地基施工论文范文软土地基深基坑支护技术探讨

　　近十几年来随着经济的快速发展，高层超高层建筑、城市地铁、地下车站等快速建设，基坑开挖的规模不断扩大，深度不断增加。由于城市建筑密集，往往需要在狭窄的场地上进行深基坑的开挖，有时稍有不慎,便会造成工程事故，甚至带来灾难性的后果。而基坑支护是为满足地下结构的施工要求及保护基坑周边环境的安全，对基坑侧壁采取的支挡、加固与保护措施,保证坑底稳定。为了在基坑支护工程中做到技术先进，经济合理，确保基坑边坡、基坑周边建筑物、道路和地下设施的安全，应综合场地工程地质与水文地质条件、地下室的要求、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境和周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素，因地制宜地选择合理的支护结构形式。

　　摘要：随着经济的飞速发展，建筑向着大型化、高层化快速的发展，大量大型建筑、高层建筑拔地而起，日益增多。于是深基坑的施工安全技术的重要性日益凸显，尤其是软土地基深基坑支护技术更应引起重视。本文主要探讨了软土地基深基坑支护的土压力、支护结构的计算方法及软土地基深基坑支护结构中防水、排水措施。

　　关键词：软土地基,深基坑,支护技术,支护结构,措施

　　一、软土地基深基坑支护的土压力

　　1、土强度指标的选择

　　土的抗剪强度指标Ｃ，与土的固结度有密切的关系，土的固结过程就是土中孔隙水压力的消散过程，对于同一种土，在不同排水条件下进行试验，可以得出不同的抗剪指标Ｃ和φ，故试验条件的选取应尽可能反映地基土的实际工作状态。在基坑支护设计中应采用三轴试验的指标，才能保证选取参数值的客观性和准确性。对于黏性土，计算围护结构背后由自重应力而产生主动土压力采用三轴试验的固结不排水剪的指标与实际工作状态较致，但由地面临时荷载而产生的土压力，通常采用三轴不排水剪指标较合理。特别对于软黏性土，最好采用现场十字板的原位测试方法确定Ｃ和φ，因为室内试验的扰动影响太明显，强度指标偏低，使设计过于保守。计算基坑内被动土压力时，一般宜采用三轴固结不排水剪。对于砂土，由于排水固结迅速，对于任何情况，均可采用排水剪指标，或采用固结不排水剪经孔隙水压力修正后的Ｃ和φ值来计算土压力。

　　2、水土压力的合算与分算

　　按照有效应力原理，可知“土、水压力分算”比“土、水压力合算”概念要清楚。但由于要测得有效应力强度指标，一般试验难以做好，而且水、土压力合算法在一些软黏土地区的临时性开挖工程中土压力计算值与实测值较为符合。土在有水作用时，墙后土压力主要是水、土压力共同作用的结果，在未搞清水、土耦合效应的前提下，水、土压力合算是一个包含一定的实践经验的综合方法，对工程实践来说是有利的、为搞清墙后土体在水、土共同作用下的破坏机理，进行水、土压力分算，是符合系统科学原理的方法。

　　二、地基深基的支护结构计算方法

　　1、静力平衡法

　　静力平衡法亦称自由端支承法，该法假定围护结构是刚性的，并可绕支撑点转动。围护结构的前侧产生被动土压力，后侧产生主动土压力。静力平衡法适用于围护结构的入土深度不太深即底端非嵌固的情况，此时围护结构由于土压力的作用而达到极限平衡状态。利用墙前后土压力的极限平衡条件来求插入深度、结构内力等。

　　2、等值梁法

　　单支撑（锚拉）埋深板桩计算，将其视为上端简支、下端固定支承，变形曲线有一反弯点，一般认为该点弯矩值为零，于是可把挡土结构划分为两段假想梁，上部为简支，下部为一次超静定结构，其弯矩图不变，该法称为等值梁法。实践表明，等值梁法计算板桩是偏于安全的，实际设计计算常将最大弯矩予以折减，折减经验系数为0.6～0.8，一般取0.74。等值梁法基于极限平衡状态理论，假定支挡结构前后受极限状态的主被动土压力作用，不能反映支挡结构的变形情况，亦即无法预先估计开挖对周围建筑物的影响，故一般仅作支护体系内力计算的校核方法之一。

