巖土工程深基坑支護(hù)技術(shù)探討

　   引言
　　 基坑工程是一個(gè)古老而又具有時(shí)代特點(diǎn)的巖土工程，它是一門實(shí)用性、經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科，但在當(dāng)前的實(shí)際施工中面臨著基坑越來越深的趨勢，尤其是在環(huán)保要求逐漸提高的今天，我們需要以更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度來對待深基坑支護(hù)問題。事實(shí)上，人類土木工程的頻繁活動(dòng)促進(jìn)了基坑工程的發(fā)展，特別是在2O世紀(jì)，隨著大量高層、超高層建筑以及地下工程的不斷涌現(xiàn)，對基坑工程的要求越來越高，隨之出現(xiàn)的問題也越來越多，迫使工程技術(shù)人員須從新的角度去審視基坑工程這一古老課題，導(dǎo)致許多新的經(jīng)驗(yàn)、理論或研究方法得以出現(xiàn)與成熟。
　　
　　 一、深基坑支護(hù)技術(shù)介紹
　　 常見的深基坑施工技術(shù)有鋼板樁支護(hù)、深層攪拌樁支護(hù)、排樁支護(hù)、地下連續(xù)墻、土釘墻、錨桿支護(hù)等，由于篇幅有限，下面筆者僅就其中的最主要的幾種作詳細(xì)介紹。
　　
　　 1.1 鋼板樁支護(hù)
　　 鋼板樁由帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼制成，把這種鋼板樁互相連接就形成鋼板樁墻，被廣泛應(yīng)用于擋土和擋水。目前鋼板樁常用的截面形式有U形、Z形和直腹板形。鋼板樁由于施工簡單而應(yīng)用較廣，但是鋼板樁的施工可能會(huì)引起相鄰地基的變形和產(chǎn)生噪聲振動(dòng)，對周圍環(huán)境影響很大，因此在人口密集建筑密度很大的地區(qū)，其使用常常會(huì)受到限制，而且鋼板樁本身柔性較大，如支撐或錨拉系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)其變形會(huì)很大，所以當(dāng)基坑支護(hù)深度大于7m時(shí)，不宜采用。同時(shí)由于鋼板樁在地下室施工結(jié)束后需要拔出，因此應(yīng)考慮拔出時(shí)對周圍地基土和地表土的影響。
　　
　　 1.2 深層攪拌樁支護(hù)
　　 深層攪拌樁(水泥土墻)是利用水泥或石灰等材料作為固化劑，通過深層攪拌機(jī)械，將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體(塊體或墻體)。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)多采用格柵形式，即重力壩式擋墻。當(dāng)基坑屬于二、三級(jí)基坑時(shí)，基坑深h≤7m，當(dāng)坑邊至紅線間有足夠的距離時(shí)，往往優(yōu)先采用，由于水泥屬不透水結(jié)構(gòu)，因此既能擋土又能擋水，具有良好的防滲效果。深層攪拌樁屬重力式結(jié)構(gòu)，靠本身重量即可抵抗側(cè)向力保持穩(wěn)定，一般內(nèi)部無支撐，便于基坑內(nèi)機(jī)械挖土和地下結(jié)構(gòu)施工，施工簡便、費(fèi)用較低，而且使用材料僅是水泥，所以具有較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，在特殊情況下受條件限制無法增大墻厚，而又需較嚴(yán)格控制變形時(shí)，在增設(shè)圍檁(腰梁、冠梁)和抗剪插筋后亦可增設(shè)支撐，基坑內(nèi)土體加固和加大嵌固深度亦屬限制變形的有效措施。
　　
　　 1.3 排樁支護(hù)
　　 排樁支護(hù)是指柱列式間隔布置鋼筋混凝土挖孔、鉆(沖)灌注樁作為主要擋土結(jié)構(gòu)的一種支護(hù)形式。柱列式間隔布置包括樁與樁之間有一定凈距的疏排布置形式和樁與樁相切的密排布置形式。柱列式灌注樁作為擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)有很好的剛度，但各樁之間的連系差必須在樁頂澆筑較大截面的鋼筋混凝土帽梁加以可靠連接，為了防止地下水并夾帶土體顆粒從樁間孔隙流人(滲入)坑內(nèi)，應(yīng)同時(shí)在樁間或樁背采用高壓注漿，設(shè)置深層攪拌樁、旋噴樁等措施，或在樁后專門構(gòu)筑防水帷幕。灌注樁施工簡便，可用機(jī)械鉆(沖)孔或人工挖孔，施工中不需要大型機(jī)械， 且無打入樁的噪聲、振動(dòng)和擠壓周圍土體帶來的危害，成本較地下連續(xù)墻低。
　　
　　 二、深基坑支護(hù)施工中存在的問題
　　 深基坑工程支護(hù)技術(shù)雖取得了不少成功的經(jīng)驗(yàn)，但仍存在一些問題。深基坑工程支護(hù)施工過程中常常存在的問題主要有以下幾種：
　　
　　 2.1 土層開挖和邊坡支護(hù)不配套
