陶陽(yáng)

四川省川建勘察設(shè)計(jì)院有限公司 四川 成都 610000

1 淺談深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的重要意義

深基坑支護(hù)是工程建設(shè)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工過(guò)程的規(guī)范性和安全性對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。目前，在巖土工程建設(shè)過(guò)程中，建設(shè)單位必須對(duì)地下水文狀況進(jìn)行深入的分析，全面地分析施工過(guò)程中地下水的各種影響。在建設(shè)過(guò)程中，要對(duì)勘察現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行深度分析，判定地下水的分布狀況。根據(jù)實(shí)際情況，選擇相應(yīng)的施工工藝措施。其次，如果地下水位分布范圍很大，那么在這種情況下進(jìn)行基坑工程，就必須采取相應(yīng)的保護(hù)管理措施。在局部防水、結(jié)構(gòu)圍護(hù)支護(hù)等方面，全面提高施工工藝的應(yīng)用效果。在我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展的大背景下，城市高層建筑的全面發(fā)展，要求其處于深層開(kāi)挖狀態(tài)，這將對(duì)周?chē)ㄖ锏姆€(wěn)定產(chǎn)生重大影響[1]。在這種情況下，有必要對(duì)其進(jìn)行合理的支護(hù)設(shè)計(jì)，以保證后續(xù)施工過(guò)程中的整體穩(wěn)定。從而保證工程的安全，避免因工程事故而引起的連鎖反應(yīng)。

2 常用的深基坑支護(hù)形式及設(shè)計(jì)方法綜述

2.1 普通支護(hù)形式

2.1.1 自立式支護(hù)

這類支護(hù)施工技術(shù)措施必須在地質(zhì)情況比較好的地方進(jìn)行，這類支護(hù)方案中，基坑無(wú)任何支護(hù)，有利于機(jī)械化施工和地下工程建設(shè)的開(kāi)展。但在工程施工中，由于支護(hù)結(jié)構(gòu)本身存在著很大的側(cè)向變形，因此，在工程施工中，如果地質(zhì)情況發(fā)生了變化，且基坑開(kāi)挖深度很大，相應(yīng)的工程施工成本也會(huì)隨之增加。

2.1.2 樁錨

對(duì)于一些深基坑工程，樁錨支護(hù)技術(shù)主要應(yīng)用于土質(zhì)良好的地區(qū)。在巖土錨固中，設(shè)置的參數(shù)是固定的，如軸向上拔力不得超過(guò)600 kN，因此，在實(shí)際工程中，必須選擇二次灌漿工藝。

2.1.3 排樁內(nèi)支撐支護(hù)

排樁的選擇有沖孔樁、鉆孔灌注樁等，也有一些工程選擇了預(yù)應(yīng)力管樁和地下連續(xù)墻。在施工過(guò)程中，根據(jù)施工方案的不同，對(duì)內(nèi)支護(hù)體系的布置形式作相應(yīng)的調(diào)整。如采用角撐對(duì)稱支護(hù)體系、水平拱圈支護(hù)體系等。

2.1.4 噴錨支護(hù)

噴錨支護(hù)是一種組合支護(hù)方式，其施工過(guò)程中需將噴砼、錨桿和鋼絲網(wǎng)等有機(jī)地組合起來(lái)。這種施工支護(hù)方法的使用，一般都是在人工填土和粘性土的施工環(huán)境下進(jìn)行的。另外，施工現(xiàn)場(chǎng)不能存在很多的卵石層和細(xì)砂層，相應(yīng)的基坑開(kāi)挖深度必須在12m以下。

2.2 應(yīng)用支護(hù)設(shè)計(jì)方法

2.2.1 深層攪拌樁

采用攪拌樁進(jìn)行基坑支護(hù)，在飽和粘土、淤泥、粉質(zhì)粘土等多個(gè)土層中，其加固深度可根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行50-60m的設(shè)計(jì)。因其抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度低，所以適合在5-7m以下的較小土層中使用[2]。該支護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的整體性和抗壓性，在設(shè)計(jì)時(shí)可不加任何支架，且可在開(kāi)放的條件下開(kāi)挖，具有很高的工程效益。

2.2.2 排樁支護(hù)