　　3、弹性地基梁的m法

　　基坑工程弹性地基梁法取单位宽度的挡墙作为竖直放置的弹性地基梁，支撑简化为与截面面积、弹性模量和计算长度等有关的二力杆弹簧。弹性地基梁法中土对支挡结构的抗力（地基反力）用土弹簧模拟，地基反力的大小与挡墙的变形有关，即地基反力由水平地基反力系数同该深度挡墙变形的乘积确定。即f=mzy，其中：f为土对支挡结构的水平地基反力，kN/㎡；z为计算深度，m；y为计算点处挡墙的水平位移I＂11。弹性地基梁的m法优点是考虑了支护结构与土体的变形协调。工程实践表明，在软土中的悬臂桩支护计算采用m法，计算位移与实测位移有很大差异，实测位移是计算值的好几倍。这说明桩后土体变形已不再属于弹性范围。另外，m法无法直接确定支护结构的插入深度，通常假定试算有很大的随意性，有时桩底落在软弱土层中，还需经验来修正。

　　4、弹塑有限元法

　　有限单元法作为今后基坑支护设计计算的发展方向，它的优点是考虑了土体与结构的变形协调，而且可以得出塑性区的分布，从而判断支护结构的总体稳定性。但选取合理的本构模型与计算参数，以及塑性区范围与稳定性之问的定量关系均缺乏经验。目前，随着计算机技术及系统科学的发展，为有限单元法的完善提供了更有利的工具。在结构计算方面，建立了能考虑基坑围护结构和土压力的空间非线性共同作用理论及其计算方法，并编成程序，方便高效地完成基坑围护工程的计算。

　　三、地基基坑支护体系的选择原则

　　支护体系的选用原则是安全、经济、方便施工，选用支护体系要因地制宜。

　　安全不仅指支护体系本身安全，保证基坑开挖、地下结构施工顺利，而且要保证邻近建（构）筑物和市政设施的安全和正常使用。

　　经济不仅是指支护体系的工程费用，而且要考虑工期，考虑挖土是否方便，考虑安全储备是否足够，应采用综合分析，确定该方案是否经济合理。

　　方便施工也应是支护体系的选用原则之一。方便施工可以降低挖土费用，而且可以节省工期、提高支护体系的可靠性。

　　一个优秀的支护体系设计，要做到因地制宜，根据基坑工程周围建（构）筑物对护体系变位的适应能力，选用合理的支护型式，进行支护结构体系设计。相同的地质条件，相同的挖土深度，允许围护结构变位量不同，满足不同变形要求的不同的支护体系的费用相差可能很大。优秀的设计，应能较好地把握支护结构安全变位量，使支护体系安全，周围建筑物不受影响，费用又小。

　　支护体系一般为施工过程中临时构筑物，设计中不宜采用较大的安全系数，但适当的安全储备还是需要的。安全系数取1.0，对一个工程不一定出问题；但宏观地看，对一个地区，工程事故数量就可能不少。从安全与经济两方面考虑，可以在采用较小的安全储备条件下，在施工过程中加强监测，并备有应急措施，以保证在事故苗头出现时，采取措施，确保安全施工。

　　一般讲，软粘土地基中基坑工程要侧重处理支护体系围护结构的稳定性问题，或者说处理好挡土问题；地下水位较高的砂性土地基中基坑工程要侧重处理好水的问题，如何降低地下水位，如何设置好止水帷幕，软粘土地基中基坑工程支护体系失稳往往是支护结构失稳。引起支护结构失稳的原因很多，有设计方面的原因，也有施工方面的原因，也有对地质条件了解不清楚的原因。但原理性错误，也经常遇到。渗透性较大的地基中基坑工程支护体系失败往往是水的问题未处理好。要根据地基土质情况合理选用支护体系。

