对深基坑支护技术的分析

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　　摘要：随着城市建设的快速发展，高层及超高层建筑拔地而起，深基坑工程项目也越来越多，本文对基坑支护类型、基坑工程水效应和支护设计计算进行了分析，并对存在的问题提出了建议。

　　关键词：深基坑,支护,类型,建议

　　1基坑支护类型

　　1.1自立式支护

　　1.1.1水泥搅拌桩挡墙支护。水泥搅拌桩主要适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、素填土等土层。基坑开挖深度不宜大于8m。

　　这种支护结构的优点是挡墙厚度大，整体性、稳定性、隔水性良好，施工速度快，工程造价一般低于冲、钻孔灌注排桩，坑内无支撑结构，便于机械挖土和地下室工程施工;其缺点是挡墙占地面积大，且其强度受到土层含水量和有机质含量的影响。

　　1.1.2悬臂式排桩支护。悬臂式排桩支护一般采用冲、钻孔灌注桩，个别采用预制桩，如预应力管桩。

　　这种支护型式的优点是基坑内无支撑，便于机械化挖土和地下室工程施工，其缺点是支护桩顶水平位移较大，当坑深较大或地质条件较差时，工程造价较高。一般都用在地质条件较好的场地;若存在厚软土层，采用此支护型式的，其基坑深度一般不大于6.0m。

　　1.2 排桩内支撑支护

　　排桩大多为冲、钻孔灌注桩(桩径Ф800~1200);个别工程采用地下连续墙或预应力管桩。内支撑系统根据平面形状有角撑式、角撑对撑式、水平拱圈式等多种布置方式;水平拱圈支撑发挥混凝土抗压强度高，抗拉强度低的特点，既经济又可提供较大的施工空间。竖向大多为单道内支撑，也有两道内支撑。支撑材料有钢梁和钢筋混凝土梁两种。这种支护型式大多用在软土层较厚、且基坑深度较深的工程;目前，基坑深度在6~10m 之间的多采用单道撑，基坑深度大于10m 的采用两道以上支撑。内支撑的布置应尽量简单，以方便基坑机械挖土和地下室施工;该支护型式的优点是支护系统较安全可靠;缺点是基坑挖土和地下室施工较为不便;一旦有某个节点破坏，将导致整体失稳。

　　1.3 桩锚支护

　　这种支护方式主要适用于场地土层性能较好或软土层较薄的场地。对基坑深度较大的工程，岩土锚杆的一些参数如下：与水平夹角在15°～40°之间;长在35m 以内;设计轴向抗拔力一般小于600kN;锚筋材料有钢筋或3~4 条钢铰线;大多采用二次高压注浆工艺，第二次注浆压力一般大于2MPa。锚索锁定时都施加预应力，施加预应力大小不等，有的达设计值的70%，有的只有设计值的30%;施加的预应力越大，限制桩顶变位效果越好，但其支护桩承受的压力越接近静止土压力。

　　1.4 喷锚支护

　　喷锚或土钉墙支护是锚杆、钢丝网、喷射混凝土相结合的联合支护型式。适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土。常用在单层地下室、且淤泥较薄、地下水较少的基坑。但不适用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层，不能用于自稳能力极差的厚淤泥层，基坑深度不宜大于12m。喷锚网或土钉墙支护具有以下优点：①通过形成喷射混凝土、锚杆、钢筋网与土体共同作用的主动支护体系，最大限度地利用边壁土体的自稳能力②属柔性支护，可自行调节，使结构处于最佳受力状态，局部不会产生偶然过载③具有很大的灵活性，可根据监测数据随时调整支护参数④所需的设备简单，所需的操作场地小⑤工程造价较低。缺点：①边壁变形较大。②锚杆往往会超出建筑用地红线，需征得红线以外业主的同意。

　　1.5 组合型支护

　　当基坑内有几种深度、或者土层分布变化较大、或者基坑各侧的环境条件有较大差别时，可因地制宜地采用不同的组合支护方式，以充分发挥各种材料及支护结构类型的优越性，降低工程造价。组合型支护方式主要有：a.上部放坡(或土钉墙)下部钢筋混凝土悬臂排桩(或桩锚)的组合。b.拱形水泥土墙与钢筋混凝土灌注桩或H 型钢的组合。c.钢筋混凝土排桩与桩间高压旋喷桩的组合。d.支护桩与用压力注浆或水泥土搅拌桩加固被动区的组合。e.土钉墙与水泥土搅拌桩组合。f.土钉墙与微型注浆桩组合。g.土钉墙与预应力锚索组合。h.各种支护结构与由水泥土搅拌桩或高压旋喷桩形成的封闭止水帷幕组合。

