对岩土工程的深基坑支护分析

　　摘要：作者结合自己的经验对深基坑支护类型的总结，深基坑支护技术是岩土工程中特殊土质道路施工过程常常遇见的问题。根据不同的基坑深度、地质、环境与荷载情况采用不同的支护结构,常见的深基坑支护结构类型作出分析
　　关键词：深基坑；支护系统设计;施工技术
　　
　　
　　1深基坑支护的类型
　　1．1深基坑支护系统
　　各种建筑物与地下管线都要开挖基坑，一些基坑可直接开挖或放坡开挖，但当基坑深度较深，周围场地又不宽时，一般都采用基坑支护，过去支护比较简单，也就是钢板桩加井点降水，一般能满足基坑安全施工，而对于深基坑已不能满足要求，近几年来随着基坑深度和体量的增大，支护技术也有了较大进展，按功能分常用的有以下一些
　　(1)支撑系统：常用的有钢管与型钢内支撑、钢筋混凝土内支撑、钢与钢筋混凝土组合支撑。其功能是支承围护结构侧力与限制围护结构位移。
　　(2)挡水系统：常用的有深层水泥搅拌桩、旋喷桩、压密注浆、地下连续墙、锁口钢板桩。其功能是阻挡坑外渗水。
　　(3)挡土系统：常用的有钢板桩、钢筋混凝土板桩、深层水泥搅拌桩、钻孔灌注桩、地下连续墙。其功能是形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力。
　　1．2深基坑必须进行支护设计
　　根据不同的基坑深度、地质、环境与荷载情况采用不同的支护结构。常见的深基坑支护结构类型及其适用范围为：
　　(1)深层搅拌桩支护。它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂通过深层搅拌机械，将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体(水泥土搅拌桩)，利用搅拌桩作为基坑的支护结构。水泥搅拌桩适宜于各种成因的饱和粘性土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等，加固深度可从数米至50～60m。由于其抗拉强度远小于抗压强度，故常适用于基坑深度不大(5～7m)、可采用重力式挡墙结构形式的基坑。这种支护结构防水性能好，可不设支撑，基坑能在开敝的条件下开挖，具有较好的经济效益。
　　(2)排桩支护。排桩包括钢板桩、钢筋混凝土板桩及钻孔灌注桩、人工挖孔桩等，其支护形式包括：①柱列式排桩支护：当边坡土质较好、地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀疏的钻孔灌注桩或挖孔桩作为支护结构；②连续排桩支护：在软土中常不能形成土拱，支护桩应连续密排，并在桩间做树根桩或注浆防水；也可以采用钢板桩、钢筋混凝土板桩密排。③组合式排桩支护：在地下水位较高的软土地区，可采用钻孔灌注桩排桩与水泥搅拌桩防渗墙组合的形式。对于开挖深度小于6m的基坑，在无法采用重力式深层搅拌桩的情况下，可采用ф600mm密排钻孔桩，桩后用树根桩防护，也可采用打入预制混凝土板桩或钢板桩，板桩后注浆或加搅拌桩防渗，顶部设圈梁和支撑；对于开挖深度为6～10m的基坑，常采用800～1000mm的钻孔桩，后面加深层搅拌桩或注浆防水，并设置2～3道支撑；对于开挖深度大于10m的基坑，可采用地下连续墙加支撑的方法，也可采用8O0～1000mm大直径钻孔桩加深层搅拌桩防水，设置多道支撑。
　　(3)地下连续墙支护。当在软土层中基坑开挖深度大于10m、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求较高时常采用地下连续墙作基坑的支护结构。地下连续墙具有如下优点：①墙体刚度大、整体性好，因而结构和地基变形较小，可用于超深的支护结构；②适用于各种地质条件，特别是遇到砂卵石地层或要求进入风化岩层时，钢板桩难于施工，可采用地下连续墙支护；③可减少工程施工时对环境的影响，但是造价高、对废浆液难于处理。
　　(4)土钉墙支护。土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密的细长杆件钉置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体，利用复合土体的自稳达到支护目的。土钉墙支护必须自始至终做到施工及现场监测相结合，根据施工中出现的情况和监测数据，及时反馈修改设计，并指导下一步施工。常用于开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护，具有施工快捷简便、经济可靠的特点，得到广泛的应用。
　　2存在的常见问题
　　深基坑工程支护技术虽取得了不少成功的经验，但仍存在一些问题。深基坑工程支护施工过程中常常存在的问题主要有以下几种：
