建筑工程中的深基坑支护施工技术分析

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　　摘要：文章通过分析深基坑土钉支护的工作原理，归纳了土钉支护技术的优点，详细地介绍了土钉支护的设计和施工积累的深基坑土钉支护施工经验，指出深基坑土钉支护技术是一种可行的、经济效益可观的技术。
　　关键词：建筑工程；深基坑；土钉支护；施工技术
　　城市中深基坑工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程的近旁，虽属临时性工程，但其技术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失。有鉴于此，人们不断总结实践经验，针对深基坑工程，制定了一些可行而有效的技术措施。采取适宜的支护类型成为了保证深基坑工程顺利进行的先决条件。
　　一、工程概况
　　某高层建筑，地下室四层，地上42 层，总建筑面积79548m2。本工程东西长约86m，南北长约56m。基坑开挖深度为14.8m，基坑东侧边线离路边线约为9m；西侧为一供电房，离基坑边线约为10m；基坑南侧边线距离路边线约为7m；北侧离已经建成的某大厦（18层）约为15m，距离较近的是一9 层建筑，距离约为11m。
　　二、基坑支护选型
　　本工程设地下室四层，地下室平面近似规则，底板面标高-14.30m，底板厚800mm。地下水埋藏较浅。本工程基坑周边为市政道路和已建建筑物，基坑占地面积大，故采用排桩方案，可减少施工位置，减少基坑侧壁变形，保证相邻较近住宅的安全，保证毗邻道路的正常使用。综合分析后决定，本工程采用钻孔桩加两道锚杆（局部采用两道内撑）相结合的支护体系。
　　（1）排桩：为尽可能地减轻对相邻建筑基础的扰动，排桩采用泥浆护壁混凝土灌注桩，水平间距1.0m，桩径0.8m，桩长16.3m。钢筋笼配筋：主筋Φ14@200，加强筋为Φ14@2000，箍筋为Φ8@200，桩身混凝土强度等级C25。（2）锚杆：直径150mm，倾角40°，第一层锚杆位于桩顶标高下1.0m，长度9.5m；第二层锚杆位于桩顶标高下6.5m，倾角25°，长度10.0m。锚索采用2 根1860 级钢绞线，锚杆轴向抗拉承载力设计值分别为400kN、380kN。原平台下第一排锚杆修改为二次注浆预应力锚杆；在平台下第二排与第一排锚杆间增加二次注浆锚杆一排，长度为12 m，间距1.2 m。锚杆注浆采用P.O32・5 水泥配制的水泥浆，水灰比为0.5～0.6。（3）冠梁：其作用是提高基坑支护结构的整体性，冠梁的截面为800（宽）×500（高）mm，配筋为：两侧各配置主筋4Φ20，上下面各配置主筋2Φ16，箍筋为Φ8@200（双肢箍），混凝土强度等级C25。
　　三、施工工艺
　　（一）基坑支护结构变形超过允许值或有失稳前兆
　　当支护结构或土体严重变形，且变形速率持续增加时，应视为基坑整体滑移失稳的前兆，坑内停止挖土作业，大型机械设备和材料撤离现场，并立即采用土方、砂包或其他材料回填基坑，待基坑稳定后再作妥善处理。支护结构桩墙嵌固深度不足，使支护桩墙内倾或踢脚失稳，应立即停止土方开挖，在桩墙前回土和堆砂包反压或在挡土桩被动区打入短桩加固。必要时加设预应力锚杆加固支护结构。也可以采用坡顶卸载的方法。
　　（二）支护结构内倾变位
　　采用坡顶卸载，桩后适当挖土、坑内桩前堆筑砂石袋或增设撑等方法处理。为了减少桩后的地面荷载，基坑上部不得堆放建筑材料和弃土，不得停放大型施工机具和车辆。施工机具不得反向挖土，不得向基坑周边倾倒生活及生产用水。坑周边地面须进行防水处理。
　　（三）基坑发生整体或局部土体滑塌失稳
　　在有可能的条件下降低土中水位和进行坡顶卸载，加强未滑塌区段的监测和保护，严防事故继续扩大。如止水墙漏水、流土，坑内降水开挖造成坑周边地面或路面下陷和周边建筑物倾斜、地下管线断裂等，应立刻停止坑内降水和施工开挖，迅速用堵漏材料处理止水墙的渗漏。
　　（四）深基坑支护设计中的要点
　　国内外至今尚没有一种精确的计算方法，多数是处于摸索和探讨阶段，我国也没有统一的支护结构设计规范。土压力分布还按库伦或朗肯理论确定，支护桩仍用“等值梁法”进行计算。其计算结果与深基坑支护结构的实际受力悬殊较大，既不安全也不经济。由此可见，深基坑支护结构的设计不应再采用传统的“结构荷载法”，而应彻底改变传统的设计观念，逐步建立以施工监测为主导的信息反馈动态设计体系。这是设计人员需要加强科研攻关的方向。
　　四、深基坑支护存在的问题
　　（一）支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当
　　在深基坑支护结构设计中，如果对地基土体的物理力学参数取值不准，将对设计的结果产生很大影响。土力学试验数据表明：内摩擦角φ值相差5°，其产生的主动土压力就会不同，而原土体的黏聚力C 与开挖后土体的黏聚力C 则差别更大。施工工艺和支护结构形式不同，对土体的物理力学参数的选择也有很大
