基于巖土工程中的深基坑支護設(shè)計問題和對策

陶陽

四川省川建勘察設(shè)計院有限公司 四川 成都 610000

1 淺談深基坑支護設(shè)計的重要意義

深基坑支護是工程建設(shè)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工過程的規(guī)范性和安全性對整個工程的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。目前，在巖土工程建設(shè)過程中，建設(shè)單位必須對地下水文狀況進行深入的分析，全面地分析施工過程中地下水的各種影響。在建設(shè)過程中，要對勘察現(xiàn)場進行深度分析，判定地下水的分布狀況。根據(jù)實際情況，選擇相應(yīng)的施工工藝措施。其次，如果地下水位分布范圍很大，那么在這種情況下進行基坑工程，就必須采取相應(yīng)的保護管理措施。在局部防水、結(jié)構(gòu)圍護支護等方面，全面提高施工工藝的應(yīng)用效果。在我國城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展的大背景下，城市高層建筑的全面發(fā)展，要求其處于深層開挖狀態(tài)，這將對周圍建筑物的穩(wěn)定產(chǎn)生重大影響[1]。在這種情況下，有必要對其進行合理的支護設(shè)計，以保證后續(xù)施工過程中的整體穩(wěn)定。從而保證工程的安全，避免因工程事故而引起的連鎖反應(yīng)。

2 常用的深基坑支護形式及設(shè)計方法綜述

2.1 普通支護形式

2.1.1 自立式支護

這類支護施工技術(shù)措施必須在地質(zhì)情況比較好的地方進行，這類支護方案中，基坑無任何支護，有利于機械化施工和地下工程建設(shè)的開展。但在工程施工中，由于支護結(jié)構(gòu)本身存在著很大的側(cè)向變形，因此，在工程施工中，如果地質(zhì)情況發(fā)生了變化，且基坑開挖深度很大，相應(yīng)的工程施工成本也會隨之增加。

2.1.2 樁錨

對于一些深基坑工程，樁錨支護技術(shù)主要應(yīng)用于土質(zhì)良好的地區(qū)。在巖土錨固中，設(shè)置的參數(shù)是固定的，如軸向上拔力不得超過600 kN，因此，在實際工程中，必須選擇二次灌漿工藝。

2.1.3 排樁內(nèi)支撐支護

排樁的選擇有沖孔樁、鉆孔灌注樁等，也有一些工程選擇了預應(yīng)力管樁和地下連續(xù)墻。在施工過程中，根據(jù)施工方案的不同，對內(nèi)支護體系的布置形式作相應(yīng)的調(diào)整。如采用角撐對稱支護體系、水平拱圈支護體系等。

2.1.4 噴錨支護

噴錨支護是一種組合支護方式，其施工過程中需將噴砼、錨桿和鋼絲網(wǎng)等有機地組合起來。這種施工支護方法的使用，一般都是在人工填土和粘性土的施工環(huán)境下進行的。另外，施工現(xiàn)場不能存在很多的卵石層和細砂層，相應(yīng)的基坑開挖深度必須在12m以下。

2.2 應(yīng)用支護設(shè)計方法

2.2.1 深層攪拌樁

采用攪拌樁進行基坑支護，在飽和粘土、淤泥、粉質(zhì)粘土等多個土層中，其加固深度可根據(jù)工程實際進行50-60m的設(shè)計。因其抗拉強度比抗壓強度低，所以適合在5-7m以下的較小土層中使用[2]。該支護結(jié)構(gòu)具有良好的整體性和抗壓性，在設(shè)計時可不加任何支架，且可在開放的條件下開挖，具有很高的工程效益。