　　此外，还可见到其它的一些支护型式，例如钢板桩、逆作法、半逆作法、闭合挡土拱圈、地面拉锚排桩等。排桩或土钉墙支护为近几年来基坑支护的主要形式。

　　2 基坑工程水效应

　　基坑工程施工对场地周边环境产生影响较为普遍，其主要表现有：

　　(1)建筑物倾斜，产生或大或小的裂缝，有的甚至成为危房;

　　(2)地面工程(如道路、绿化等)破损;

　　(3)地下管线，如煤气管道破裂，导致漏气，甚至起火;地下水管破裂，影响城市正常供水。究其原因，除了基坑支护结构变形过大，失稳问题外，主要是大面积深层降水引起大量沉降和严重的不均匀沉降造成的。

　　2.1 淤泥层排水固结的影响

　　沿海一带大多发育有厚度、含水量大小不一的淤泥层，而淤泥的孔隙比一般大于1.5，含水量一般大于60%;淤泥的渗透系数虽小(k=10-6~10-7cm/s)，但由于淤泥中夹有薄层(0.5~2cm)粉细砂，加速了水平渗透，从而导致固结沉降速度大;另外，一般基坑开挖过程及开挖后基坑暴露时间至少半年，若开挖后，再进行工程桩施工，则降水时间更长，有的达两年之久，长时间降水致使淤泥产生较大的固结沉降，对周围环境影响较大，且降水对基坑周边的影响往往有滞后效应。

　　2.2 淤泥下卧中粗砂层的影响

　　当淤泥下卧有中粗砂层时降水影响半径很大，可达百米以上，产生的附加沉降也较大;因该层多为承压层，其承压水头等于或大于上覆荷重;降水时，由于承压水的释放，土层的水力状态急剧改变，除了该砂层压实外，上覆淤泥层渗透固结速度将加快，从而增加了沉降量。

　　2.3 深基坑支护地下水处理

　　深基坑工程的地下水处理，主要是两种形式，即排水或止水。采取哪种处理方式，需因地制宜，根据基坑周边环境复杂程度而定。有些建筑物较为密集，其地层情况一般为：上部多为人工填砂层和混有大小不一、含量不等的碎石、块石的杂填土层，结构松散，而填土层之下的淤泥又是软土层，从而给深基坑支护止水造成了困难。近年来在深基坑支护施工中，采用混凝土灌注排桩并与锁口梁、内支撑、喷锚等组成联合支护体系，从而在防止边坡失隐和阻止地下水侧向渗漏方面(止水帷幕)，取得较好的效果。

　　3深基坑支护设计计算

　　基坑支护设计必须满足安全性、经济性和可行性这三项基本要求。设计的基本原则是在满足安全与技术可行的前提下，尽量节省工程造价。在基坑支护设计中，首先应满足支护结构的强度要求，然后，根据基坑周边环境的复杂程度进行变形控制。基坑各侧环境不同，其变形控制值也应相应变化，避免由于支护结构变形过大，造成周边建(构)筑物、地下管线破坏。

　　3.1 岩土层计算指标的选用

　　基坑支护设计首先遇到的是岩土层抗剪强度c 值的选取。如何根据场地的工程地质资料，以及基坑工程特点和采用的计算理论来选用合适的抗剪强度指标是至关重要的。不同的试验方法，得出的抗剪强度指标差别很大。目前，确定抗剪强度指标的方法主要有：①直剪试验的快剪和固结快剪，②三轴试验，③原位测试的十字板剪切试验。

　　3.2 土压力计算

　　基坑支护结构土压力计算大多以朗肯土压力和库伦土压力理论为基础。用的更多的是朗肯土压力理论。有的采用土压力三角形分布简图;有的采用梯形简图。墙或桩顶发生很小位移时，主动土压力即可发挥出来，而被动土压力充分发挥时需有大得多的位移，这往往是实际工程所不允许的;对于悬臂式和单层支撑(或单锚式)支护，开挖过程中一般都能达到主动土压力极限状态;而对多层支撑(或多层拉锚)式，其土压力比较复杂，墙或桩位移产生拱效应，从而在挖方以下的土压力减小，在支撑附近侧压力增大，此外，侧压力还与支撑是否施加预载及支撑刚度有关，故对于排桩悬臂式支护，一般采用三角形简图，但被动土压力需作一定折减，以减小排桩的水平变位;当用等值梁法计算排桩内支撑支护、排桩锚拉支护时，可选用梯形简图。对软土、冲洪积粘性土、残积粘性土等渗透性能较差的土层，采用水土合算;而对于砂层和杂填土等渗透性良好土层，采用水土分算。对于无止水帷幕的基坑支护工程，应考虑渗透力的影响。但计算土压力的大小，与实际情况是否相符，应通过大量现场测试，不断总结经验，才能使土压力计算符合实际。

