深基坑工程支护技术的探讨

0 前言
　近些年来，我国城市建设的步伐不断加快,高层建筑犹如雨后春笋,并且建筑高度越来越高。同时，根据构造及使用要求,基础埋深也随之不断增加,这样就出现了大量的深基坑工程。且城市基坑工程往往处于房屋和生命线工程的密集地区,很多情况下不允许采用比较经济的放坡开挖,而需要在人工支护条件下进行基坑开挖。为了保证基坑周围的建筑物,地下管线,道路等的安全,应大力研究深基坑支护技术，以下将是笔者结合多年的工作经验，对深基坑支护技术进行的一些探讨。
1 　深基坑支护工程的结构类型
1.1 钢板桩支护
钢板桩主要应用于高层建筑深基坑的支护,这种施工技术比较简单,并且资金投入也比较少。在上海软土地区以前应用得相对多些,但由于钢板桩本身柔性较大,如果支撑或锚拉系统设置不得当,可能会导致其变形。因此，对基坑支护深度达7m以上软土地层,基坑支护不宜使用钢板桩支护,除非设置多层支撑或锚拉杆,但应考虑到地下室施工结束后钢板桩拔除时对周围地基和地表变形的影响。
1.2 地下连续墙
地下连续墙是在泥桨护壁的条件下分槽段构筑的钢筋混凝土墙体,地下连续墙最早于1950年开始应用于巴黎和米兰市的地下建筑工程,我国在20 世纪60 年代初开始应用于水坝的防渗墙,后来国内将地下连续墙用于城市深基坑的围护结构最早是广州白天鹅宾馆,现在全国各地已用得比较普遍,如地下连续墙的施工深度国内已有超过80m ,厚度达1.4m。由于地下连续墙具有整体刚度大和防渗性好,适用于地下水位以下的软粘土和砂土多种地层条件和复杂的施工环境,尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况,因此,在国内外的地下工程中得到广泛应用,并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进,地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡墙围护结构,又能作为拟建主体结构的侧墙。也可采用逆作法施工减少对环境和地面交通的影响。
1.3 柱列式灌注桩排桩支护
柱列式间隔布置包括:桩与桩之间有一定的净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。为降低工程造价和施工方便,柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度,但各桩之间,必须在桩顶浇筑较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠连结。为防止地下水并夹带土体颗粒从桩间空隙流入坑内,应同时在桩间或桩背采用高压注浆,设置深层搅拌桩,旋喷桩等措施,或在桩后专门构筑防水帷幕。灌注桩施工时无振动,对周围邻近建筑物,道路和地下管线影响危害比较少。
1.4 内支撑和锚杆
作为基坑围护结构墙体的支承,内支撑(水平横撑,角撑,斜撑等) 和锚杆(斜锚杆、锚定板拉杆等) 的作用对保证基坑稳定和控制周围地层变形极为重要。目前支护结构的内支撑,常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类,钢结构支撑多用圆钢管和大规格的型钢。为减少挡墙的变形,用钢结构支撑时可用液压千斤顶施加预应力。钢筋混凝土支撑是近几年在上海地区等深基坑施工中发展起来的一种支撑形式,它多用土模或模板随着挖土逐层现浇,截面尺寸和配筋根据支撑布置和杆件内力大小而定,它刚度大,变形小,能有力的控制挡墙变形和周围地面的变形,宜用于较深基坑或周围环境要求较高的地区。
1.5 土钉墙支护
土钉墙围护结构是边开挖基坑,边在土坡面上铺设钢筋网,并通过喷射混凝土形成混凝土面板,从而形成加筋土重力式挡墙起到挡土作用。适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土,粉土,杂填土,不适用淤泥质及地下水位下且未经降水处理的土层。
1.6 深层搅拌水泥土桩支护