　　四、软土地基基坑止水、降水体系和排水措施

　　1、为了保证土方开挖和地下室施工处于“干”状态，常需要通过降低地下水位或配以设置止水帷幕使地下水位在基坑底面0.5～1.0m以下。降低地下水位也有利于基坑围护结构的稳定性，防止流土、管涌、坑底隆起引起破坏。对于渗透性很小的地基也可既不降低地下水位也不设置止水帷幕，在基坑开挖过程中产生的少量积水采用明沟排水处理。

　　水泥土重力式围护结构、地下连续墙围护结构和冻结法围护结构本身又是止水帷幕；而排桩墙围护结构等则需要另外设置止水帷幕以共同形成挡土和挡水的基坑围护体系。

　　目前在基坑工程中应用较多的止水惟幕有三种形式：深层搅拌法水泥土止水帷幕，高压喷射注浆法水泥土止水帷幕和素混凝土地下连续墙止水帷幕。

　　除设置竖向止水推幕外有时还需设置水平向止水帷幕，以防止流土、坑底隆起等造成破坏。当有承压水时，更应重视。

　　降低地下水位常采用井点降水。常见的有单（多）层轻型井点，喷射井点和深井井点降水等。

　　2、止水帷幕及适用条件

　　为了表明水泥掺合量为10%的水泥土渗透系数比原状土渗透系数小两个数量级以上，在基坑围护体系中常采用水泥土止水帷幕截水。深层拌搅拌法水泥土止水帷幕视土层条件可采用一排、两排、或数排水泥搅拌桩相互叠合形成。相邻水泥搅拌桩可搭接100mm左右。深层搅拌法水泥土止水帷幕适用于粘土、淤泥质土和粉土地基高压喷射注浆法水泥土止水帷幕一般有两种形式：单独形成止水帷幕，采用单排旋喷桩相互搭接形成；或采用摆喷法形成：与排桩共同形成止水帷幕。高压喷射注浆法水泥土止水帷幕适用于粘土、淤泥质土、粉土、砂土及碎石土等地基。

　　3、采用深层搅拌法形成竖向水泥土止水帷幕比采用高压喷射注浆法费用低，故能采用深层搅拌法形成水泥土止水帷幕的应优先考虑。高压喷射注浆法的优点是透用范围广。有时也采用素混凝土地下连续墙止水帷幕，常采用冲水成槽，素混凝土地下连续墙壁厚常为200～300mm。有的基坑工程需封堵坑底以下的地下水，防止地下水冲破基坑底部土层涌人基坑或出于抗浮问题的考虑，就需设置水平向止水帷幕。水平向止水帷幕常采用高压喷射注浆法或深层搅拌法形成。若基坑内已有工程桩，因深层搅拌无法与工程桩密贴，故不能采用深层搅拌法。根据坑底浮力、或承压水的顶托力、整体稳定、抗坑底隆起分析确定封底水泥土厚度。

　　4、降、排水措施及适用条件

　　在基坑工程中，通过降、排水，使基坑土方开挖过程中，地下水位保持在基坑底以下0.5～1.0m。若有承压水，应使深部承压水不致引起坑底突涌破坏。在降、排水过程中应不影响邻近建筑物及地下管线的正常使用。降水措施常用并点降水。并点降水可根据基坑范围、开挖深度、工程地质条件、环境条件等合理选择井点类型。常用井点类型有单（多）层轻型井点、喷射井点、深并井点和电渗法。

　　五、结束语

　　在处理软土地基时，应认真进行调查，重视施工过程中的动态观测，随时进行调整。软土地基的处理一定要遵照“因地制宜、综合考虑”的原则进行。在基坑开挖与支护领域中，人们已应用各种手段和技术措施，集中解决了一个又一个工程问题和难题。只有不断的提高软土地基处理技术，才能保证地基施工的顺利实施，从而加快工程的建设进度。

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