孟曉

（湖北省工業(yè)建筑集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430076）

1 市政工程深基坑施工分析

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)速度不能滿足人們的社會(huì)需求，很多城市建筑開始向地下空中發(fā)展。市政基坑工程大規(guī)模發(fā)展帶來周邊環(huán)境安全問題，市政工程深基坑大多處于建筑物道路等密集區(qū)，基坑開挖要保證穩(wěn)定注意周邊環(huán)境的保護(hù)，避免對(duì)鄰近建筑物帶來不利影響[1]。目前通過基坑工程設(shè)計(jì)可以計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)變形受力，基坑施工中受工程地質(zhì)條件限制難以形成通用理論，基坑實(shí)際變形與理論計(jì)算值出現(xiàn)較大偏差，亟需加強(qiáng)對(duì)市政工程深基坑施工技術(shù)的研究。

1.1 市政工程深基坑施工的影響

市政工程基坑開挖中要控制變形，嚴(yán)格控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形減小周邊地表沉降，土體自重應(yīng)力釋放改變基底地層的應(yīng)力狀態(tài)[2]?；娱_挖后支護(hù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)外側(cè)土壓力差下產(chǎn)生側(cè)移，支護(hù)結(jié)構(gòu)豎向位移往往被忽視，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生豎直向上的位移，對(duì)周邊環(huán)境帶來很大的危害。基坑開挖變形類型包括基底隆起與支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，基底隆起是引起基坑周圍變形的重要原因?；幼冃问艿酵临|(zhì)與開挖深度等因素影響。圖1 為基坑坑底彈性隆起。

圖1 基坑坑底彈性隆起

市政基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)變形包括豎向與水平位移部分，基底隆起是上部土體突然卸荷使基底土體原始應(yīng)力狀態(tài)改變反應(yīng)，分為彈性與塑性隆起，基坑開挖到一定深度發(fā)生塑性變形，基坑內(nèi)外土體壓力差增加引起基底周邊地面沉降?；茁∑鹆抗浪惆ǚ謱涌偤头ǎ?jīng)驗(yàn)法與數(shù)值分析法[3]。基坑開挖導(dǎo)致周邊土體產(chǎn)生豎向與水平位移，不同位置建筑物產(chǎn)生變形，附加應(yīng)力增加到一定程度建筑物產(chǎn)生裂縫。地表變形引起建筑物損壞包括均勻與不均勻沉降損壞，基坑開挖中建筑物受多種地表變形的影響，應(yīng)對(duì)地表土體變形監(jiān)控。建筑物允許變形指在自重作用下沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。目前基坑工程發(fā)展成為集勘察設(shè)計(jì)施工監(jiān)測(cè)于一體的綜合學(xué)科，必須以工程地質(zhì)等資料為依據(jù)進(jìn)行基坑設(shè)計(jì)施工，市政深基坑工程大多位于城市道路管線密集區(qū)，對(duì)基坑變形提出嚴(yán)格的要求。

1.2 市政工程深基坑支護(hù)施工技術(shù)

我國城市地下工程建設(shè)起步較晚，隨著城市軌道交通工程等大量建設(shè)，地鐵輕軌等公共交通迅速發(fā)展促進(jìn)建筑科技的進(jìn)步，建筑深度大對(duì)基坑工程要求高，為建筑施工帶來很大的困難。市政工程深基坑施工包括巖土工程勘察，基坑開挖與地層位移預(yù)測(cè)等，工程調(diào)查主要是確定巖土參數(shù)與地下水參數(shù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)包括擋土墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)及土體加固等，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮地下水狀況，提供施工設(shè)施場地等?；娱_挖支護(hù)施工包括土方降水與施工組織設(shè)計(jì)等。