2.2.2 排樁支護

排樁有很多種，如鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土板樁、鋼板樁、人工挖孔樁等。在基坑的支護過程中，可以選擇柱式排樁支護，如果邊坡的土壤條件比較好，并且地下水位比較低的時候，可以利用土拱效應(yīng)，采用鉆孔灌注樁和孔樁來支護。在軟弱的環(huán)境下，連續(xù)排樁支護往往無法形成土拱，因此，必須采用密集的排樁法，或者選擇鋼筋混凝土板樁密集排布。復合排樁支護技術(shù)是一種新型的復合結(jié)構(gòu)，它能有效地應(yīng)用于軟弱地層中的高水位地區(qū)。對于6m以下的深基坑，在無法選擇自沉的情況下，應(yīng)選擇600mm厚的密排鉆孔樁。也可以在上面打上預制的水泥板和鋼板樁，然后在板后做防水和注漿，然后在上面設(shè)置支護和圈梁。對于6-10m深的基坑，選擇800-1000mm的鉆孔樁，然后再進行灌漿和防水處理，設(shè)置2-3個支護。對于深10m以上的深基坑，選擇大直徑800-1000mm的鉆孔灌注樁，設(shè)置多道支護。

2.2.3 地下連墻支護

在軟弱地基中，如果深埋超過10m，周圍的建筑物和地下管線都有很高的沉降變形，就必須選擇地下連續(xù)墻作為基坑支護。地下連續(xù)墻具有良好的整體性和較高的剛度，因此，基坑的變形量很小，可以進行超長基坑支護。當設(shè)計和施工中，當遇到強風化地層，不能進行鋼板樁施工時，可選擇地下連續(xù)墻[3]。

2.2.4 土釘墻支護技術(shù)

在深基坑施工過程中，先將鋼管樁置于原地，然后采用噴漿的方法對其進行表面處理。在土體-土釘-噴砼面層協(xié)同工作的基礎(chǔ)上，形成一種復合土體，從而達到加固的目的。土釘墻支護技術(shù)是一種將工程現(xiàn)場和工程監(jiān)控信息有機地結(jié)合在一起的技術(shù)。為了方便隨后的建設(shè)工作的開展，對設(shè)計進行修正。便于后續(xù)開展，適用于基坑開挖深度較小，對周邊相鄰建筑不產(chǎn)生較大變形和要要求不高的情況下，施工簡便，經(jīng)濟穩(wěn)定。

3 在巖土工程中應(yīng)用深基坑支護應(yīng)注意的幾個問題

根據(jù)當前一些深基坑的施工情況，可以發(fā)現(xiàn)，在深基坑的基礎(chǔ)上，摻入的水泥量不夠，不僅會對混凝土的強度造成很大的影響，還會引起混凝土的開裂。其次，工程建設(shè)中存在的“偷工減料”現(xiàn)象也比較普遍。為了有效地控制支護的變形，在進行工程設(shè)計時，需要嚴格的開挖順序，然后再對工程的施工圖紙進行交底。然而，在工程建設(shè)過程中，有些工程技術(shù)人員忽略了工程建設(shè)的細節(jié)，盲目地追逐著工程的進度，一味地追求著局部的利益，這就會給工程的施工質(zhì)量帶來很大的負面影響。

在深基坑開挖過程中，由于開挖后很快就會導致邊坡塌陷。分析造成這種現(xiàn)象的主要原因是設(shè)計不規(guī)范，沒有按照規(guī)范的設(shè)計要求進行施工。舉個例子，我們選擇土釘支護，但沒有按照設(shè)計和規(guī)范的要求來進行。很多土釘都沒有灌漿，就是在鉆孔之后，在里面放入鋼筋。盡管局部已進行了注漿，但孔內(nèi)漿體尚未充填，這兩種情況都將引起邊坡的塌方。

在巖土工程中，由于地質(zhì)環(huán)境本身的因素，對工程建設(shè)的質(zhì)量有很大的影響。從目前的工程建設(shè)情況來看，很多深基坑工程安全事故都是由邊坡本身因素引起的，根據(jù)巖土物理特性的不同，在施工過程中，軟土、雜填土等因素對支護強度的影響要引起足夠的重視。其中，沙土，粉土抗剪強度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，滲透性好，因此，在工程建設(shè)過程中，容易發(fā)生坑底冒砂現(xiàn)象。在進行工程建設(shè)之前，有關(guān)建設(shè)單位要對工程地質(zhì)特性進行深入調(diào)查，并根據(jù)工程建設(shè)需要，制訂出一套完整的施工方案。

