張一帆 吳恒擁 門 凡 董 杰

(1.武漢建工集團股份有限公司，湖北 武漢 430000；2.中交第二航務工程勘察設(shè)計院，湖北 武漢 430000；3.中建二局華北公司陜西分公司，陜西 西安 710000；4.武漢中建工程管理有限公司，湖北 武漢 430000)

隨著建筑行業(yè)迅猛發(fā)展，大型高層、超高層建筑數(shù)量勢如破竹般增加。隨著很多高層建筑都設(shè)計了地下室，深基坑施工也成為一個必然，但由于在當前土地資源緊張、人口密集度高的城市中進行深基坑施工，會遇到許多阻礙，整個施工過程會涉及安全性能、經(jīng)濟性能和施工時間等因素，因此如何科學合理選擇支護方法，提高地基穩(wěn)定性，降低對周邊環(huán)境影響等，一直是本行業(yè)研究熱門話題。

城市綜合體安全施工和基本品質(zhì)，以及基坑支護類型選擇有著較大聯(lián)系，需要有關(guān)人員合理有效融合設(shè)計規(guī)劃、地質(zhì)構(gòu)造等環(huán)節(jié)，充分研究基坑支護方式特點，運用合理、恰當?shù)姆绞酱_?；邮┕ぐ踩?，進而推動項目順利開展?；又ёo施工過程中，需要重點關(guān)注施工安全性，這是施工的重難點部分，需要有關(guān)人員從全面角度選擇好基坑支護類型，保證基坑開挖安全可行性[1]。

1 傳統(tǒng)深基坑支護技術(shù)分析

1.1 排樁支護

基坑排土支護系指由呈隊列間距排列的鋼筋混凝土人工挖孔樁、開挖灌注樁、沉管灌注樁、打入式預應力管樁等所構(gòu)成的擋土體系。

排樁支護的主要優(yōu)點和適用范圍：(1)對不同地質(zhì)條件要求適應性強、建筑結(jié)構(gòu)簡單、容易運行且基礎(chǔ)設(shè)施投資一般不會較大，排樁式支護是目前使用較多的一項技術(shù)；(2)排樁通常多用作坑深7m～15m地基上建筑施工，并制作成排樁防護擋墻，在頂部澆筑混凝土圈柱；(3)其結(jié)構(gòu)強度較大，具有一定抗彎折能力且變化范圍和程度較小；(4)施工過程中震動和產(chǎn)生的噪音較小，并且也沒有出現(xiàn)擠土現(xiàn)象，對周圍環(huán)境影響較??；(5)當建筑樁也是灌注樁時，可同時澆筑，這樣便于施工組織、工期較短；(6)當施工影響最大深度內(nèi)地下水位很高并存在較強透水層時，必須采取隔水措施或降水保護措施；(7)當建筑水深變化很大并對邊坡變形要求較嚴格時，須結(jié)合錨拉體系以及支護體系使用[2]，如圖1所示。

圖1 排樁支護示意圖

1.2 鋼板樁支護

鋼管樁支撐一般是在較深地基內(nèi)，采用帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼訂制而成的鋼管樁，與這些型鋼柱之間聯(lián)接便構(gòu)成了鋼管樁墻體，如圖2所示。

圖2 鋼板樁支護示意圖

這種支護技術(shù)多用于超過5m的基坑工程。該種支護方法作業(yè)相對簡單，且經(jīng)濟效益也較好，所以使用比較普遍。而鋼板樁施工則主要分為鋼板樁打設(shè)、樁孔處理、基坑開挖等流程。例如槽鋼鋼板樁就是地基支承構(gòu)件鋼板樁的一種，是用簡單鋼板樁圍護外墻，通常由槽鋼正面和反面扣搭接長度相同或并排組成，槽鋼高度通常在6m～8m，在進入地下室時，當頂板超過地基高程時設(shè)一個拉錨或支承。這種樁抗折彎力較強，通常適用在深度不大于4m的地基上，但槽鋼搭設(shè)時不牢固，也無法完全止水。該種樁施工較簡單，且槽鋼也可循環(huán)使用，具備持久性好、建筑施工簡便、二次效率好和施工時間短等優(yōu)勢，但無法擋水和土中的微小粒子，在地下水位較高地方應采用隔水或降雨方法，抗彎性能較弱，支撐強度低，澆筑后變化大。

