中深基坑支護(hù)的意義

基坑支護(hù)是為保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對(duì)基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護(hù)措施。在整個(gè)建筑過(guò)程中，深基坑挖掘方案是整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)，其特點(diǎn)是，基坑支護(hù)工程又是巖土工程、結(jié)構(gòu)工程以及施工技術(shù)互相交叉的學(xué)科，是多種復(fù)雜因素交互影響的系統(tǒng)工程[1]。質(zhì)量直接決定建筑物的安全、穩(wěn)定性和使用壽命。在很多城市地區(qū)挖掘深基坑，對(duì)基本的工程強(qiáng)度和輔助技術(shù)以及深基坑的設(shè)計(jì)理論和現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)和嚴(yán)格的要求。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)不僅必須符合抗傾覆、抗剪切要求，而且必須符合地下結(jié)構(gòu)的建筑和基礎(chǔ)要求，這是深基坑周圍環(huán)境正常運(yùn)作的先決條件，從而確保正常運(yùn)轉(zhuǎn)和建筑安全[2]。建筑工程施工時(shí)應(yīng)防止挖掘深基坑影響地下地下室和地下管網(wǎng)的正常使用，必須首先對(duì)工程的表面進(jìn)行徹底和詳細(xì)的檢查和研究，了解挖掘深基坑施工過(guò)程中的施工難點(diǎn)[3]。設(shè)計(jì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)需要確保在不危及人身安全和功能的情況下在周邊建造WEI 系統(tǒng)，并考慮到這一系統(tǒng)的運(yùn)行和監(jiān)測(cè)。

2 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的種類

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的多樣性，以及根據(jù)地質(zhì)環(huán)境和施工地形自由選擇結(jié)構(gòu)組合的可能性，在很大程度上確保了深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。在軟土、高地下水位及其他復(fù)雜場(chǎng)地條件下開(kāi)挖基坑，很容易產(chǎn)生土體滑移、基坑失穩(wěn)、樁體變位、坑底隆起、支擋結(jié)構(gòu)嚴(yán)重漏水、流土以致破損等病害。

圖1 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

常見(jiàn)的基坑支護(hù)形式主要有：排樁支護(hù)、樁撐、樁錨、排樁懸臂、地連墻+支撐、土釘墻（噴錨支護(hù)）、逆作拱墻、鋼筋混凝土排樁。地連墻和土釘墻的結(jié)構(gòu)主要是土錨；混凝土墻的結(jié)構(gòu)通常沒(méi)有得到加固，主要是因?yàn)槠淠妥冃文芰椭亓浚源_保坑壁的安全。在一些例外情況下，可以使用某種方法支持需要加強(qiáng)的地方位置，由單獨(dú)的支柱組成的支撐結(jié)構(gòu)適用于基本側(cè)壁坑中的非軟性土位置，其中的懸臂結(jié)構(gòu)如果不太深的話，它在基坑中時(shí)一般不超過(guò)60m，同時(shí)通過(guò)計(jì)算來(lái)構(gòu)建深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。在深基坑深的地方，可以與支架、錨等相結(jié)合，內(nèi)部支持結(jié)構(gòu)包括一個(gè)外部支持結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和一個(gè)內(nèi)部支持系統(tǒng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通常采取鋼筋混凝土塊的形式。鋼筋混凝土塊和連續(xù)的地下墻：內(nèi)部支架系統(tǒng)可以是橫向和斜向的，錨的主要功能是確保土層或結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性。

3 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程

深基坑的設(shè)計(jì)主要包括選擇支護(hù)系統(tǒng)方案，計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的剪力、軸力與彎矩，計(jì)算墻的耐滲透性，分析深基坑的穩(wěn)定性，降水方案，以及對(duì)深基坑支護(hù)方案進(jìn)行整體性研究。挖掘方案和環(huán)境支護(hù)和監(jiān)測(cè)方案：研究和收集有關(guān)建筑物的一般布局、挖掘的范圍和深度、工程研究、建筑單位的需求、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的要求，根據(jù)深基坑坑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)、施工經(jīng)驗(yàn)、主要結(jié)構(gòu)的配置要求，在這些分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了深基坑的安全等級(jí)，選定巖土力學(xué)參數(shù)，來(lái)設(shè)計(jì)初步方案，初步設(shè)計(jì)完成后，完成協(xié)助挖掘、坑內(nèi)降水、排水系統(tǒng)的方案，而支護(hù)方案的最后步驟是，如果強(qiáng)度控制和變形控制得到滿足，則設(shè)計(jì)施工圖。