在工程實踐中，如果施工單位制訂的不規(guī)范和不合理的防護方案，將極大地影響工程的效果。在工程建設(shè)過程中，存在著大變形和大面積滑移的情況，這將給以后的工程建設(shè)帶來很大的不利影響。究其原因，在于對工程施工過程中的變形監(jiān)控不到位，無法對各種問題進行及時檢測，在施工過程中沒有針對工程實際進行合理的施工支護，從而造成了后續(xù)的變形和滑移問題。

4 巖土工程中深基坑支護設(shè)計問題的改進

4.1 將現(xiàn)代科技與深基坑支護設(shè)計相結(jié)合，做好設(shè)計與計算

地下連續(xù)墻和排樁的內(nèi)力和變形精確化計算是一個非常復雜的問題，目前急需建立一個完整的計算模型。在建立該模型時，應(yīng)著重考慮支護系統(tǒng)、圍護墻和地基的空間分析問題。目前，有必要對平面問題進行聯(lián)合分析，并將相應(yīng)的空間影響集中體現(xiàn)出來，并根據(jù)工程建設(shè)的發(fā)展要求，形成一套完整的三元計算程序，為后續(xù)的深基坑幾何形態(tài)計算打下堅實的基礎(chǔ)。

目前，在進行深基坑支護設(shè)計時，必須對強度、變形特性和穩(wěn)定性進行綜合評判，而不是單純的靜態(tài)平衡方法[4]。在進行深基坑工程施工時，有必要對工程的特點進行分析。設(shè)計中可以運用增量法、總和法，這兩種方法的應(yīng)用可以保證在工程建設(shè)過程中的受力過程中，剛度的穩(wěn)定性是恒定的，而在剛度發(fā)生改變的時候，則要綜合使用增量法。在采用總和法進行分析時，外部荷載可以是在整個工程建設(shè)過程中墻體的土壓力、錨桿和壓力等，而剛度則主要來自于地基和支護部。

4.2 加強對深基坑變形的監(jiān)控，優(yōu)化設(shè)計方案

在巖土工程項目的建設(shè)和施工過程中，必須對設(shè)計方案進行全面的優(yōu)化，才能對各種施工事故進行有效的控制，提高其安全水平。在深基坑工程建設(shè)中，必須選擇合適的支護設(shè)計方案，將支護結(jié)構(gòu)的整體使用壽命、地質(zhì)水文狀況、基坑埋深等因素進行綜合集成。在每一種設(shè)計方案中，都要進行標準化選擇，并對其中的各種影響因素進行集中分析，從而為以后提高基坑的穩(wěn)定性打下基礎(chǔ)。在工程建設(shè)過程中，基坑支護結(jié)構(gòu)的變形直接關(guān)系到整個工程的安全。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于三維有限元模型的深基坑工程設(shè)計方法。目前，迫切需要對深基坑支護的變形進行綜合觀測，并對其施工過程中的變形狀況進行綜合評價。在遇到變形問題的時候，要立即停止施工，找出主要的問題，然后采取相應(yīng)的措施，積極地進行處理，以此來對施工變形進行有效的控制。

4.3 提高調(diào)查數(shù)據(jù)的準確性，進行有目標的設(shè)計

目前，隨著工程規(guī)模的逐漸增大，以及工程建設(shè)的需求越來越高，這就需要更多、更高的基坑支護設(shè)計。隨著基坑工程的日趨復雜，各種新的結(jié)構(gòu)型式也不斷涌現(xiàn)出來。有關(guān)設(shè)計者還需進行更深層次的研究，對原設(shè)計方案進行全方位的優(yōu)化，對已有的設(shè)計方案進行革新。通過比較不同方案間的差異，根據(jù)施工現(xiàn)狀、建設(shè)目標和地質(zhì)環(huán)境要求，提出更加科學合理的設(shè)計方案，以保證基坑支護設(shè)計更安全、更穩(wěn)定。在進行深基坑工程的施工過程中，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，編制一份完整的調(diào)查報告。編制好的地質(zhì)勘察報告是進行深基坑支護設(shè)計的重要基礎(chǔ)。然而，在工程建設(shè)過程中，由于勘察數(shù)據(jù)的不準確和數(shù)據(jù)的錯誤，使得勘察工作中存在著許多不確定性因素。因此，根據(jù)目前的工程建設(shè)經(jīng)費，在建設(shè)過程中，必須對工程的地質(zhì)條件和重點部位作出判斷，做好資料的補充。在勘探建設(shè)過程中，相關(guān)的勘探技術(shù)人員必須嚴格按照我國現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范進行施工，以提高勘探數(shù)據(jù)的準確性。