　　2．1土层开挖和边坡支护不配套
　　常见支护施工滞后于土方施工很长一段时间，而不得不采取二次回填或搭设架子来完成支护施工，一般来说，土方开挖技术含量相对较低，工序简单，组织管理容易。而挡土支护的技术含量高，工序较多且复杂，施工组织和管理都较土方开挖复杂。所以在施工过程中，大型工程均是由专业施工队来分别完成土方和挡土支护工作，而且绝大部分都是两个平行的合同。这样在施工过程中协调管理的难度大，土方施工单位抢进度，拖工期，开挖顺序较乱，特别是雨期施工，甚至不顾挡土支护施工所需工作面，留给支护施工的操作面几乎是无法操作，时间上也无法完成支护工作。
　　2．2边坡修理达不到设计、规范要求
　　常存在超挖和欠挖现象，一般深基础在开挖时均使用机械开挖、人工简单修坡后即开始挡土支护的砼初喷工序。而在实际开挖时，由于施工管理人员不到位，技术交底不充分，分层分段开挖高度不一，机械操作手的操作水平等因素的影响，使机械开挖后的边坡表面平整度，顺直度极不规则，而人工修理时不可能深度挖掘，只能就机挖表面作平整度修整，在没有严格检查验收就开始初喷，故出现挡土支护后超挖和欠挖现象。
　　2．3成孔注浆不到位、土钉或锚杆受力达不到设计要求
　　深基坑支护所用土钉或锚杆钻孔直径为ф100～150mm的钻杆成孔，孔深少则五、六米，深则十几米，甚至二十多米，钻孔所穿过的土层质量也各不相同，钻孔如果不认真研究土体情况，往往造成出渣不尽，残渣沉积而影响注浆，有的甚至成孔困难、孔洞坍塌，无法插筋和注浆。再者注浆时配料随意性大、注浆管不插到位、注浆压力不够等而造成注浆长度不足、充盈度不够，而使土钉或锚杆的抗拔力达不到设计要求，影响工程质量，甚至要做再次处理。还有一些其他的原因，比如施工过程与设计的差异太大、工程监理不到位、施工监测不力等。
　　3深基坑技术的发展趋势
　　(1)基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。因此，从工期和造价的角度看两墙合一的逆作法将是今后发展的主要方向。但逆作法施工受桩承载力的限制很大，采用逆作法时不能采用一柱一桩，而是一柱多桩，增加了成本和施工难度。如何提高单桩承载力，降低沉降，减少中柱桩(中间支承柱)，达到一柱一桩，使上部结构施工速度可以放开限制，从而加快进度，缩短总工期，这将成为今后的研究方向；
　　(2)土钉支护方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土；
　　(3)目前，在有支护的深基坑工程中，基坑开挖大多以人工挖土为主，效率不高，今后必须大力研究开发小型、灵活、专用的地下挖土机械，以提高工效，加快施工进度，减少时间效应的影响；
　　(4)为了减少基坑变形，通过施加预应力的方法控制基坑底部或对被动区土体进行加固，也将成为控制变形的有效手段被推广；
　　(5)为减小基坑工程带来的环境效应(如因降水引起的地面附加沉降)，或出于保护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外，一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。目前，已有将水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中的实例；
　　(6)在软土地区，为避免基坑底部隆起，造成支护结构水平位移加大和邻近建(构)筑物下沉，可采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固，即提高支护结构被动区土体的强度的方法。
　　4结束语
　　在国民经济持续高速增长的形势下，全国工程建设亦突飞猛进，为了保证建筑物的稳定性，建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求。建筑高度越高，其埋置深度也就越深，对基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多，这给建筑施工、特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难。
　　
　　参考文献
　　［1］中国科学技术研究院<建筑基坑支护技术规程>(JGJ120-99)[S].北京:中国建筑工业出版社,1999.
　　［2］陈仲颐,叶书麟.基础工程学[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.
　　［3］刘建航,厚学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.