巖土工程勘察中深基坑支護技術(shù)的關(guān)鍵點分析

王永紅

（蘇州市建筑勘察院有限責任公司，江蘇 蘇州 215002）

上個世紀的四十年代，在一些國家的基礎建設領(lǐng)域開始出現(xiàn)深基坑的概念。隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，基坑工程在整個施工過程中占有相當重要的地位，尤其是深基坑支護技術(shù)在整個深基坑施工技術(shù)中更是重中之重，是保障施工質(zhì)量的基礎。隨著我國經(jīng)濟的的快速發(fā)展，各項基礎設施建設也越來越多，土地資源也日益緊張。為了提高建設用地的使用率，建筑物的地下空間就需要得到更加充分的利用，因此對于深基坑工程技術(shù)的要求也越來越高。除此之外，在巖土工程勘察中深基坑施工技術(shù)也得到了廣泛的應用。面對日益復雜的施工環(huán)境，深基坑支護的安全性與可靠性也面臨著嚴峻考驗。深基坑支護施工需要復雜的專業(yè)技術(shù)，在對深基坑進行土方開挖的過程中，由于深基坑支護的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，從而導致基坑內(nèi)部及外部的土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。進而導致各類的施工事故，造成巨大的經(jīng)濟與社會影響。因此在兼顧經(jīng)濟性與安全性的前提下，制定合理的深基坑支護方案，并根據(jù)深基坑的施工環(huán)境選擇適當?shù)氖┕ぜ夹g(shù)與評價方法是深基坑支護技術(shù)的發(fā)展方向[1]。

1 巖土工程勘察中深基坑支護技術(shù)特點

深基坑支護工程一般是指開挖深度達到五米或五米以上，地下室層數(shù)為三層以上的基坑土方支護工程?；油练介_挖、支護、降水工程。部分工程的開挖深度雖然未到5m，但由于施工條件十分復雜，其也可以視為深基坑支護工程。目前我國的深基坑支護工程的工程開挖深度越來越深，隨著基坑的深度的加大，對于相關(guān)設計與施工的要求也就更高。另外由于深基坑工程與周邊建筑物的距離越來越近，在施工過程中一旦出現(xiàn)設計或施工問題，勢必會對周邊的建筑物產(chǎn)生影響，從而導致更大的損失。另外基坑不但在深度上逐漸加大，基坑的施工規(guī)模也越來越大。面對尺寸較大的基坑，對于其支護結(jié)構(gòu)的設計與施工的要求也相對較高。如何布置支撐系統(tǒng)、如何控制圍護墻的移動以及如何避免基坑底部的隆起等，都需要進行考慮。最后，由于各類基礎設施和其他工程項目越來越多，基坑施工的場地也越來越小，這就提高了施工的難度。只有對施工資源進行高度的整合，才能使施工項目順利進行。

目前，由于深基坑工程的設計與施工問題引起的工程事故有許多，其發(fā)生事故的原因也是多種多樣的。首先深基坑工程在施工過程中會對周圍的土體產(chǎn)生一定的擾動，從而造成周圍土壤的不均勻下沉。例如基坑墻體的移動，基坑底部回彈與隆起，抽水引起的砂土損失等等都是造成土壤的不均勻下沉的原因。此外在施工過程中深基坑支護體系的破壞也會造成各類事故的發(fā)生。較為常見的深基坑支護體系的破壞包括基坑圍護的斷裂、基坑圍護失穩(wěn)、踢腳線損壞以及內(nèi)支撐穩(wěn)定性的破壞等等。在施工過程中的強降雨和土體滲透造成的坑壁流土、坑底突涌和管涌等，也會造成基坑工程的破壞。嚴重的降雨還會導致基坑附近的回填散土產(chǎn)生不均與沉陷，引起管網(wǎng)中的水直沖基坑邊坡，護樁和擋土墻發(fā)生垮塌。最后由于對工程和施工情況的復雜性認識不夠，導致設計與施工難以形成統(tǒng)一，也會導致嚴重的施工事故。這點對于巖土工程勘察過程中更加常見，對于膨脹地質(zhì)情況認識不清而造成的計算模型和參數(shù)的選取錯誤，以及在深基坑開挖過程中土體沿未探明的軟弱夾層或不利結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生破壞等都是由于設計與施工的不統(tǒng)一造成的[2]。

2 巖土工程勘察中常見的深基坑支護技術(shù)

2.1 放坡開挖技術(shù)

放坡開挖技術(shù)是指在施工過程中不設置保護結(jié)構(gòu)，直接在放坡的范圍內(nèi)進行施工的技術(shù)。該技術(shù)僅適用于特定的施工環(huán)境，當施工地點較為空曠且施工地的土質(zhì)較好時比較適合使用該種方法。在實際的深基坑開挖時，一般需要采用多級放坡的方法。在多級放坡時，需要逐級計算多級邊坡的穩(wěn)定性與安全性。放坡開挖的施工比較簡便，施工工期短且施工成本低，可在無任何障礙的情況下進行施工。但是在具體的施工過程中需要對放坡的坡面進行防水保護，防止坡面出現(xiàn)滑坡的現(xiàn)象，同時需要避免因為降水所導致的邊坡強度下降問題。