4.4 科學化設(shè)計坑壁形式

為了保證工程的施工方案能夠符合工程的設(shè)計要求，在進行深基坑工程的施工前，必須對基坑的圍護結(jié)構(gòu)進行全面的調(diào)整。在施工過程中，要根據(jù)基坑的實際情況，夯實工程施工的地基，并按照規(guī)范的技術(shù)要求，進行結(jié)構(gòu)的支護管理。例如，在工程施工過程中，管理者要對工程周圍的環(huán)境，地下水文狀況，地質(zhì)現(xiàn)狀，開挖資料等進行綜合評判。通過對基坑支護結(jié)構(gòu)的安全分析，實現(xiàn)基坑開挖作業(yè)時的開挖深度區(qū)間的精確定位。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)已有的施工經(jīng)驗，對邊坡的坡度進行判定，保證工程施工、基坑支護效果在規(guī)范之內(nèi)。

在進行深基坑開挖時，要選擇有資質(zhì)的施工單位，為以后工程的質(zhì)量提高打下堅實的基礎(chǔ)。基于此，還需要請業(yè)內(nèi)專家學者的施工指導進行分析，在制定各種施工方案之前，都要經(jīng)過專家的全面評價。在施工過程中，施工單位和政府主管部門要對施工單位、監(jiān)理單位和設(shè)計單位進行定期的監(jiān)理和檢查。將各種問題進行匯總，并標準化地制定相應(yīng)的控制措施，防止問題進一步擴大，對基坑的安全造成很大的影響[5]。另外，有關(guān)單位應(yīng)主動引入第三方的監(jiān)測機構(gòu)，對基坑的變形進行全方位的監(jiān)控，以避免支護結(jié)構(gòu)的變形。同時，根據(jù)基坑工程的特點，制定一套完整的應(yīng)急預案。要定期進行搶險救災(zāi)演習，同時要對工程施工現(xiàn)場的安全問題進行調(diào)查，從而對各種安全事故進行有效的控制。

4.5 進行支護設(shè)計的實驗研究

有關(guān)部門應(yīng)主動將各種現(xiàn)代設(shè)計方法與巖土工程的深基坑支護設(shè)計相結(jié)合。在多個學科的支持下，對既有建筑技術(shù)方案進行虛擬仿真。在實際應(yīng)用過程中，充分利用 BIM軟件的應(yīng)用價值，將基礎(chǔ)支護數(shù)據(jù)進行標準化導入，并對其合理狀況進行有針對性的評估。在該技術(shù)的應(yīng)用中，可以為支護作業(yè)的展開提供立體的指導。在設(shè)計階段，通過對建筑環(huán)境的多種情況進行仿真，判定其是否可行；在仿真過程中，如果遇到了比較嚴重的風險問題和技術(shù)問題，就必須對設(shè)計進行適當?shù)恼{(diào)整，從而提高實施方案的可行性，減少各種風險問題的發(fā)生幾率。通過對該技術(shù)的有效利用，可以使支護設(shè)計方案的實施效果得到全面的提高。在技術(shù)上，要對工程施工費用進行集中控制，節(jié)省大量的資源。

5 結(jié)束語

綜上所述，近幾年來，我國的基建工程規(guī)模越來越大，城鎮(zhèn)化的速度也越來越快。巖土工程中存在著許多復雜的問題，這些問題已成為未來巖土工程建設(shè)中必須面對的重大課題。為了提高施工質(zhì)量，有必要對這些問題進行歸納和總結(jié)。在目前的深基坑施工過程中，需要建設(shè)、勘察、監(jiān)理、設(shè)計等多方參與，對工程施工進行多方面的研究。通過加強各參與部門的交流與配合，使巖土深基坑工程的施工任務(wù)得以有效地完成，為以后的主體工程建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)。