市政深基坑工程支護(hù)方法主要包括明暗挖法，鉆井法與注漿法等。明挖法施工簡單經(jīng)濟(jì)安全，一些基坑可直接開挖，基坑深度大通常采用支護(hù)，城市地下工程發(fā)展初期主要采用鋼板樁加井點(diǎn)降水滿足基坑施工安全[4]。隨著基坑深度的加大，支護(hù)技術(shù)出現(xiàn)擋土擋水與支承系統(tǒng)，常見深基坑支護(hù)類型包括直接開挖，擋水土支護(hù)系統(tǒng)與支承支護(hù)系統(tǒng)。擋水土支護(hù)系統(tǒng)包括深層攪拌支護(hù)，混凝土灌注樁與地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)等；支撐支護(hù)主要是混凝土鋼結(jié)構(gòu)與錨桿支護(hù)技術(shù)。暗挖法適用于城市中不能采用明挖法地方，施工原則是管超前短開挖快封閉，用鋼管超前棚頂導(dǎo)管注入水泥漿增強(qiáng)圍巖自穩(wěn)能力，先進(jìn)行環(huán)狀開挖預(yù)噴5cm 混凝土后噴30cm 形成初期支護(hù)。巖石中進(jìn)行暗挖施工通常采用鉆爆法。

目前基坑工程向大深度大面積方向發(fā)展，逆作法施工受樁承載力限制很大，如何降低沉降加快進(jìn)度成為今后研究方向。目前有支護(hù)深基坑工程中大多以人工挖土為主，土釘支護(hù)方案實(shí)施充分運(yùn)用噴射混凝土技術(shù)，濕式噴射混凝土逐步取代干式噴射混凝土。通過施加預(yù)應(yīng)力法控制變形逐步推廣，采用深層攪拌技術(shù)對(duì)土體加固成為控制變形的有效手段[5]。為保護(hù)地下水資源采用帷幕式支護(hù)，采用旋噴樁等工法構(gòu)成止水帷幕。為避免軟土地基底部隆起，可采用深層攪拌裝對(duì)基底部土地加固提高強(qiáng)度?；庸こ贪l(fā)展是新支護(hù)形式出現(xiàn)帶動(dòng)分析方法產(chǎn)生。

2 市政工程深基坑施工支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用

市政工程基坑變形分為圍護(hù)結(jié)構(gòu)與坑外地表沉降，基坑開挖后土體卸載導(dǎo)致產(chǎn)生水平與豎向變形，圍護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)變形促使坑外土體向坑內(nèi)移動(dòng)，坑底隆起土體與坑外土體形成塑性聯(lián)通區(qū)，坑外地表沉降與基底降水引起附加應(yīng)力有關(guān)，基坑降水處理不當(dāng)會(huì)引發(fā)流土管涌等滲透破壞，滲透力在坑內(nèi)方向上，坑外土體向坑內(nèi)移動(dòng)導(dǎo)致地表沉降。市政深基坑工程支護(hù)施工技術(shù)包括懸臂式結(jié)構(gòu)，土層錨桿支護(hù)，土釘墻與重力式結(jié)構(gòu)等，需要根據(jù)工程實(shí)際合理設(shè)計(jì)選擇支護(hù)施工方案。

2.1 市政工程深基坑支護(hù)施工方法

市政工程深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作用是承受水土水平壓力，依靠支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入土層部分水平阻力及拉錨支撐保護(hù)支護(hù)土壁穩(wěn)定，保證基坑和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工安全進(jìn)行。市政深基坑工程支護(hù)施工方法包括重力式支護(hù)，土層錨桿與懸臂式支護(hù)等。懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)選材包括鋼筋混凝土板樁支護(hù)等，地下錨固部分結(jié)構(gòu)可視為剛性懸臂靜定結(jié)構(gòu)，支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部無水平拉桿，支護(hù)結(jié)構(gòu)在主動(dòng)土壓力推動(dòng)下向左轉(zhuǎn)動(dòng)。深基坑支護(hù)土壓力理論未正式提出，土壓力計(jì)算與支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度等有關(guān)。

錨拉式支護(hù)結(jié)構(gòu)選材與懸臂式支護(hù)相同，在頂部加設(shè)抗拉結(jié)構(gòu)形成支護(hù)體系節(jié)約材料，拉結(jié)錨固結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。土錨桿是在地下水墻面開挖土層鉆孔擴(kuò)大端部形成球狀，灌入水泥漿與土層結(jié)合成為抗拉力強(qiáng)的錨桿。土層錨桿應(yīng)用較多的為壓漿式，土層錨桿由錨頭拉桿與錨固體組成，錨桿材料包括鋼筋鋼管與鋼絞線，鋼拉桿單桿多用直徑26mm 螺紋鋼筋，錨固體多由水泥漿在壓力灌注下成型。錨桿埋深應(yīng)保證不使引起地面隆起與地基剪切破壞，水平間距1.0～4.5m，錨桿傾角不宜小于12.5°。單桿錨桿承載力通過抗拔試驗(yàn)確定，由錨固體與土體間的極限抗拔力確定。

