内支撑技术在深基坑支护设计中的应用

　　摘要：针对场地工程地质条件、基坑性质和周边环境，作者提出了人工挖孔灌注桩、钻孔灌注桩和地下连续墙等几种不同的基坑支护设计方案。在对上述方案进行技术、经济与工期比较的基础上，作者选择了人工挖孔桩加内支撑这种具有代表性的方案。根据对排桩及内支撑的受力分析，选择了两层钢管支撑，并用水泥土挡墙作为止水帷幕。
　　关键词：深基坑，内支撑，止水帷幕
　　
　　近几年来，在建筑物密集地区的建筑工程越来越多。由于受空间场地的限制，这些工程的基坑往往无法采用常用的锚杆支护，所以相应地就有了深基坑内支撑技术。深基坑内支撑技术在我国沿海地区比如上海、广东等地应用较多也比较成功。内支撑体系按材料种类可分为现浇混凝土支撑体系钢支撑体系两类，但其布置形式千差万别，是基坑设计中一项富有创造性的、技术要求很高的工作。内支撑体系的设计需要考虑很多因素，综合起来有：
　　(1)能够因地制宜合理选定支撑材料和支撑体系布置形式，使其综合技术指标得以优化；
　　(2)支撑体系受力明确，充分协调发挥各种杆件的力学性能，安全可靠，经济合理，能够在稳定性和控制变形方面满足对周围环境保护的设计标准要求；
　　(3)支撑体系布置能在安全可靠的前提下，最大限度地方便土方开挖和主体结构快速施工要求。
　　韶冶4＃污水池深基坑工程采用了钢结构内支撑技术。本文详细地介绍了该工程，并针对以上内支撑体系设计需要考虑的几个因素对内支撑的设计、施工提出了一些意见。
　　
　　1.工程概况
　　韶冶4＃污水池基坑工程位于韶关市冶炼厂内东排水口附近，宽10m,长约20m，形状比较规则。东面距基坑2.0m处为冷却塔；西边距基坑7.5m左右为水泵房；东北侧为一厕所，化粪池深约2.0m；南面距基坑2m左右为加工车间，基础埋深及类型不详；基坑西南面2.26m为废渣池，可能有废水渗漏。基坑内地面下5.0m处有两条相交的排污管通过，管径约800cm。
　　该工程场地属于石灰岩风化剥蚀丘陵沟谷带，各土层以及其物理力学性质参数见表1。
　　其中地下水位埋深2.0m，属潜水，地下水质对砼无侵蚀性。
　　中风化石灰岩承载力较高，可以作为基础的良好持力层。
　　
　　2.支护桩方案选择
　　桩墙－内支撑支护技术，由排桩或排桩加止水帷幕、地下连续墙组成的挡土结构和按基坑平面设计的内支撑体系，是软土地区应用最多的一种深基坑支护形式。根据基坑周围土质、
　　表1土层物理力学性质参数

　　
　　开挖深度可设置成单层或多层的支护结构，一般用工具式钢构件或钢筋混凝土构架形成对撑、角撑、水平桁架或拱圈等，以保持深基坑开挖时的边坡稳定。本工程考虑三种方案。
　　2.1人工挖孔灌注桩
　　采用密排人工挖孔灌注桩，加上在桩间增设注浆桩，组成一种挖孔挡土挡水连续墙，简称灌注挡墙，并且在灌注桩顶增设钢筋混凝土圈梁。采用这种方法施工，周围房屋和地下管线不受影响，安全可靠，对于建筑密集地区而基坑深度不太深的工程最为适用。施工工期短，可按施工进度要求分组同时作业，若干根桩孔齐头并进。
　　2.2钻孔灌注桩
　　这种桩先用机钻钻孔，取出桩位上的土，然后灌注混凝土成桩。这种方法的优点是可以避免捶打的噪音和震动。采用这种方法施工，周围房屋和地下管线不受很大的影响，安全可靠，对于建筑不太密集地区而基坑深度较浅的工程最为适用。施工速度快，能够保证工期。