1.3 土釘墻支護

(1)概念?；炷涟鍓χёo，主要指用密實混凝土板群、經(jīng)密封混凝土體、澆注混凝土基層，構(gòu)成一種整體、穩(wěn)定和牢固的擋土結(jié)構(gòu)，從而更好應對從墻外所帶來的其他作用力，更保障深基坑挖掘以及邊坡的平穩(wěn)安全性。

(2)優(yōu)勢。在開展基坑工程施工時，會出現(xiàn)一些維持一定垂直界限的臨界點，并且如果該水域超過水的深度或者地基出現(xiàn)嚴重超載狀況時，就會出現(xiàn)突然間損壞等狀況，然而土釘墻技術(shù)則是通過在砼體側(cè)安裝一定直徑和分布密度的土釘體，使之與砼體一起作用，以彌補混凝土體強度不足問題，使土體更加平穩(wěn)。土釘墻支護要求土體自身承重力應使盡使，合理有效達到支護效果。該支護構(gòu)造具有較好熱柔特性，并且不斷優(yōu)化其抗震能力，具備較強延伸性。與此同時，其施工速度較快，施工比較便利，不需要再占用其他場地。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全、施工簡單，且工期短、效果較好、經(jīng)濟效益好、尤其在土質(zhì)較好區(qū)域，應該積極引進。劣勢：土壤較差區(qū)域無法使用。

(3)施工技術(shù)重點。該類支護自身具有較強擋土性質(zhì)，其施工方式最主要是以噴射水泥施工為主，同時不斷挖掘和鋪設(shè)鋼筋。如圖3所示。實施過程中，要始終保持混凝土板的可靠性以及平穩(wěn)性，根據(jù)現(xiàn)實具體狀況，精確計算和測量出混凝土板具體厚度以及牽引力大小。結(jié)合現(xiàn)場施工實際需要，對拉拔力進行研究。要想使基坑開挖方案和土釘墻支護方案能夠更加契合，要求事先對基坑周圍環(huán)境展開調(diào)查，對施工現(xiàn)場進行一定排查和分析，實時監(jiān)控施工場地周圍排水情況，降低地下水位等，防止出現(xiàn)管線破裂或其他意外事件發(fā)生。

圖3 土釘墻支護示意圖

1.4 地下連續(xù)墻支護

(1)含義。地下連續(xù)墻通過合理有效利用專門的機器設(shè)備，按照工程規(guī)劃要求，沿施工場地周圍進行挖掘，在泥漿護墻周邊開展挖掘活動，以此產(chǎn)生筆直的濠溝段，把事先做好的鋼筋直徑籠裝于槽段之中，再選擇相應導管方法開展水下砼澆注工作，以此構(gòu)建完備的單元墻段。如圖4所示。依據(jù)成墻方式，合理有效將排樁式、槽板式、組合式進行區(qū)分，根據(jù)墻體應用，可區(qū)分為抗?jié)B墻體、臨時式擋土墻穩(wěn)定性、長期擋土墻。

圖4 地下連續(xù)墻支護

(2)優(yōu)點。這種支護方法具有很大剛度，適合于各種地質(zhì)需求，在實際施工之中造成地面振動幅度較小，并且不會產(chǎn)生較為強烈的噪聲污染，對于施工周圍環(huán)境影響較小，還可以對其進行進一步防范，避免地面下層震動以及移動，保證其環(huán)保性。另一方面，該支護方法能夠減輕地面震動情況，也可以使噪聲降到最小，確保了施工周圍建筑不受影響。由于震動微弱，周圍土體也得到了較好的保護，不會出現(xiàn)下沉和移動等現(xiàn)象，可謂環(huán)保首選支護方法。

(3)施工技術(shù)重點。地下連續(xù)墻體具有較多澆筑工藝，包含導墻澆筑、配制砂漿、施工槽段等，其中導墻澆筑為施工重點部分，現(xiàn)澆法和預先準備是當前較為主要施工技術(shù)。導墻結(jié)構(gòu)需要使用現(xiàn)澆砼構(gòu)件，抗拉強度等級應大于等于C20，距離厚度宜大于200mm，若選取雙向配筋，距離宜小于200mm。傳統(tǒng)深基坑支護手段對比見表1。

表1 傳統(tǒng)深基坑支護手段對比

2 深基坑支護新技術(shù)及其應用要點

2.1 復合土釘墻

復合混凝土支護工藝，可按照對土壤特性、地基深度、對周圍環(huán)境影響程度及其施工要求等加以靈活有機組合，適用性廣泛，便于工程設(shè)計實施，能大大縮短建設(shè)周期，節(jié)約工程造價。隨著研究內(nèi)容與工藝方法的不斷更新，對干凍土分布、濕陷型黃土、熱膨脹土、鹽漬土以及特殊土壤地區(qū)的應用研究也已深入開展。

