深基坑支護(hù)新技術(shù)發(fā)展與展望

1   深基坑支護(hù)新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
　　在地下工程建設(shè)中深基坑支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)是一個很有發(fā)展?jié)摿Φ难芯空n題之一，工程規(guī)模的不斷增加、各地地質(zhì)水文條件巨大差別、工程環(huán)境的多變復(fù)雜為深基坑工程提供了一個寬廣的舞臺。隨著大量學(xué)者對深基坑工程的廣泛關(guān)注，深基坑支護(hù)技術(shù)有了一定的發(fā)展和突破，在工程建設(shè)中涌現(xiàn)出了大量的支護(hù)新技術(shù)。深基坑支護(hù)新技術(shù)一般是為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)的缺點與不足，利用傳統(tǒng)各支護(hù)型式的優(yōu)點對傳統(tǒng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)或幾種結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，擴(kuò)大其適用范圍，使其適應(yīng)不同的施工環(huán)境，達(dá)到安全、適用、經(jīng)濟(jì)和綠色環(huán)保等綜合性指標(biāo)最佳的目的。
　　隨著對基坑安全、經(jīng)濟(jì)性等綜合性指標(biāo)要求的提高，在實際工程中，單一的支護(hù)形式逐漸被聯(lián)合支護(hù)新技術(shù)所取代。目前在深基坑工程中使用的新技術(shù)主要有復(fù)合土釘墻、新型地下連續(xù)墻、漿囊泡錨桿、咬合樁以及各種聯(lián)合支護(hù)型式，聯(lián)合支護(hù)型式主要有樁錨與土釘墻聯(lián)合、樁撐與土釘墻聯(lián)合和土釘墻、錨桿和地下連續(xù)墻三者聯(lián)合等幾種聯(lián)合結(jié)構(gòu)等。
　?。?）復(fù)合土釘墻支護(hù)。
　　復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)是在土釘墻基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型深基坑支護(hù)技術(shù)，具有技術(shù)先進(jìn)、施工便捷、經(jīng)濟(jì)合理、綜合性能比較突出等優(yōu)點。該技術(shù)主要體現(xiàn)在兩方面，一是將新材料、新工藝運用于傳統(tǒng)土釘墻中，二是將樁或預(yù)應(yīng)力錨桿等與土釘墻結(jié)合起來形成基坑復(fù)合支護(hù)技術(shù)，以充分發(fā)揮土釘墻和樁、錨桿等單獨結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點，突破傳統(tǒng)土釘墻不適用的工程。由于土釘墻對變形控制比較差，而樁錨或樁撐支護(hù)體系的支擋能力比較強(qiáng)，但大截面的鋼筋混凝土樁相對不太經(jīng)濟(jì)，將相對經(jīng)濟(jì)支擋能力強(qiáng)的深層攪拌水泥土樁、高壓旋噴水泥土樁、微型樁等與傳統(tǒng)的土釘墻結(jié)合起來，可以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、適用等綜合性能更好。復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)適用范圍很廣，可適用于各種地層和各種安全等級的基坑，已成為深度不超過18m的深基坑中使用率最高的支護(hù)結(jié)構(gòu)[2]，但需要關(guān)注的是：在基坑開挖降水過程中需采用合適的降水措施和速度，以防止不合適的水力坡降的地下水滲流引起基坑失穩(wěn)，設(shè)計時應(yīng)綜合考慮地質(zhì)水文條件、環(huán)境因素以及降水形成的水力坡降等。
　?。?）新型地下連續(xù)墻。
　　地下連續(xù)墻可同時承擔(dān)擋土、防滲、止水等多種功能，自身剛度較大，適用于多種土質(zhì)情況和各種環(huán)境，尤其在建筑物密集地區(qū)（已有距離建筑物基礎(chǔ)外約20 cm的地下連續(xù)墻的成功案列）和超深基坑工程支護(hù)中。為了滿足深基坑工程建設(shè)的需求、緊跟時代步伐，地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)發(fā)展迅速，主要體現(xiàn)在四方面。①連續(xù)墻結(jié)構(gòu)中成功地應(yīng)用玻璃纖維筋（GFRP筋）等新材料，因玻璃纖維筋具有質(zhì)輕、便于切割施工和強(qiáng)耐腐蝕等優(yōu)點，而成功替代鋼筋;②地下連續(xù)墻的施工中涌現(xiàn)了大量的新工法，如CRM工法、TRD工法、CMW工法等;③在SMW工法的基礎(chǔ)上施工中成功運用了新的智能化動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能準(zhǔn)確實時捕獲樁（墻）身的應(yīng)力應(yīng)變，把控工程安全信息;④非常成功地將支擋樁或錨桿與地下連續(xù)墻進(jìn)行聯(lián)合形成了樁錨地下連續(xù)墻，如“旋噴水泥土樁+SMW新工法地下連續(xù)墻”的聯(lián)合技術(shù)、“擴(kuò)體錨桿+地下連續(xù)墻”的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，工程實踐證明這些聯(lián)合支護(hù)型式可很好地運用到膨脹土深基坑支護(hù)中?！癝MW工法地下連續(xù)墻+高壓旋噴水泥土樁”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)用于軟弱地層、周圍環(huán)境受限制條件下的基坑工程中，可以很好解決周邊環(huán)境受限制條件下側(cè)向抗力不足的問題[3];“SMW工法地下連續(xù)墻+預(yù)應(yīng)力錨桿”聯(lián)合支護(hù)型式的支護(hù)能力強(qiáng)及止水性好，這種將支擋與止水結(jié)構(gòu)合二為一大大降低了基坑圍護(hù)成本;SMW新工法與擴(kuò)孔錨桿聯(lián)合支擋型式在高透水性的地基中適用性很強(qiáng)，特別適用于施工工期緊張的深基坑工程[4]。 　?。?）漿囊袋錨桿支護(hù)技術(shù)。