　　4 存在问题

　　尽管深基坑支护工程的设计与施工已积累丰富经验，但由于在理论和实践上，都还存在许多不成熟与不完善之处，至今仍存在不少问题。

　　4.1 基坑工程勘察问题

　　基坑工程勘察常常不能满足设计要求，土层抗剪强度指标试验方法及取值不统一。基坑工程勘察应满足规范中规定的要求，包括勘察范围、勘探点的深度及间距，场地水文地质勘察、岩土工程测试参数、基坑周边环境的勘查及对基坑工程的建议等，其中尤其重要的是岩土工程测试参数及对基坑周边环境的勘查。现有岩土工程报告中岩土的取样数量均偏少，岩土参数测试值变异较大，大部分岩土抗剪强度参数取值均为经验值，直接导致基坑工程计算结果的不够准确。如基坑工程设计计算均按岩土工程报告取值，就会出现计算结果偏差较大的情况，有的基坑计算结果偏于危险，有的则太过于保守。

　　对于基坑周边环境的勘查则很少有勘察报告能达到基坑设计阶段的要求，周边建筑物的结构型式、基础型式及埋深、与基坑周边的距离等描述一般均过于粗略，对于地下管线的描述则更不清晰，管线的类型、接头型式、管径及埋深等都不详。

　　4.2 施工质量问题

　　基坑工程特别是土钉墙和喷锚工程专业特殊性强，许多施工单位没有岩土工程专业工程经验，甚至对岩土工程专业知识知之甚少，有的甚至完全不懂;但出于利益的驱使，偷工减料的现象时有发生，特别是有的土方开挖单位，为了方便省钱，根本就没有分层开挖，基坑工程一次开挖到底，直接导致坑顶开裂、坑壁失稳。基坑工程除保护周边环境外，还要保证坑内工程桩的安全，软土基坑必须分层均衡开挖，每层高度不宜超过1m。饱和流塑状态的淤泥层，对桩周的约束效应很低，工程桩(预应力管桩)的横截面，不论是横向抗切的配筋，还是截面积都相对比较薄弱。由于土方开挖未严格按要求进行，桩体位移、倾斜、断裂很容易发生，类似的事故不少。

　　4.3 基坑监测问题

　　基坑周边相邻建筑物、构筑物、道路、地下管线、地下水位等监测应当委托有岩土工程监测资质的工程监测单位承担基坑监测工作是基坑工程中非常重要的一个环节，监测工必须贯穿基坑工程的全过程。在土方开挖至设计深度的后面几天，特别是在台风暴雨季节必须加密监测甚至连续观测而有些建设单位对基坑监测工作的重要性认识不足，导致监测工作不到位，有些监测单位并未具备岩土工程监测资质，经验不足，未能根据实际情况调整监测频数，也就未能及时发现问题和避免基坑支护结构失稳事故。

　　4.4 基坑暴露时间过长问题

　　个别基坑工程由于种种原因暴露时间过长，形成公共安全隐患。

　　基坑支护是临时性工程，采取的安全系数较低，未设永久保护技术措施，如锚杆或锚索的防腐问题等。

　　5几点建议

　　①加强基坑支护工程设计和施工质量管理和基坑工程专门勘察工作;

　　②充分重视基坑监测工作，并做到因地制宜，尽量减少对周围环境影响;

　　③特别重视降水影响问题。在勘察时应加强收集场地水文地质资料，如抽水试验，为设计提供较为准确的设计数据;当淤泥下卧有中粗砂层时，降水影响范围大，须加以注意，做好沉降估算以及对周边环境影响的预测，并采取有效的处理措施;

　　④在软土基坑开挖时，须特别注意对工程桩的保护，采取边挖、边凿(工程桩)、边铺、边浇(混凝土垫层)及边砌(基槽)的施工方法;

　　⑤加强施工监管力度，杜绝随意更改支护设计图纸和施工组织设计;

　　⑥加强土压力的原位测试工作，以期得到切合实际的土压力分布情况，完善和研究支护。

　　6结束语

　　综上所述，深基坑工程项目越来越多，基坑开挖深度也越来越深。由于基坑周边地面建筑和地下设施密集，且地质条件复杂多变，深基坑支护的难度也越来越大，很容易造成经济损失和不良社会影响。因此，研究适用地质条件的新深基坑支护技术是必要的。