　　 常見支護(hù)施工滯后于土方施工很長一段時(shí)間，而不得不采取二次回填或搭設(shè)架子來完成支護(hù)施工。一般來說，土方開挖技術(shù)含量相對較低，工序簡單，組織管理容易。而擋土支護(hù)的技術(shù)含量高，工序較多且復(fù)雜，施工組織和管理都較土方開挖復(fù)雜。所以在施工過程中，大型工程均是由專業(yè)施工隊(duì)來分別完成土方和擋土支付工作，而且絕大部分都是兩個(gè)平行的合同。這樣在施工過程中協(xié)調(diào)管理的難度大，土方施工單位搶進(jìn)度，拖工期，開挖順序較亂，特別是雨期施工，甚至不顧擋土支護(hù)施工所需工作面，留給支護(hù)施工的操作面幾乎是無法操作，時(shí)間上也無法完成支護(hù)工作。
　　
　　 2.2 邊坡修理達(dá)不到設(shè)計(jì)、規(guī)范要求
　　 常存在超挖和欠挖現(xiàn)象，一般深基礎(chǔ)在開挖時(shí)均使用機(jī)械開挖、人工簡單修坡后即開始擋土支護(hù)的砼初噴工序。而在實(shí)際開挖時(shí)，由于施工管理人員不到位， 技術(shù)交底不充分，分層分段開挖高度不一，挖機(jī)械操作手的操作水平等因素的影響，使機(jī)械開挖后的邊坡表面平整度，順直度極不規(guī)則，而人工修理時(shí)不可能深度挖掘只能就機(jī)挖表面作平整度修整，在沒有嚴(yán)格檢查驗(yàn)收就開始初噴，故出現(xiàn)擋土支付后出現(xiàn)超挖和欠挖現(xiàn)象。
　　
　　 2.3 成孔注漿不到位、土釘或錨桿受力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求
　　 深基坑支護(hù)所用土釘或錨桿鉆孔直徑為100――150的鉆桿成孔， 孔深少則五、六米，深則十幾米，甚至二十多米，鉆孔所穿過的土層質(zhì)量也各不相同，鉆孔如果不認(rèn)真研究土體情況，往往造成出渣不盡，殘?jiān)练e而影響注漿，有的甚至成孔困難、孔洞坍塌，無法插筋和注漿。再者注漿時(shí)配料隨意性大、注漿管不插到位、注漿壓力不夠等而造成注漿長度不足、充盈度不夠，而使土釘或錨桿的抗拔力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響工程質(zhì)量，甚至要做再次處理。
　　
　　 三、巖土工程深基坑支護(hù)工程的防治措施
　　
　　 3.1 重視變形觀測，并注意及時(shí)補(bǔ)救
　　 巖土工程中深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形觀測的內(nèi)容包括：基坑邊坡的變形觀測、及周圍建筑物及地下管線變形觀測等。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)可以及時(shí)分析并及時(shí)了解土方開挖及支護(hù)設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的情況，分析其存在的偏差便可以及時(shí)的了解基坑土體變形狀況以及土方開挖影響的沉降情況還有地下管線的變形情況等。對設(shè)計(jì)中存在的偏差，在下部施工中及時(shí)校正設(shè)計(jì)參數(shù)，對已施工的部位采取恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)救和控制措施，為此，要求現(xiàn)場變形觀測的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)，要求變形觀測人員嚴(yán)格按照預(yù)定設(shè)計(jì)方案精心測量、認(rèn)真負(fù)責(zé)，保證觀測質(zhì)量。如果在實(shí)際測量中確實(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，就需要即時(shí)研究采取措施以防止其惡化。而一旦出現(xiàn)大的變形或滑動(dòng)，立即分析主要原因，做出可靠的加固設(shè)計(jì)和施工方案， 使加固工作快速而有效，防止變形或滑動(dòng)繼續(xù)發(fā)展。研究和應(yīng)用已有的基坑工程行業(yè)的和地區(qū)性規(guī)范以及當(dāng)?shù)氐墓こ探?jīng)驗(yàn)。 對于重大復(fù)雜的基坑工程目前國內(nèi)采用專家論證的形式，對保證工程安全、降低造價(jià)是有效和現(xiàn)實(shí)的一種方法。
　　
　　 3.2 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)深基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)理念