　　漿囊袋錨桿是在軟土的錨固技術(shù)工程實踐中創(chuàng)新研發(fā)的一種新型錨桿，這種新型錨桿采用了常規(guī)錨桿的施工方法，通過在錨桿的錨固段外側(cè)設(shè)置一柔性的土工膜袋來改變錨桿錨固體的形狀及錨固體的直徑，達(dá)到改善錨桿在淤泥及淤泥質(zhì)土等軟弱土體中的錨固性能，特別適用于淤泥及淤泥質(zhì)土等軟弱土體中的加固，此新技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于深基坑支護(hù)工程中。漿囊袋注漿錨桿需要在錨桿主筋外側(cè)設(shè)置一柔性注漿袋，柔性注漿袋一般用抗拉強(qiáng)度較高而韌性很好軟塑料膜或土工膜材料制成，通過在錨桿鋼筋的外側(cè)設(shè)置注漿袋，可以取得兩大功效，首先是擴(kuò)大錨固體直徑和改變錨固體形狀，由于軟土基坑中土體的壓縮性比較高，在鉆進(jìn)成孔后，采用壓力注漿工藝，利用漿液的壓力來擠壓土體，從而可形成大直徑土層錨桿，一般直徑可達(dá)到25cm以上;同時在柔性注漿袋的端部和中間設(shè)置幾個等間距的約束帶來封閉袋口和約束袋的變形，可通過漿液的高壓將傳統(tǒng)錨桿柱狀錨固體變成“糖葫蘆”串形，從而大大提高錨桿的抗拔力，改善了錨固體的工作性               能[5];其次，通過設(shè)置漿囊袋，能有效保證漿液在膜袋內(nèi)擴(kuò)散，不會漏漿，錨固體的質(zhì)量更可靠;同時可通過注漿量很準(zhǔn)確地分析錨固體的平均直徑，使設(shè)計結(jié)果更可靠。
　?。?）咬合樁支護(hù)。
　　咬合樁支護(hù)是為了彌補(bǔ)排樁支擋樁間容易產(chǎn)生水土流失的不足，將鋼筋混凝土樁與素混凝土樁進(jìn)行咬合實現(xiàn)基坑支擋與止水兩種功能[6]。咬合樁一般為素混凝土樁和鋼筋混凝土樁間隔布置，通過施工切割相交部分實現(xiàn)咬合，施工時采取先施工超緩凝的素混凝土樁，后施工鋼筋混凝土樁，在素混凝土樁初凝之前完成鋼筋混凝土樁的施工，鋼筋混凝土樁施工時應(yīng)切割掉先施工的素混凝土樁的咬合部分，相鄰樁就緊密搭接形成密布的樁支護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕。咬合樁實際上就是改進(jìn)的排樁，彌補(bǔ)了排樁的止水性能的不足，充分發(fā)揮了排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的沉降及水平位移較小的優(yōu)點，已廣泛運用在高層構(gòu)筑物、地鐵、道路下穿線等深基坑工程支護(hù)中，在飽和含水地層中可采用全套管的跟進(jìn)施工使樁順利穿越，同時有效防止孔內(nèi)流砂、涌泥等問題，尤其適用于無法采用錨桿支護(hù)的基坑和淤泥、地下水富集等止水困難的基坑支護(hù)。
　　2   深基坑支護(hù)發(fā)展趨勢及研究方向
　　城市建設(shè)的快速發(fā)展為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的研究與優(yōu)化提供了一個廣闊的舞臺，也引起了相關(guān)人士的廣泛關(guān)注，深基坑支護(hù)技術(shù)處于快速發(fā)展中，其發(fā)展趨勢主要反映在以下四個方向。
　　（1）發(fā)展信息監(jiān)測與智能化施工技術(shù)。
　　基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，由于勘測的局限引起土體強(qiáng)度參數(shù)的不準(zhǔn)確、支護(hù)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)設(shè)計理論本身缺陷、基坑施工的動態(tài)化過程等影響，往往使得設(shè)計的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形與工程實際相差較大，導(dǎo)致基坑工程事故頻發(fā)，所以，基坑的施工應(yīng)遵循“邊施工、邊觀察”的原則，實施動態(tài)監(jiān)測監(jiān)控、動態(tài)設(shè)計。只要有實時監(jiān)測信息，就可根據(jù)監(jiān)測信息進(jìn)行科學(xué)抉擇，實時調(diào)整施工作業(yè)速度與進(jìn)度，即實現(xiàn)信息化施工，以確保施工安全和經(jīng)濟(jì)安全;目前已有在SMW工法樁中置入了大量傳感器成功地實施了實時監(jiān)測的先例，但深基坑支護(hù)施工時能實施實時監(jiān)測的系統(tǒng)還有待進(jìn)一步發(fā)展，亟需研發(fā)深基坑工程施工中能實施實時監(jiān)測的新設(shè)備、新技術(shù)以及建立以監(jiān)測信息反饋為主導(dǎo)的動態(tài)化設(shè)計系統(tǒng)。
　?。?）聯(lián)合支護(hù)體系開發(fā)應(yīng)用。