綜合式土釘墻支護方法，是在傳統(tǒng)土釘墻施工技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一項工藝領(lǐng)先、便于施工、經(jīng)濟效益理想、整體性能優(yōu)秀的深基坑支撐新型技術(shù)。該方法是將傳統(tǒng)土釘墻一項或若干項支撐工藝以及止水工藝等進行有機組合，最終形成支撐系統(tǒng)，打破了傳統(tǒng)土釘墻所無法使用的技術(shù)領(lǐng)域，并且延續(xù)了傳統(tǒng)土釘墻諸多優(yōu)勢。主要由土釘、外部預應力錨索、微型樁、止水帷幕、掛網(wǎng)噴射砼面層、原位混凝土體等要素組成，適合于粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、砂土、破碎巖石、全風蝕和強烈風化作用巖石，因此受到工程設(shè)計單位和施工單位一致好評。

2.2 預制地下連續(xù)墻

地下連墻技術(shù)所具備的諸多優(yōu)勢促使其在我國獲得了普遍運用，但傳統(tǒng)地下連墻技術(shù)仍然面臨不少困難，如在某些特定地質(zhì)條件下，由于施工技術(shù)難度較高、建筑施工技術(shù)不當或建筑地質(zhì)環(huán)境條件特殊等，會產(chǎn)生墻段錯縫、滲漏，以及廢棄水泥，對周圍環(huán)境造成危害。但相對而言，預制裝配式地下連墻技術(shù)則具備了傳統(tǒng)地下連墻技術(shù)所缺乏的許多優(yōu)點，如在預制后可以通過不同結(jié)構(gòu)方法來提高和增強地下連墻承載力的均勻度，進而使墻體質(zhì)量可以得以進一步提高等。連墻體穩(wěn)定性較高，防滲能力好，施工效率較高，且能夠很好適應未來綠色施工發(fā)展趨勢。后張法預應力地下連續(xù)墻在減少圍護墻體自身變化和維護周邊環(huán)境上，效益遠遠好于傳統(tǒng)地下連續(xù)墻體和前張法預應力地下連續(xù)墻體，同時由于墻體厚度可以更薄，承載重量也較小，因此可以顯著降低水泥使用，從而減少開挖時間，進而降低工程造價。

2.3 內(nèi)支撐和錨桿

(1)含義。深基坑支撐構(gòu)造主要類型有內(nèi)支撐和錨桿，兩種類型都能達到剛度較強、移動少、基坑形變程度小等效果，使基坑施工更加安全合理。施工環(huán)境變化是不可控的，為了減輕該方面對基坑施工帶來的影響，在施工前一定要做好勘察和分析工作，掌握第一手地質(zhì)信息，避免施工現(xiàn)場出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

(2)優(yōu)勢。支擋式擋土結(jié)構(gòu)其核心組成部分便是內(nèi)支撐，受拉桿一端依靠錨桿支護穩(wěn)定固定于地層中，另一端與其城市施工工程構(gòu)筑物連接，維持所使用地層中錨桿的穩(wěn)固，構(gòu)筑物以及巖土現(xiàn)實使用平穩(wěn)性。施工時，可以利用錨桿代替鋼筋混凝土支撐，達到節(jié)約材料目的，對于城市綜合體這種可使用面積大、支撐布設(shè)較難的施工情況而言，這種方法優(yōu)勢更加明顯。

(3)施工技術(shù)重點。錨桿實際抗拔力可通過試驗確定，保障其施工安全性。上述支護形式對深度較大基坑應用成效較佳，可有效規(guī)避墻體形變風險[3]。

錨桿極限抗拔承載力計算公式如下。

其中：Kt代表的是錨桿抗拔的安全系數(shù)。其安全等級分為1、2、3三個等級，其對應安全系數(shù)應分別不小于1.8、1.6、1.4。Nk代表的是錨桿軸向拉力的標準值，其單位為kN。Rk代表的是錨桿極限抗拔承載力的標準值，其單位為kN。

3 結(jié) 語

深基坑圍護工程方法選擇至關(guān)重要，由于各種圍護施工方法在時間、費用和施工便利性上差別較大，因此怎樣在保證地基穩(wěn)定情況下，同時增加經(jīng)濟性和施工便利性，一直是基坑工程保護設(shè)計與施工中研究的重點課題，要綜合環(huán)境、成本、施工難度等進行考慮。