　　 近年來，我國在深基坑支護(hù)技術(shù)上已經(jīng)積累很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，初步摸索出巖土變化支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際受力的規(guī)律，為建立健全深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新理論和新方法打下了良好的基礎(chǔ)。但對于巖土深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際設(shè)計(jì)和施工方法仍處于摸索和探討階段，而且，目前我國還沒有統(tǒng)一的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，土壓力分布還按庫倫或朗肯理論確定，支護(hù)樁仍用“等值梁法”進(jìn)行計(jì)算。這些陳舊的計(jì)算理論所計(jì)算出的結(jié)果與深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力懸殊較大，既不安全也不經(jīng)濟(jì)。因此，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工程設(shè)計(jì)不應(yīng)該再采用以往傳統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)荷載法”，而應(yīng)徹底改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，逐步建立以施工監(jiān)測為主導(dǎo)的信息反饋動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)體系。
　　
　　 3.3 全程控制基坑支護(hù)的施工質(zhì)量
　　 巖土深基坑支護(hù)施工重在過程控制，一旦施工過程控制環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，事后糾正和補(bǔ)救都會(huì)比較困難。因此我們必須進(jìn)行嚴(yán)格的施工過程控制管理，確保施工質(zhì)量，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方案組織施工。工程施工前，有關(guān)人員需要熟悉當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)資料, 本次施工設(shè)計(jì)圖紙及施工現(xiàn)場周圍的環(huán)境，另外，降水系統(tǒng)應(yīng)確保正常工作，施工單位在施工過程中不得隨意改變錨桿位置、長度、型號(hào)、數(shù)量、鋼筋網(wǎng)間距、加強(qiáng)筋范圍、放坡系數(shù)等，設(shè)計(jì)方案變更時(shí)必須重新經(jīng)專家評審。
　　 基坑支護(hù)單位要與挖土單位緊密配合，堅(jiān)持分層分段開挖和分層分段支護(hù)的施工原則進(jìn)行施工。土方開挖的順序和具體開挖的方法必須與設(shè)計(jì)的工況相一致，并遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則，減少開挖過程中土體的擾動(dòng)范圍，縮短基坑開挖卸荷后無支撐的暴露時(shí)間，對稱開挖，均衡開挖，合理利用土體自身在開挖過程中控制位移的能力。巖土深基坑開挖的過程中應(yīng)采取措施以防止碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu),工程樁或撓動(dòng)基底原狀土，當(dāng)有異常情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)立即停止挖土，并應(yīng)立即查清原因和采取措施，巖土深基坑開挖完成后， 應(yīng)提醒建設(shè)單位盡快組織勘察,設(shè)計(jì),質(zhì)監(jiān),監(jiān)理,施工等部門進(jìn)行驗(yàn)槽，及早開始地下結(jié)構(gòu)工程的施工，嚴(yán)禁基坑長時(shí)間暴露，基坑回填前，支護(hù)層不能破壞，特別是坡腳部分。
　　
　　 四、深基坑技術(shù)的發(fā)展趨勢
　　 (1)目前，在有支護(hù)的深基坑工程中，基坑開挖大多以人工挖土為主，效率不高，今后必須大力研究開發(fā)小型、靈活、專用的地下挖土機(jī)械，以提高工效， 加快施工進(jìn)度，減少時(shí)間效應(yīng)的影響。
　　 （2）基坑向著大深度、大面積方向發(fā)展，周邊環(huán)境更加復(fù)雜，深基坑開挖與支護(hù)的難度愈來愈大。因此，從工期和造價(jià)的角度看兩墻合一的逆作法將是今后發(fā)展的主要方向。但逆作法施工受樁承載力的限制很大，采用逆作法時(shí)不能采用一柱一樁，而是一柱多樁，增加了成本和施工難度。如何提高單樁承載力，降低沉降，減少中柱樁(中間支承柱)，達(dá)到一柱一樁，使上部結(jié)構(gòu)施工速度可以放開限制，從而加快進(jìn)度，縮短總工期，這將成為今后的研究方向。
　　 (3)土釘支護(hù)方案的大量實(shí)施，使得噴射混凝土技術(shù)得以充分運(yùn)用和發(fā)展。為減少噴射混凝土的回彈量以及保護(hù)環(huán)境的需要，濕式噴射混凝土將逐步取代干式噴射混凝土。
　　 (4)為了減少基坑變形，通過施加預(yù)應(yīng)力的方法控制變形將逐步被推廣，另外采用深層攪拌或注漿技術(shù)對基坑底部或被動(dòng)區(qū)土體進(jìn)行加固，也將成為控制變形的有效手段被推廣。