2.2 內(nèi)支撐支護技術(shù)

內(nèi)支撐支護技術(shù)包括內(nèi)支撐和擋土結(jié)構(gòu)兩個部分，利用擋土結(jié)構(gòu)來承受基坑內(nèi)部來自側(cè)向的壓力，利用擋土結(jié)構(gòu)的強度防止基坑內(nèi)出現(xiàn)坍塌問題。由于基坑內(nèi)部土體與擋土結(jié)構(gòu)形成一個受力整體，因此其可以保持基坑的完整，確保工工的順利進行。這種技術(shù)的適用范圍非常，可以應用于不同土質(zhì)的工程施工中。同時該技術(shù)對基坑形變的控制極為嚴格，從而確保了基坑開挖過程中的安全性。但是該技術(shù)的施工工期較長，施工結(jié)束后對于內(nèi)支撐拆除的工作量較大。另外由于內(nèi)支護結(jié)構(gòu)需占用空間大，因此在設計階段，需要對其布置進行綜合考慮[3]。

2.3 連續(xù)墻技術(shù)

地下連續(xù)墻技術(shù)首先需要依據(jù)實地測量情況，沿著基坑周圍劃定好不同的溝槽，然后對溝槽進行開挖，形成長約5m的一字型槽段。根據(jù)具體的施工情況對溝槽側(cè)壁進行加固形成連續(xù)的墻體，也就是連續(xù)墻。連續(xù)墻技術(shù)安全可靠，同時對周邊環(huán)境的破壞較小。該技術(shù)適用于大多數(shù)土質(zhì)，但是當土層中夾有堅硬石塊時，就會導致開挖效率降低。

2.4 拉錨支護技術(shù)

拉錨支護由基坑支護和拉錨固定兩個部分組成。其中基坑支護采用之前介紹過的幾種支護結(jié)構(gòu)，而拉錨固定可以選擇分為地面拉錨或錨桿進行固定。地面拉錨由于需要設置錨樁和錨固物，因此在設置時需要有充足的施工場地，這點也限制了地面拉錨得應用范圍。而錨桿則需要地基提供一定的錨固力，因此錨桿支護結(jié)構(gòu)適用于較密實和堅硬土層，在軟土層使用時需慎重。拉錨支護的優(yōu)點是其可靠性較高，便于施工且施工成本低。

2.5 排樁支護技術(shù)

排樁支護技術(shù)是在基坑周圍以規(guī)定的形式設置多個樁體，通過樁體的特殊分布規(guī)律形成排樁形式的基坑支護結(jié)構(gòu)。排樁支護技術(shù)主要針對施工過程由于施工空間的限制而無法使用其他支護結(jié)構(gòu)的情況。該技術(shù)適用性極強，當開挖深度在5m~10m時且基坑側(cè)壁的安全等級符合要求的情況下可以使用。排樁支護所使用的樁體的類型有許多種，其排列方式也可以分為柱列式、連續(xù)式以及多種形式組合排列等等。

2.6 土釘墻支護技術(shù)

土釘墻支護結(jié)構(gòu)是一種利用基坑內(nèi)土體進行加固的支護結(jié)構(gòu)。該支護技術(shù)的結(jié)構(gòu)包括土體、土釘和混凝土面層組成。在實際施工中將土釘打入基坑邊坡的土體中，土釘與土體通過結(jié)合加固，保證邊坡的穩(wěn)定。由于這種方法施工簡便，質(zhì)量控制相對容易，土釘墻支護技術(shù)被廣泛使用。特別是對于那些臨時設置的支護結(jié)構(gòu)，選用土釘墻支護技術(shù)比較適合。對于在地下水位以上或密實度較好的土層選擇土釘墻支護，可以充分發(fā)揮其施工簡便、施工的特點。

2.7 重力墻支護技術(shù)

重力墻支護技術(shù)通過利用攪拌樁與土體之間的攪拌加固，在固定土體的同時，形成柱狀加固土，進而形成重力支護結(jié)構(gòu)。其主要利用自身的重力來維持支護所承受的壓力，保持基坑的穩(wěn)定性。重力墻支護技術(shù)通常用于基坑深度小于5m的工程施工中。重力墻的穩(wěn)定性是靠墻體的摩擦阻力、墻體的重力以及開挖面下方土體的被動壓力，其能同時能保證圍護結(jié)構(gòu)的整體性、抗傾覆性、抗滑移性等等。重力墻在施工過程中時不會對無側(cè)土體產(chǎn)生壓力，且對周邊環(huán)境影響小。同時重力墻在具備支護功能的同時還具備止水效果。但是這種支護結(jié)構(gòu)并不設置支撐，會產(chǎn)生較大的形變。