排樁有很多種，如鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土板樁、鋼板樁、人工挖孔樁等。在基坑的支護(hù)過(guò)程中，可以選擇柱式排樁支護(hù)，如果邊坡的土壤條件比較好，并且地下水位比較低的時(shí)候，可以利用土拱效應(yīng)，采用鉆孔灌注樁和孔樁來(lái)支護(hù)。在軟弱的環(huán)境下，連續(xù)排樁支護(hù)往往無(wú)法形成土拱，因此，必須采用密集的排樁法，或者選擇鋼筋混凝土板樁密集排布。復(fù)合排樁支護(hù)技術(shù)是一種新型的復(fù)合結(jié)構(gòu)，它能有效地應(yīng)用于軟弱地層中的高水位地區(qū)。對(duì)于6m以下的深基坑，在無(wú)法選擇自沉的情況下，應(yīng)選擇600mm厚的密排鉆孔樁。也可以在上面打上預(yù)制的水泥板和鋼板樁，然后在板后做防水和注漿，然后在上面設(shè)置支護(hù)和圈梁。對(duì)于6-10m深的基坑，選擇800-1000mm的鉆孔樁，然后再進(jìn)行灌漿和防水處理，設(shè)置2-3個(gè)支護(hù)。對(duì)于深10m以上的深基坑，選擇大直徑800-1000mm的鉆孔灌注樁，設(shè)置多道支護(hù)。

2.2.3 地下連墻支護(hù)

在軟弱地基中，如果深埋超過(guò)10m，周?chē)慕ㄖ锖偷叵鹿芫€都有很高的沉降變形，就必須選擇地下連續(xù)墻作為基坑支護(hù)。地下連續(xù)墻具有良好的整體性和較高的剛度，因此，基坑的變形量很小，可以進(jìn)行超長(zhǎng)基坑支護(hù)。當(dāng)設(shè)計(jì)和施工中，當(dāng)遇到強(qiáng)風(fēng)化地層，不能進(jìn)行鋼板樁施工時(shí)，可選擇地下連續(xù)墻[3]。

2.2.4 土釘墻支護(hù)技術(shù)

在深基坑施工過(guò)程中，先將鋼管樁置于原地，然后采用噴漿的方法對(duì)其進(jìn)行表面處理。在土體-土釘-噴砼面層協(xié)同工作的基礎(chǔ)上，形成一種復(fù)合土體，從而達(dá)到加固的目的。土釘墻支護(hù)技術(shù)是一種將工程現(xiàn)場(chǎng)和工程監(jiān)控信息有機(jī)地結(jié)合在一起的技術(shù)。為了方便隨后的建設(shè)工作的開(kāi)展，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。便于后續(xù)開(kāi)展，適用于基坑開(kāi)挖深度較小，對(duì)周邊相鄰建筑不產(chǎn)生較大變形和要要求不高的情況下，施工簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定。

3 在巖土工程中應(yīng)用深基坑支護(hù)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

根據(jù)當(dāng)前一些深基坑的施工情況，可以發(fā)現(xiàn)，在深基坑的基礎(chǔ)上，摻入的水泥量不夠，不僅會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度造成很大的影響，還會(huì)引起混凝土的開(kāi)裂。其次，工程建設(shè)中存在的“偷工減料”現(xiàn)象也比較普遍。為了有效地控制支護(hù)的變形，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，需要嚴(yán)格的開(kāi)挖順序，然后再對(duì)工程的施工圖紙進(jìn)行交底。然而，在工程建設(shè)過(guò)程中，有些工程技術(shù)人員忽略了工程建設(shè)的細(xì)節(jié)，盲目地追逐著工程的進(jìn)度，一味地追求著局部的利益，這就會(huì)給工程的施工質(zhì)量帶來(lái)很大的負(fù)面影響。

在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，由于開(kāi)挖后很快就會(huì)導(dǎo)致邊坡塌陷。分析造成這種現(xiàn)象的主要原因是設(shè)計(jì)不規(guī)范，沒(méi)有按照規(guī)范的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。舉個(gè)例子，我們選擇土釘支護(hù)，但沒(méi)有按照設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求來(lái)進(jìn)行。很多土釘都沒(méi)有灌漿，就是在鉆孔之后，在里面放入鋼筋。盡管局部已進(jìn)行了注漿，但孔內(nèi)漿體尚未充填，這兩種情況都將引起邊坡的塌方。

在巖土工程中，由于地質(zhì)環(huán)境本身的因素，對(duì)工程建設(shè)的質(zhì)量有很大的影響。從目前的工程建設(shè)情況來(lái)看，很多深基坑工程安全事故都是由邊坡本身因素引起的，根據(jù)巖土物理特性的不同，在施工過(guò)程中，軟土、雜填土等因素對(duì)支護(hù)強(qiáng)度的影響要引起足夠的重視。其中，沙土，粉土抗剪強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，滲透性好，因此，在工程建設(shè)過(guò)程中，容易發(fā)生坑底冒砂現(xiàn)象。在進(jìn)行工程建設(shè)之前，有關(guān)建設(shè)單位要對(duì)工程地質(zhì)特性進(jìn)行深入調(diào)查，并根據(jù)工程建設(shè)需要，制訂出一套完整的施工方案。

