蒲德林

【摘要】結合近年來一些深基坑支護設計與施工，概述了較成熟的深基坑支護類型及適應范圍，簡述了深基坑設計理論及其存在的一些問題，對深基坑支護工程今后的技術應用進行了探討，以期進一步完善深基坑支護技術。
關鍵詞：深基坑　支護類型　土壓力　支護結構　地下水　動態設計　施工
引言
基坑支護是一種特殊的結構方式,一般由上到下進行施工設計。一般由對相鄰建筑物有利的省材結構以及結構在地面處的極限位移確定。支護具有很多功能,能應用于所有主要建筑物的附屬結構之中。盡管支護結構很重要,但在項目規劃中其設計和建造卻經常被忽視,從而導致工程不得不承受延期以及設計變更帶來的巨額開銷�？紤]周全的規劃,安全的設計方案以及施工方法多樣且具有創新的工程結構都能夠改善建筑物的安全性,同時還能節省施工時間和工程費用。
一、深基坑工程的技術要求：
1、深基坑工程的功能要求
    （1）擋土功能
    （2）止水功能
    （3）作為地下結構外墻的使用功能
2、環境保護與處理相鄰關系的要求
    （1）控制圍護結構位移和坑底隆起對環境的影響
    （2）控制降低地下水位對環境的影響
    （3）控制土錨對相鄰場地的影響
二、基坑工程的特點
基坑工程不僅需要巖土工程的知識,也需要結構工程的知識,是一項綜合性很強的系統工程,它需要巖土工程與結構工程技術人員密切配合。基坑工程涉及土力學中穩定、變形及滲流3個基本課題,三者熔融在一起,需要綜合處理;同時,基坑開挖勢必引起周圍地基中地下水位的變化和應力場的變化,導致周圍地基土體的變形,對相鄰建筑物、構筑物地下管線產生影響。該設計主要研究深基坑工程的支護結構,故主要列出了深基坑工程的主要特點：
(1)建筑傾向高層化,基坑向大深度方向發展。
(2)基坑開挖面積大,長度與寬度有的達數百米,給支撐體系帶來了較大的難度。
(3)在軟弱的土層中,基坑開挖會產生較大的位移和沉降,對周圍建筑物、市政建設和地下管線造成影響。
(4)深基坑施工工期長,場地狹窄,降雨、重物堆放等對基坑穩定性不利。
(5)在相鄰場地的施工中,打樁、降水、挖土及基礎澆注混凝土等工序會相互制約與影響,增加協調工作的難度。
三、深基坑支護的土壓力
土強度指標的選擇土的抗剪強度指標C，與土的固結度有密切的關系，土的固結過程就是土中孔隙水壓力的消散過程，對于同一種土，在不同排水條件下進行試驗，可以得出不同的抗剪指標C和，故試驗條件的選取應盡可能反映地基土的實際工作狀態。在基坑支護設計中應采用三軸試驗的指標，才能保證選取參數值的客觀性和準確性。對于黏性土，計算圍護結構背后由自重應力而產生的主動土壓力采用三軸試驗的固結不排水剪的指標與實際工作狀態較致，但由地面臨時荷載而產生的土壓力，通常采用三軸不排水剪指標較合理。特別對于軟黏性土，最好采用現場十字板的原位測試方法確定c和妒，因為室內試驗的擾動影響太明顯，強度指標偏低，使設計過于保守。計算基坑內被動土壓力時，一般宜采用三軸固結不排水剪。對于砂土，由于排水固結迅速，對于任何情況，均可采用排水剪指標，或采用固結不排水剪經孔隙水壓力修正后的c，值來計算土壓力。
四、土壓力計算理論及方法
1．試驗結果證實了太沙基理論的定性結論，土壓力大小取決于位移的大小和位移方向。
2．實測結果表明，當變形小于5％H(H為開挖深度)時，被動土壓力仍然能得到充分發揮，所以說，對于深基坑工程的實際變形情況而言，套用一些經驗的位移指標來判斷墻前土體是否達到被動極限狀態，是有局限性的。
3．在黏性土上的許多基坑支護工程，護坡樁鋼筋強度未完全發揮，實際鋼筋應力還低于鋼筋的設計強度，造成很大浪費，而造成鋼筋應力低的原因主要是計算土壓力大于實際土壓力。實驗還表明，把基坑支護結構視為平面不合理，因為基坑工程的“角效應”即土壓力的空間效應，對墻體位移有明顯的抑制作用。利用這種空間效應可以在兩邊折減樁數或減少配筋量。
五、常用支護類型及支護結構
1.支護類型
（1）土釘墻支護。（2）攪拌樁支護。（3）柱列式灌注樁、排樁支護。（4）內支撐和錨桿支護。（5）鋼板樁支護。（6）地下連續墻。
2.支護結構
（1）圍護結構的受力性能與材料密切有關。
（2）用水泥攪拌樁做成的壩體是剛性自立式的。
（3）用鋼材或鋼筋混凝土制成的圍護結構是柔性的，一般需要采用支錨體系來維持其穩定。
（4）但鋼筋混凝土地下連續墻也可以做成重力式圍護結構。
（5）水泥攪拌樁可以加勁性的型鋼成為柔性的圍護結構（SMW工法），也可以用作柔性的排樁式圍護結構的止水帷幕。
1、放坡
       （1）特點：
             1）施工簡單易行。
               2）深度宜在5m以內。
               3）占地面積大。
               4）造價低廉。
       （2）構造：
              1）根據土層選擇穩定坡度。
               2）坡頂、坡腳設置排水溝。
               3）必要時采用噴射混凝土護面并埋設排水管。
               4）基坑底部設置集水坑抽水。
2、排樁：
    （1）特點：
              1）適用面廣，1～3級基坑均可使用。
              2）配合錨桿使用，深度幾乎不受限制。
              3）截水性能好。
              4）懸臂長度不宜大于5m（軟土）。
              5）可用人工挖孔或機械鉆孔。
              6）造價稍高。
（2）構造：
            1）樁體：直徑不小于600mm（人工挖孔不小于800mm）。
              2）冠梁：高度不小于400mm。
              3）混凝土等級C20以上。
              4）腰梁：可設多道。
              5）樁間采用C20以上混凝土填充，或掛網噴射混凝土，并埋設排水管。
              6）錨桿。
錨桿：
A、垂直距離不小于2m，水平距離不小于1.5m。
B、錨桿錨固體上覆土厚度不宜小于4m。
C、錨桿傾角宜15˚~25˚，不得大于45˚。
D、錨桿錨固體宜采用水泥漿或水泥砂漿，強度不宜低于M10。
E、錨桿自由段長度不宜小于5m，并應超過潛在滑裂面1.5m。
F、錨桿錨固體長度不宜小于4m。
G、一級和缺乏經驗的二級基坑側壁必須按規定作錨桿試驗。
六、支護結構計算方法
支護結構的計算方法很多，有：靜力平衡法，等值梁法，彈性地基梁的m法，彈塑有限元法等等。在此介紹常用的一種情況下的算法，彈性地基梁的m法：
基坑工程彈性地基梁法取單位寬度的擋墻作為豎直放置的彈性地基梁，支撐簡化為與截面面積、彈性模量和計算長度等有關的二力桿彈簧。彈性地基梁法中土對支擋結構的抗力(地基反力)用土彈簧模擬，地基反力的大小與擋墻的變形有關，即地基反力由水平地基反力系數同該深度擋墻變形的乘積確定。即f=mzy，其中，．f為土對支擋結構的水平地基反力，kN／m2；為比例系數，kN／m4；為計算深度，m；為計算點處擋墻的水平位移m。彈性地基梁的m法優點是考慮了支護結構與土體的變形協調。工程實踐表明，在軟土中的懸臂樁支護計算采用m法，計算位移與實測位移有很大差異，實測位移是計算值的好幾倍。這說明樁后土體變形已不再屬于彈性范圍。另外，m法無法直接確定支護結構的插入深度，通常假定試算有很大的隨意性，有時樁底落在軟弱土層中，還需經驗來修正。
七、建筑基坑支護技術規程（JGJ129-99）、適用條件以及安全規范
技術規范
結構形式 適用條件
排樁或地下連續墻 1）適用于1、2、3級基坑；2）懸臂式結構在軟土中不宜大于5m；3級基坑為主；3）地下水位高于坑底時，應采用降水、截水、或地下連續墻；
水泥土墻 1）基坑等級為2、3級；2）水泥土樁施工范圍內軟土地基承載力不宜大于150kPa；3）基坑深度不宜大于6m。
土釘墻 1）基坑等級為2、3級的非軟土場地（否則用復合土釘支護）； 2）基坑深度不宜大于12m（實踐中已突破此范圍），否則應采用復合土釘支護（結合放坡、微型樁、攪拌樁、預應力錨桿等）。 3）地下水位高于坑底時，應采用降水、截水措施。
逆作拱墻 1）基坑等級為2、3級； 2）淤泥和淤泥質土場地不宜；3）拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/8；4）基坑深度不宜大于12m；（實踐中已突破此范圍）
5）地下水位高于坑底時，應采用降水、截水措施。
放坡 1）基坑等級為宜為3級； 2）施工場地應滿足放坡條件；3）可獨立或與其他支護方法聯合使用；4）地下水位高于坑底時，應采用降水措施。
  可組合使用。