　　在基坑工程中，單一的支護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)很難實現(xiàn)復(fù)雜的深基坑工程的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等綜合性控制目標(biāo)，為實現(xiàn)較好的綜合性控制目標(biāo)，必然將兩種或兩種以上的支擋結(jié)構(gòu)聯(lián)合起來，如“錨桿+土釘墻”、“錨桿+地下連續(xù)墻”、“土釘墻+地下連續(xù)墻”、“預(yù)應(yīng)力錨桿+樁+土釘墻”三者聯(lián)合等。聯(lián)合支護(hù)技術(shù)首先是彌補(bǔ)單一支護(hù)結(jié)構(gòu)的不足，充分發(fā)揮每種支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，擴(kuò)大其適用范圍;其次，聯(lián)合支護(hù)還可實現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的多重功能，如支擋與止水兩重功能、臨時支護(hù)與永久結(jié)構(gòu)功能。在選擇聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)時，應(yīng)綜合考慮各支護(hù)結(jié)構(gòu)各自的特點、地質(zhì)水文條件、場地等優(yōu)化組合，從而獲得最好的技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)。
　?。?）研究新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算理論。
　　在深基坑工程的逐步發(fā)展中，研發(fā)了大量的聯(lián)合支護(hù)方案和新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，如：組合拱帷幕、雙（多）排樁、鋼筋混凝土多孔板、旋噴樁錨、錨桿復(fù)合土釘墻等，新型支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體間的作用機(jī)理更為復(fù)雜，如果采用現(xiàn)有的設(shè)計計算理論得到的結(jié)果可能與實際情況相去甚遠(yuǎn)，為了使設(shè)計結(jié)果更接近實際情況，進(jìn)行新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理及設(shè)計計算方法的研究就非常必要。
　?。?）優(yōu)化深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　在進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計時，既要考量保證深基坑的施工安全和基坑周邊環(huán)境的正常使用的技術(shù)指標(biāo)，也要考量經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，即需兼顧經(jīng)濟(jì)與技術(shù)，因此，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計非常必要和緊迫，在選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)時，應(yīng)充分利用各種支護(hù)方法各自的特點，綜合考慮深基坑工程的地質(zhì)、水文、場地周圍環(huán)境條件等選用支護(hù)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計方案，從而獲得技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會等綜合指標(biāo)較優(yōu)的支護(hù)體系。因此，進(jìn)行深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化必將成為深基坑支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域里很有潛力的研究方向之一。
　　3   結(jié)語
　?。?）深基坑工程是與眾多因素相關(guān)的技術(shù)要求高和綜合性強(qiáng)的工程，在深基坑支護(hù)中，土體加強(qiáng)以土釘為主，擋土以樁、墻為主，止水以地下連續(xù)墻為主，為提高支撐穩(wěn)定能力以撐、錨為主，為解決錨桿土質(zhì)較差的不適用及錨桿對基坑外鄰近建筑及管線的影響，可以采用內(nèi)支撐，為了解決內(nèi)支撐的材料浪費及占用基坑內(nèi)的有限空間對施工帶來的不便，可以采用雙排樁、“樁墻合一”等技術(shù)，為解決單一支護(hù)方法難以獲得安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等綜合性控制指標(biāo)較佳，需要聯(lián)合多種支護(hù)結(jié)構(gòu)，采取兩種或兩種以上支護(hù)結(jié)構(gòu)的組合支護(hù)技術(shù)。
　?。?）為滿足建設(shè)對地下空間的加速增長，基坑工程為各界專家、學(xué)者及施工技術(shù)人員提供了一個寬廣的舞臺，在深基坑工程中，對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)展新型的聯(lián)合支護(hù)體系、完善新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算理論以及發(fā)展信息化監(jiān)測與智能化施工，必將成為深基坑工程的主要研發(fā)方向。