在工程實(shí)踐中，如果施工單位制訂的不規(guī)范和不合理的防護(hù)方案，將極大地影響工程的效果。在工程建設(shè)過(guò)程中，存在著大變形和大面積滑移的情況，這將給以后的工程建設(shè)帶來(lái)很大的不利影響。究其原因，在于對(duì)工程施工過(guò)程中的變形監(jiān)控不到位，無(wú)法對(duì)各種問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，在施工過(guò)程中沒(méi)有針對(duì)工程實(shí)際進(jìn)行合理的施工支護(hù)，從而造成了后續(xù)的變形和滑移問(wèn)題。

4 巖土工程中深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)問(wèn)題的改進(jìn)

4.1 將現(xiàn)代科技與深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)相結(jié)合，做好設(shè)計(jì)與計(jì)算

地下連續(xù)墻和排樁的內(nèi)力和變形精確化計(jì)算是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，目前急需建立一個(gè)完整的計(jì)算模型。在建立該模型時(shí)，應(yīng)著重考慮支護(hù)系統(tǒng)、圍護(hù)墻和地基的空間分析問(wèn)題。目前，有必要對(duì)平面問(wèn)題進(jìn)行聯(lián)合分析，并將相應(yīng)的空間影響集中體現(xiàn)出來(lái)，并根據(jù)工程建設(shè)的發(fā)展要求，形成一套完整的三元計(jì)算程序，為后續(xù)的深基坑幾何形態(tài)計(jì)算打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前，在進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)強(qiáng)度、變形特性和穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)判，而不是單純的靜態(tài)平衡方法[4]。在進(jìn)行深基坑工程施工時(shí)，有必要對(duì)工程的特點(diǎn)進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)中可以運(yùn)用增量法、總和法，這兩種方法的應(yīng)用可以保證在工程建設(shè)過(guò)程中的受力過(guò)程中，剛度的穩(wěn)定性是恒定的，而在剛度發(fā)生改變的時(shí)候，則要綜合使用增量法。在采用總和法進(jìn)行分析時(shí)，外部荷載可以是在整個(gè)工程建設(shè)過(guò)程中墻體的土壓力、錨桿和壓力等，而剛度則主要來(lái)自于地基和支護(hù)部。

4.2 加強(qiáng)對(duì)深基坑變形的監(jiān)控，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

在巖土工程項(xiàng)目的建設(shè)和施工過(guò)程中，必須對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面的優(yōu)化，才能對(duì)各種施工事故進(jìn)行有效的控制，提高其安全水平。在深基坑工程建設(shè)中，必須選擇合適的支護(hù)設(shè)計(jì)方案，將支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體使用壽命、地質(zhì)水文狀況、基坑埋深等因素進(jìn)行綜合集成。在每一種設(shè)計(jì)方案中，都要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化選擇，并對(duì)其中的各種影響因素進(jìn)行集中分析，從而為以后提高基坑的穩(wěn)定性打下基礎(chǔ)。在工程建設(shè)過(guò)程中，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形直接關(guān)系到整個(gè)工程的安全。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于三維有限元模型的深基坑工程設(shè)計(jì)方法。目前，迫切需要對(duì)深基坑支護(hù)的變形進(jìn)行綜合觀測(cè)，并對(duì)其施工過(guò)程中的變形狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在遇到變形問(wèn)題的時(shí)候，要立即停止施工，找出主要的問(wèn)題，然后采取相應(yīng)的措施，積極地進(jìn)行處理，以此來(lái)對(duì)施工變形進(jìn)行有效的控制。

4.3 提高調(diào)查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)行有目標(biāo)的設(shè)計(jì)

目前，隨著工程規(guī)模的逐漸增大，以及工程建設(shè)的需求越來(lái)越高，這就需要更多、更高的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)。隨著基坑工程的日趨復(fù)雜，各種新的結(jié)構(gòu)型式也不斷涌現(xiàn)出來(lái)。有關(guān)設(shè)計(jì)者還需進(jìn)行更深層次的研究，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全方位的優(yōu)化，對(duì)已有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行革新。通過(guò)比較不同方案間的差異，根據(jù)施工現(xiàn)狀、建設(shè)目標(biāo)和地質(zhì)環(huán)境要求，提出更加科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，以保證基坑支護(hù)設(shè)計(jì)更安全、更穩(wěn)定。在進(jìn)行深基坑工程的施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，編制一份完整的調(diào)查報(bào)告。編制好的地質(zhì)勘察報(bào)告是進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。然而，在工程建設(shè)過(guò)程中，由于勘察數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確和數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，使得勘察工作中存在著許多不確定性因素。因此，根據(jù)目前的工程建設(shè)經(jīng)費(fèi)，在建設(shè)過(guò)程中，必須對(duì)工程的地質(zhì)條件和重點(diǎn)部位作出判斷，做好資料的補(bǔ)充。在勘探建設(shè)過(guò)程中，相關(guān)的勘探技術(shù)人員必須嚴(yán)格按照我國(guó)現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行施工，以提高勘探數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.4 科學(xué)化設(shè)計(jì)坑壁形式