　　影响。
　　（二）基坑土体的取样具有不完全性
　　在深基坑支护结构设计之前，必须对地基土层进行取样分析，以取得土体比较合理的物理力学指标，为减少勘探的工作量和降低工程造价，不可能钻孔过多。因此，所取得的土样具有一定的随机性和不完全性。但是，地质构造是极其复杂、多变的，取得的土样不可能全面反映土层的真实性。因此，支护结构的设计也就不一定完全符合实际的地质情况。
　　（三）基坑开挖存在的空间效应考虑不周
　　深基坑开挖中大量的实测资料表明，基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小。深基坑边坡的失稳，常常以长边的居中位置发生，这足以说明深基坑开挖是一个空间问题。传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基坑来讲，这种平面应变假设是比较符合实际的，而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以，在未进行空间问题处理前而按平面应变假设设计时，支护结构要适当进行调整，以适应开挖空间效应的要求。
　　（四）支护结构设计计算与实际受力不符
　　目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论，但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明：有的支护结构按极限平衡理论设计计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但有时却发生破坏；有的支护结构安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中却满足要求。
　　（五）基坑支护施工的安全技术
　　保证基坑支护结构安全工作，除必须有合理的设计外，还需施工的密切配合，严格按设计要求精心施工。任何超挖都会使支护结构超载工作，从而导致严重后果，因此，施工前应严密组织，编制施工组织设计。
　　1．基坑土方开挖应在降水排水施工完成且运转正常达到预期要求后方可进行。基坑周围地面应采取防水、排水措施，避免地表水渗入基坑周围土体和流入坑内。坑内应设置排水沟和集水井，及时抽除积水。
　　2．基坑开挖应连续施工，尽量减少无支护暴露时间，开挖必须遵循“自上而下，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。利用锚杆做支护结构时，应按设计要求，及时进行锚杆施工，而且必须待锚杆张拉锁定后方可进行下一步开挖。
　　3．坑边不宜堆放土方和建筑材料，如不可避免时，一般应距基坑上部边缘不小于2 m，弃土堆高不超过1.5 m，并且不超设计荷载值。在垂直的坑壁边距离还应适当增大。软土地区不宜在坑边堆置弃土。当重型机构在坑边作业时，应设置专门的平台或深基础等。同时，应限制或隔离坑顶周围振动荷载的作用。
　　4．基坑挖土时，要做好挖土机械、车辆的通道布置，安排好挖土顺序等，不得在挖土过程中碰撞围护结构并做好机械上下基坑坡道部位的支护。
　　5．采用机械开挖时，为保证基坑土体的原状结构，应预留150～300 mm 原土层，由人工挖掘修整。基坑开挖完毕后，应及时清底验槽并铺设垫层，以防止暴晒和雨水浸刷破坏原状结构。如果基底超挖，应用素混凝土回填或夯实回填，使基底土承载性能达到设计要求。
　　6．基坑周边设围护栏杆和安全标志，严禁从坑顶扔抛物体；坑内应设安全出口便于人员撤离。所有机械行驶、停放要平稳，坡道应牢固可靠，必要时进行加固。
　　7．配合机械作业的清底、平整场地、修坡等施工人员，应在机械回转半径以外工作，当必须在回转半径以内工作时，应停止机械回转并制动好后方可作业。
　　8．土方机械严禁在离电缆1 m 距离以内作业。机械运行中，严禁接触转动部位和进行检修，在修理工作装置时，应使其降到最底位置，并应在悬空部位垫上垫木。
　　9．挖掘机正铲作业时，其最大开挖高度和深度不超过机械本身性能的规定。反铲作业时，履带距工作面边缘距离应大
　　于1.5 m。
　　地质勘测的准确性是基坑工程成功支护的关键因素之一，地质报告有误必然影响基坑支护设计方案的准确性，在基坑开工过程中，应尽量避开雨季施工，尤其对于距离长江较近的工程更应注意避免。因为长期处于水中的土体，其抗剪强度必然降低、土体饱和度增加和容重增加，从而引起土体侧压力增加导致土方边坡的滑移，造成基坑失稳事故。基坑工程是一门实用性、经验性极强的学科，其土力学理论，尤其是软土方面还不是很完善，再加之土方开挖不确定性因素较多，这给基坑开挖带来隐患，所以加强监测和巡视裂缝的工作非常重要，通过监测可适时掌握基坑开挖中支护结构的动态变化，及时采取处理措施，做到防患于未然。

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