2.2 市政工程深基坑支護(hù)選型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

市政基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際土質(zhì)選擇適合的支護(hù)類型，項(xiàng)目基坑支護(hù)選型關(guān)系到工期成本與安全。選用圍護(hù)體系原則是安全可靠經(jīng)濟(jì)合理保證工期。合理選擇基坑支護(hù)形式要結(jié)合實(shí)際土質(zhì)情況決定，隨著深基坑工程的大量出現(xiàn)，工程采用支護(hù)方法包括放坡開挖，鋼板樁等類型?；又ёo(hù)是系統(tǒng)性強(qiáng)的工程，要充分認(rèn)識(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求保證安全下保證鄰近市政管道沉降在規(guī)范要求內(nèi)，全方位綜合考慮才能合理選型。

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要充分考慮土體在開挖動(dòng)態(tài)下應(yīng)力重分布情況，預(yù)測(cè)失穩(wěn)前兆制定相應(yīng)的措施，承載極限力要控制模擬基坑位移變形量，通過相應(yīng)的支護(hù)理論計(jì)算模擬分析安全穩(wěn)定性?；舆x型設(shè)計(jì)包括結(jié)合土質(zhì)性能選擇支護(hù)體系，驗(yàn)算基坑支護(hù)體系涉及的穩(wěn)定性等方面要求。不同地區(qū)工程場地應(yīng)用土質(zhì)差異大，土壓力難以確定，土方開挖土體發(fā)生應(yīng)力重分布，準(zhǔn)確確定土壓力對(duì)基坑設(shè)計(jì)計(jì)算非常重要。土壓力大小是擋土墻設(shè)計(jì)的依據(jù)，按擋土墻位移將土壓力分為主被動(dòng)與靜止土壓力。目前土壓力計(jì)算主要采用庫倫理論，通過假設(shè)條件成立可以簡化問題。深基坑支護(hù)種類較多，根據(jù)計(jì)算方法分為常規(guī)設(shè)計(jì)法及有限元法。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)懸臂式排樁內(nèi)力計(jì)算靜力平衡法根據(jù)土壓力隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入土體深度發(fā)生變化求出樁進(jìn)入土體深度。計(jì)算板樁最大彎矩點(diǎn)為結(jié)構(gòu)斷面剪力為零點(diǎn)，布魯姆計(jì)算法是將原來樁腳出現(xiàn)被動(dòng)土壓力被集中力E 代替的方式?；蚕禂?shù)法是將樁作為彈性地基的量，解法包括直接用數(shù)學(xué)法彈性撓曲微分方程求解及有限元求解。單支點(diǎn)排樁計(jì)算與頂端自由排樁簡化模型計(jì)算方法不同，支點(diǎn)選擇方式取決于樁的埋深。目前普遍應(yīng)用彈性地基梁法將樁作為彈性地基梁，等值梁法是圖解分析法的簡化。平衡法前提是圍護(hù)結(jié)構(gòu)可視為簡支梁通過力矩平衡求解法。單點(diǎn)排樁支護(hù)不能滿足深基坑現(xiàn)場需要，為減少支撐樁的彎矩可設(shè)置多層支撐，要考慮設(shè)置多道錨桿固定，具體設(shè)置支撐層數(shù)根據(jù)現(xiàn)場土的類型，周邊環(huán)境等因素確定。

3 市政工程深基坑施工控制技術(shù)

80 年代我國建造高層建筑基坑深度多為1～2 層，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑地下室部分發(fā)展到3～5 層，無法滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全要求，由于缺乏設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)軟基坑支護(hù)失效每年達(dá)1/4 左右?；邮Ｊ桨拥茁∑?，地基承載力失穩(wěn)等。深基坑市政工程施工要加強(qiáng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)合實(shí)際合理選擇設(shè)計(jì)支護(hù)方案，加強(qiáng)對(duì)周邊環(huán)境擾動(dòng)施工的控制。