為了保證工程的施工方案能夠符合工程的設(shè)計(jì)要求，在進(jìn)行深基坑工程的施工前，必須對(duì)基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的調(diào)整。在施工過(guò)程中，要根據(jù)基坑的實(shí)際情況，夯實(shí)工程施工的地基，并按照規(guī)范的技術(shù)要求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的支護(hù)管理。例如，在工程施工過(guò)程中，管理者要對(duì)工程周?chē)沫h(huán)境，地下水文狀況，地質(zhì)現(xiàn)狀，開(kāi)挖資料等進(jìn)行綜合評(píng)判。通過(guò)對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全分析，實(shí)現(xiàn)基坑開(kāi)挖作業(yè)時(shí)的開(kāi)挖深度區(qū)間的精確定位。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)已有的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)邊坡的坡度進(jìn)行判定，保證工程施工、基坑支護(hù)效果在規(guī)范之內(nèi)。

在進(jìn)行深基坑開(kāi)挖時(shí)，要選擇有資質(zhì)的施工單位，為以后工程的質(zhì)量提高打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。基于此，還需要請(qǐng)業(yè)內(nèi)專家學(xué)者的施工指導(dǎo)進(jìn)行分析，在制定各種施工方案之前，都要經(jīng)過(guò)專家的全面評(píng)價(jià)。在施工過(guò)程中，施工單位和政府主管部門(mén)要對(duì)施工單位、監(jiān)理單位和設(shè)計(jì)單位進(jìn)行定期的監(jiān)理和檢查。將各種問(wèn)題進(jìn)行匯總，并標(biāo)準(zhǔn)化地制定相應(yīng)的控制措施，防止問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)基坑的安全造成很大的影響[5]。另外，有關(guān)單位應(yīng)主動(dòng)引入第三方的監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，對(duì)基坑的變形進(jìn)行全方位的監(jiān)控，以避免支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。同時(shí)，根據(jù)基坑工程的特點(diǎn)，制定一套完整的應(yīng)急預(yù)案。要定期進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)演習(xí)，同時(shí)要對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的安全問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查，從而對(duì)各種安全事故進(jìn)行有效的控制。

4.5 進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究

有關(guān)部門(mén)應(yīng)主動(dòng)將各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與巖土工程的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)相結(jié)合。在多個(gè)學(xué)科的支持下，對(duì)既有建筑技術(shù)方案進(jìn)行虛擬仿真。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，充分利用 BIM軟件的應(yīng)用價(jià)值，將基礎(chǔ)支護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)入，并對(duì)其合理狀況進(jìn)行有針對(duì)性的評(píng)估。在該技術(shù)的應(yīng)用中，可以為支護(hù)作業(yè)的展開(kāi)提供立體的指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)對(duì)建筑環(huán)境的多種情況進(jìn)行仿真，判定其是否可行；在仿真過(guò)程中，如果遇到了比較嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題和技術(shù)問(wèn)題，就必須對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而提高實(shí)施方案的可行性，減少各種風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的發(fā)生幾率。通過(guò)對(duì)該技術(shù)的有效利用，可以使支護(hù)設(shè)計(jì)方案的實(shí)施效果得到全面的提高。在技術(shù)上，要對(duì)工程施工費(fèi)用進(jìn)行集中控制，節(jié)省大量的資源。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，近幾年來(lái)，我國(guó)的基建工程規(guī)模越來(lái)越大，城鎮(zhèn)化的速度也越來(lái)越快。巖土工程中存在著許多復(fù)雜的問(wèn)題，這些問(wèn)題已成為未來(lái)巖土工程建設(shè)中必須面對(duì)的重大課題。為了提高施工質(zhì)量，有必要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行歸納和總結(jié)。在目前的深基坑施工過(guò)程中，需要建設(shè)、勘察、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等多方參與，對(duì)工程施工進(jìn)行多方面的研究。通過(guò)加強(qiáng)各參與部門(mén)的交流與配合，使巖土深基坑工程的施工任務(wù)得以有效地完成，為以后的主體工程建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。