深层搅拌水泥土桩是用特制的进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制拌合制成水泥土桩,相互搭接,硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙既可挡土又可形成隔水帷幕,对于平面呈任何形状,开挖深度不很深的基坑,皆可用作支护结构,比较经济。上海,江苏,浙江,福建等地的许多工程都用了深层搅拌水泥土桩支护。
1.7 施喷桩帷幕墙支护
它是钻孔后将钻杆从地基土深处逐渐上提,同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴,将水泥浆固化剂喷入地基土中形成水泥土桩,桩体相连形成帷幕墙。
2 支护结构计算方法
现有的基坑支护结构的内力变形计算的方法很多,如静力平衡法,等值梁法,连续介质有限元法以及弹性地基干系有限元法等等。静力平衡法是最常用的方法,其要点是选择一定的入土深度以满足整体稳定,搞隆起和抗渗要求的前提下用经典土力学理论计算主动土压力和被动土压力,然后对重力式刚性挡墙验算其抗倾覆,抗滑移稳定性,安全系数沿用设计规范中对普通挡土墙的规定;或者计算柔性挡墙的内力,对墙身和支锚结构进行设计。这种方法对于普通挡土墙或开挖深度不深的钢板桩是比较成熟的。但对深基坑,特别是软土中的深基坑支护结构设计就难以考虑更为复杂的条件和难以分析支护结构的整体性状。等值梁法把围护结构简化成两根梁进行计算,虽然不能准确计算围护结构的位移,是典型的强度控制设计方法,但由于其计算简单,在单支撑的基坑工程中仍然用到这一方法,随着计算简单,在单支撑的基坑工程中仍然用到这一方法,随着计算机的普及,有限元兼有广泛通用性和灵活性,可模拟复杂的施工过程,成为一种很有前途的基坑设计计算方法,但目前连续介质有限元法由于土的结构关系尚在发展中,缺乏真实反映土的应力应变关系的结构模型,以及计算参数难以准确确定,也不能准确计算出支护结构及土体的位移,目前还没有得到广泛的应用。杆系有限元法作为一种计算方法具有概念清晰,计算简单,计算参数较少,受到基坑工程设计人员的亲眯。但现有的杆系有限元法的计算参数的取值因为众多复杂因素的影响尚没有较好的计算方法,取值多凭设计者本人的经验,因而计算结果与实际差别较大,计算结果不稳定且精度很低,不能满足对变形要求严格的,大型复杂的基坑工程的设计要求。总之,现有的基坑工程设计方法均是从保护基坑工程的稳定出发,属于强度控制设计范畴。
3 　动态设计和信息化施工
深基坑工程是土体与围护结构体系相互作用的一个动态变化的复杂系统,仅依靠理论分析和经验估计是难以把握在复杂的开挖和降雨等条件下基坑支护结构和土体的变形破坏,也难以完成可靠而经济的基坑设计,因为这里存在着许多不确定因素,通过施工时对整个基坑工程系统的监测,可以了解其变化的态势,利用监测信息的反馈分析,就能较好地预测系统的变化趋势。当出现险情预兆时,可做出预警,及时采取措施,保证施工和环境的安全;当安全储备过大时,可及时修改设计,削减围护措施,通过反分析,可修改设计模型,调整计算参数,总结经验,提高设计与施工水平。
4 　深基坑支护技术发展方向
20 世纪90 年代以来,基坑工程的设计和施工技术日益进步,不断出现了多种符合我国国情的实用的基坑支护方法,而且使得基坑工程的设计理论,计算方法得到不断改进,施工工艺取得长足的进步。目前,各地基本建设中的各类建筑朝着高,大,深,重等方面的发展势头仍方兴未艾,可以预料,基坑开挖与支护技术的各个方面均将继续得到全面而深入的应用和推广,今后深基坑设计施工技术将可能会有如下发展:
（1）根据基坑施工发展需要及我国综合经济水平的提高,将继续充实深基坑开挖,支护的施工队伍素质及装备,引进国外新技术,增加技术手段。
（2）大力促进与推广动态设计和信息化施工技术,使之在开挖支护工程设计中成为设计指导思想的基调,用在变更改革岩土工程的总体设计构思。
（3）深基坑开挖与支护问题对经典土力学理论提出新的挑战,需要深入研究。

参考文献:
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