3.1 市政工程深基坑施工工藝方案

某廣場規(guī)劃用地面積9.33 萬m2，建筑地上39.00m2，項(xiàng)目包括商業(yè)綜合體，7 棟32 層住宅及底商。工程基坑分為大商業(yè)區(qū)與住宅樓區(qū)獨(dú)立基坑，住宅樓區(qū)基坑面積3.2 萬m2，工程基坑開挖深度以至承臺(tái)底為準(zhǔn)。根據(jù)場地工程水文地質(zhì)等條件采用旋噴樁等支護(hù)形式。住宅基坑間窄長形土條部分采用兩側(cè)PHC 管樁。大商業(yè)區(qū)東西側(cè)深基坑采用灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方式?；觽?cè)壁安全等級(jí)為1 級(jí)，道路及堆場荷載為20kPa。

市政廣場基坑由商業(yè)區(qū)與住宅區(qū)獨(dú)立基坑組成，大商業(yè)區(qū)基坑開挖深度介于9～18m，場地地下水初見水位埋深為2.3～4.4m。選取模型進(jìn)行分析模擬，選取寬度170m 深30m 的土體為模型研究，假設(shè)豎直方向允許發(fā)生變形。圖2 為支護(hù)結(jié)構(gòu)模型圖。基坑計(jì)算理論基礎(chǔ)上假設(shè)用板單元代替擋土墻模擬分析。基坑土方開挖首先進(jìn)行灌注樁與旋噴樁施工，然后設(shè)置錨桿與腰梁。分析土體有效應(yīng)力隨土方開挖過程發(fā)生變化，初始荷載加載影響下基坑內(nèi)側(cè)土體有效應(yīng)力伴隨基坑開挖深度增加?；油练介_挖中土體相互作用力再平衡，模擬發(fā)現(xiàn)沉降區(qū)在基坑上部5～7m 的位置，后期土體穩(wěn)定沉降值較小。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)模型

3.2 市政工程深基坑施工控制

市政深基坑工程通常處于建筑物道路等密集區(qū)，深基坑施工中土體應(yīng)力場改變，基坑周邊地表沉降影響基坑周邊環(huán)境。計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展得到廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)強(qiáng)大功能推動(dòng)深基坑工程的快速發(fā)展。深基坑開挖中周邊環(huán)境安全與支護(hù)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，支護(hù)結(jié)構(gòu)位移與周邊環(huán)境安全性存在關(guān)系，可利用控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形法減小對(duì)周邊土體的變形。在錨索與土體作用下，基坑變形與支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度等因素有關(guān)，合理確定錨索傾斜角等支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)減小基坑變形非常重要。

根據(jù)工程實(shí)際情況綜合選用旋挖灌注樁，預(yù)應(yīng)力錨桿等施工工藝。深基坑工程旋挖灌注樁樁徑為0.8～1.0m，混凝土等級(jí)為水下C30。成孔設(shè)備就位后確保施工中不發(fā)生傾斜移動(dòng)，采取措施控制機(jī)械鉆孔深度。灌注樁混凝土澆筑關(guān)鍵部位是水位下部分，為提高混凝土澆筑質(zhì)量要結(jié)合實(shí)際情況，考慮在水下混凝土配置時(shí)加入高效減水劑。工程基坑止水帷幕采用雙重管高壓旋噴樁長為10～16m，采用P.C 32.5 普通硅酸鹽水泥為泥漿護(hù)壁，高壓旋噴樁采用雙重管施工法，空壓機(jī)壓力為0.7MPa。工程支護(hù)樁采用灌注樁，端部位移大為基坑支護(hù)帶來不利影響，通過預(yù)應(yīng)力錨桿固段埋置穩(wěn)定地層限制圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移。

4 結(jié)語

本文總結(jié)深基坑施工支護(hù)技術(shù)類型，對(duì)不同支護(hù)方案類比分析，確定安全可靠的支護(hù)方式?；娱_挖引起周邊地表的沉降，基坑開挖深最大沉降點(diǎn)與基坑距離近，探討相關(guān)因素影響下基坑周邊地表變化規(guī)律；利用有限元軟件建立基坑開挖數(shù)值模擬計(jì)算模型，發(fā)現(xiàn)樁體側(cè)向變形存在明顯空間效應(yīng)。通過施工工程范例闡明深基坑支護(hù)技術(shù)適用范圍，積極推廣應(yīng)用新工藝促進(jìn)深基坑工程施工的發(fā)展。