4 復(fù)雜場(chǎng)地深基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)及施工研究

4.1 深基坑支護(hù)工程的土壓力計(jì)算分析

準(zhǔn)確計(jì)算支撐體系所需的抗滑力，是設(shè)計(jì)深基坑支護(hù)工程的關(guān)鍵，由于支護(hù)體系所承擔(dān)的負(fù)荷主要是巖土壓力，因此計(jì)算基本深基坑項(xiàng)目土壓力的準(zhǔn)確性與整個(gè)深基坑項(xiàng)目和支護(hù)工程的安全性有關(guān)。

根據(jù)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)位移方向，土壓力分為以下3 種類型：

其一是靜止土壓力，靜止土壓力是指，支擋體系例如擋土墻等支擋結(jié)構(gòu)的剛度較大，在土壓力作用力的作用下不會(huì)產(chǎn)生位移以及形變，支擋體系后的土體一直保持一種靜止的狀態(tài)，這種狀態(tài)下土體對(duì)自當(dāng)體系產(chǎn)生的作用力，我們稱之為靜止土壓力。

圖2 靜止土壓力結(jié)構(gòu)圖

第二，第二種土壓力為制動(dòng)土壓力，主動(dòng)土壓力是指在施工過(guò)程中中，擋土墻支擋體系在土體壓力的作用下，向前發(fā)生位移，當(dāng)擋土墻發(fā)生位移時(shí)，擋土墻后方的土體的應(yīng)力已經(jīng)超過(guò)了極限平衡狀態(tài)，這種作用在擋土墻的土壓力我們稱之為主動(dòng)土壓力。

圖3 主動(dòng)土壓力結(jié)構(gòu)圖

第三，第三種土壓力為被動(dòng)土壓力，與上述兩種土壓力不同。被動(dòng)土壓力是在擋土墻受到除土壓力以外的其他作用力作用時(shí)，擋土墻支擋體系朝著土體放生發(fā)生一定的位移，這部分位移會(huì)導(dǎo)致土體與擋土墻產(chǎn)生相互的作用力，這時(shí)產(chǎn)生的作用力我們稱之為被動(dòng)土壓力，被動(dòng)土壓力的力學(xué)示意圖如圖4 所示。

圖4 被動(dòng)土壓力結(jié)構(gòu)圖

本文對(duì)土壓力的計(jì)算主要采用（郎肯）Rankine 壓力理論進(jìn)行計(jì)算，在Rankine 土壓力計(jì)算中設(shè)定地表面是水平的，擋土墻光滑并且豎直，根據(jù)土體極限平衡條件計(jì)算得出土壓力的值,計(jì)算公式如以下所示：式中，EP為被動(dòng)土壓力值；y 為土體的重度值；H 為土體圍墻的高度值；KP為被動(dòng)土壓力系數(shù)。

在巖土工程的施工過(guò)程中，基坑支護(hù)工程其中一項(xiàng)重要的施工環(huán)節(jié)，其施工過(guò)程中的綜合性以及專業(yè)性都是很強(qiáng)的，并且在基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)于基坑施工過(guò)程中的土壓力計(jì)算也要進(jìn)行充分的考慮，這樣在能最大程度的使工程設(shè)計(jì)更加精準(zhǔn)。這一結(jié)構(gòu)的內(nèi)力負(fù)荷的計(jì)算不僅考慮到土壓力的計(jì)算，而且還考慮到整個(gè)深基坑施工中的負(fù)荷計(jì)算，以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確[2]。

4.2 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工研究

加固墻壁和支護(hù)結(jié)構(gòu)得到了更廣泛的利用，可用于更深層的復(fù)雜工況。在施工過(guò)程中，堅(jiān)持分層分段開(kāi)挖，分層分段進(jìn)行支護(hù)的原則進(jìn)行施工。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖要求的順序和方法進(jìn)行施工，遵循“開(kāi)挖支撐、先撐后挖、分層分段開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，減少開(kāi)挖時(shí)對(duì)原生土體的破壞及擾動(dòng)，縮短基坑開(kāi)挖后無(wú)支撐的暴露時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所示，在建筑工程的施工過(guò)程中，基坑支護(hù)工程作為其中一項(xiàng)重要的施工環(huán)節(jié)，其工程施工的質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)的施工能夠順利有效的開(kāi)展，所以在進(jìn)行建筑工程基坑支護(hù)的施工過(guò)程中，施工人員一定要切身的投入到施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)情況有一個(gè)熟悉的了解，在結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)基坑支護(hù)施工過(guò)程中的各種因素加以分析并科學(xué)的進(jìn)行計(jì)算，保證施工安全性以及最終的施工質(zhì)量滿足要求。