　　2.3地下连续墙
　　刚度大，有很好的挡土效果，并且能够同时起到止水的作用，但是费用高，基坑深度少于10.0m，采用这种支护方案并不合理，而且施工速度较慢，不一定能够保证工期。
　　本着“安全、经济”的原则，本工程选用人工挖孔灌注桩作为挡土结构。
　　由于场地孔隙潜水主要赋存于一、二层中，下部为良好的隔水层，埋深约为-9.8m～-17.5m左右，垂直向渗透系数极小。其下的土层也都为弱～不透水层，故可将北边靠建筑物侧水泥土桩的桩顶标高设计为0.0m，伸入土层中形成落底式止水帷幕。此方法的基坑渗水量小，可使用明沟排水，施工技术简单，经济合理。故选用水泥土挡墙截水。
　　从支撑受力时间、适应性、材料重复利用性、稳定性以及结合现场情况等，选用钢管材料作为内支撑结构。
　　
　　3.基坑设计
　　韶冶4#污水池基坑深10.0m，宽10.0m，长30.0m。基坑设计结合土层、地下水情况、支护桩设计及当地施工经验，提出支护桩配合两层刚结构内支撑的支护体系。
　　支护桩设计：采用φ1200钢筋混凝土灌注桩，桩间距1.8m，桩顶相对标高0.0m，南北两侧桩长18.5m，东西两侧18.0m。
　　按等值梁法求得南北两侧支护桩最大弯矩为，按均匀配筋计算；东西两侧支护桩最大弯矩为，按均匀配筋计算。
　　钢支撑设计：横撑及斜撑均选用钢管，围檩选用2根型钢。首层支撑标高-2.0m，第二层支撑标高-6.3m。钢支撑结构形式及布置见图1和图2。
　　
　　
　　图1首层钢支撑结构平面布置示意图
　　
　　图2钢支撑结构立面布置示意图
　　
　　4.基坑监测
　　监测内容主要包括：自然环境监测；支护位移、沉降监测及周边环境监测；水位观测；桩内力和支撑轴力监测等。现从基坑支撑轴力监测结果说明基坑的安全性：
　　根据支撑轴力，绘制基坑支撑轴力变化图（从中选取第三道支撑和第五道支撑），如下所示：
　　
　　图3第三道支撑轴力图
　　
　　图4第五道支撑轴力图
　　从支撑轴力监测结果以及所绘制的支撑轴力变化趋势线上，可以看出，第三道支撑轴力在4月18日已经趋于稳定，第五道支撑轴力在4月19日已经达到稳定状态，其后的监测结果在一定的范围内波动，除却误差的影响，温度应该是另一个重要的影响因素。其他的监测项目的结果也验证了这些数据的准确性。支撑的轴力在钢管支撑强度的允许范围内，说明钢管支撑的设计是比较合理的，能够保证基坑的安全。
　　
　　5结束语
　　（1）基坑开挖是一个动态过程，钢支撑的各杆件在开挖过程中受力转换以及土压力的协同作用方面目前尚无一完善的理论，也缺乏这一方面的设计经验，所以在钢支撑的布置方面，设计时是偏于保守考虑的；
　　（2）钢结构内支撑技术适合于建筑密集地区的深基坑支护中，不仅安全、工期短，而且钢结构可以重复使用，造价也比较低；
　　（3）目前对局部超载、土压力、钢支撑各杆件之间的相互关系及随基坑开挖的力的转换尚缺乏完善的计算方法。应当加强这方面的研究；
　　（4）深基坑内支撑技术的使用过程中一定要加强监测工作，随时反馈信息以便及时处理。
　　
　　参考文献
　　[1]中航勘察设计研究院、秦四清等著.深基坑工程优化设计。北京：地震出版社，1998
　　[2]滕智明，朱金铨编，钢筋混凝土结构及砌体结构，上册。北京：中国建筑工业出版社，1994        发表论文网