基坑安全等級
                                                         基坑等級
工程復雜等級                                   破壞后果 一級 二級 三級
很嚴重 嚴重 嚴重
基坑深度h/m ＞14 9~14 ＜9
地下水埋深/m ＜2 2~5 ＞5
軟土厚度/m ＞5 2~5 ＜2
鄰近淺基礎或重要管線距離邊壁的距離/m ＜0.5h 0.5h~1h ＞1h

注：1）工程復雜程度等級因素從一級開始，4個指標有兩個或兩個以上，即最
       先符合；
    2）破壞后果與工程復雜程度等級判定有矛盾時，按照高的級別考慮；
    3）重要管線指破壞后果嚴重或很嚴重的管線，如：煤氣管道、壓力水管道、
       影響面積大的通訊電纜等。
結束語
深基坑工程是土體與圍護結構體系相互作用的一個動態變化的復雜系統，僅依靠理論分析和經驗估計是難以把握在復雜等條件下基坑支護結構和土體的變形破壞，也難以完成可靠而經濟的基坑設計。通過施工時對整個基坑工程系統的監測，可以了解其變化的態勢，利用監測信息的反饋分析，就能較好地預測系統的變化趨勢。當出現險情預兆時，可做出預警，及時采取措施，保證施工和環境的安全；當安全儲備過大時，可及時修改設計，削減圍護措施，通過分析，可修改設計模型，調整計算參數，總結經驗，提高設計與施工水平。

參考文獻：
[1]徐至軍、趙錫紅 編 深基坑支護設計理論與技術新進展.機械工業出版社2002年4月第一版
[2]李韋洪 編 深基坑支護設計與施工[M].北京：中國建筑工業出版社 2000年7月
[3]李繼業 編 試述建筑基坑支護工程安全性影響因素[J].中國西部科技 2007年8月