2.8 鋼板樁支護技術(shù)

鋼板樁支護主要是使用鋼結(jié)構(gòu)樁體，利用其特性對土體進行固定與保護，支護的同時兼具擋水效果。鋼板樁支護結(jié)構(gòu)可以用于土質(zhì)較軟，且基坑深度在八米的范圍內(nèi)的施工項目中。鋼板樁支護結(jié)構(gòu)中的鋼板在施工結(jié)束之后可從土體中去出，并進行循環(huán)與重復利用，降低施工成本。但是在施工進行中，需要考慮鋼板對與施工地基與地表土壤的影響。另外這種技術(shù)會產(chǎn)生較大的噪聲量，對附近居民的生活造成影響。

2.9 復合支護結(jié)構(gòu)

由于巖土工程勘察中面對的工程施工比較復雜，單一的基坑支護技術(shù)難以滿足施工的實際要求。為了選擇合理的基坑支護結(jié)構(gòu)、保證施工安全，越來越多的工程項目選擇使用兩種或兩種以上的支護結(jié)構(gòu)組合，組成復合支護結(jié)構(gòu)。選擇復合支護結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮各支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，從而在基坑內(nèi)形成一種新的支護結(jié)構(gòu)體系。

3 巖土工程勘察中深基坑支護技術(shù)分析

3.1 土壓計算分析

作用在基坑支護上的負荷主要為土壓力，在深基坑土方開挖過程中需要精確地預估基坑支護所承受的土壓負載值，這對基坑支護的設計與施工具有重大的意義。土壓是指作用在擋土墻后的土體在其自重或外加負荷的作用下，對于墻體作用從而產(chǎn)生的壓力。由于土壓是深基坑支護的主要負荷，因此在基坑的設計中對于土的力學性質(zhì)、土壓力大小、方向和作用點等因素都要納入考慮之中。跟據(jù)土壓的大小與分布的規(guī)律，以及對墻體位移的影響可以將土壓分為主動土壓、靜止土壓和被動土壓三種。在工程實際中，通常利用庫侖土壓力和朗肯土壓力兩種理論對土壓力進行計算分析。

3.2 深基坑支護的設計分析

目前，靜力平衡法是應用較為普遍的一種計算深基坑穩(wěn)定性的方法。該方法根據(jù)作用在擋土墻前、后土壓力的不同，將土壓分為主動土壓力和被動土壓力兩種，并對不同土壓分別進行分析。該方法在結(jié)構(gòu)設計的計算過程中所需要的假定條件較簡單，但是當支護結(jié)構(gòu)各參數(shù)發(fā)生變化時，其計算結(jié)果難以做到準確。另外在計算支護結(jié)構(gòu)的變形以及內(nèi)力的過程中，彈性抗力法也被廣泛的使用。彈性抗力法是一種經(jīng)過優(yōu)化的分析方法，其不僅完善了靜力平衡法中的不足之處，而且還改進了其他算法中無法進行擋墻內(nèi)側(cè)被動土壓力計算的不足，使得支護結(jié)構(gòu)的設計更加的科學性和合理性。最后，隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，有限元分析法憑借著多樣靈活的特點得到廣泛的推廣。有限元分析法利用計算機夠?qū)嶋H工程項目進行模擬，通過計算機準確的分析各項影響深基坑支護的因素，同時將支護與土體進行離散分析，較精確地反映出二者之間的關(guān)系，最終通過有限元方程式得以實現(xiàn)。這是一種能解決在實際基坑支護工程中產(chǎn)生各類問題的有效方法[4,5]。

4 結(jié)語

近年來，隨著我國在巖土工程勘察領(lǐng)域的施工技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)施工經(jīng)驗的不斷豐富，研究人員和相關(guān)從業(yè)者對于深基坑支護技術(shù)的理解也上升到了一個新的高度，也獲得了許多的研究成果。但是由于我國開展相關(guān)技術(shù)的研究起步較晚，目前仍有許多重要問題和技術(shù)難點需要解決。對于深基坑支護技術(shù)的基礎設計、算法優(yōu)化、參數(shù)選擇和評價方式等方面的研究仍然比較欠缺。對于如何實現(xiàn)勘察信息及時反饋到基坑的施工與監(jiān)測中，以及建立綜合施工難度、施工成本和施工工期等多個角度的深基坑支護評價體系，仍是該領(lǐng)域的研究重點。因此為了避免由于深基坑支護技術(shù)中存在的缺陷而導致的工程事故，相關(guān)的研究人員以及從業(yè)者還要持續(xù)的投入到深基坑支護技術(shù)的研究中。為今后的工程施工實踐提供可靠的理論依據(jù)，確保施工過程的順利進行。