对深基坑支护设计要求与思路的几点小议

关键词:基坑工程；支护设计；要求；思路 

1、引言 

随着城市的发展，高层建筑的开发,地下空间的发展,产生了大量的深基坑工程。不管是从技术安全的角度来考虑,还是从施工是否便利的角度,亦或是从环境保护的角度来考虑,深基坑支护工程都将是一个复杂的系统工程。我们知道,深基坑工程是一项临时性工程,一度地考虑安全问题会导致投资过多,但是反过来考虑,过于注重经济效益又可能导致基坑失稳破坏,因此如何选择一个科学合理的支护方案是就成了深基坑工程成败的关键。 

2、基坑支护的类型及基坑支护的设计要求 

近几年来,随着基坑深度的增大,基坑支护技术也较以前有了较大的进展,按功能来分,通常可以分为以下几类: 

(1)挡土系统:挡土系统的功能是通过形成支护排桩或支护挡土墙从而阻挡坑外土压力。常见的主要有钢板桩、深层水泥搅拌桩、钻孔灌注桩以及地下连续墙。 

(2)挡水系统:挡水系统的功能就是阻挡坑外渗水。常见的有深层水泥搅拌桩、旋喷桩、地下连续墙以及锁口钢板桩。 

(3)支撑系统:支撑系统的功能是支撑围护结构侧力,并限制围护结构位移。常见的有钢管与型钢内支撑、钢筋混凝土内支撑、钢与钢筋混凝土组合支撑。我们可以把常见的深基坑支护类型分为以下几类: 

(1)钢板桩支护 

建筑中用的钢板桩主要是由带锁口(或钳口)的热轧型钢制成,把这种钢板桩正反扣搭接或并排连接就形成了我们常说的钢板桩墙,主要可以用来挡土和挡水。但是钢板桩的施工对周围环境影响很大,不但会引起相邻地基的变形,而且容易产生噪声,因此在人口聚集区或建筑密度比较大的地区,此种支护类型往往受到限制。 

(2)深层搅拌水泥土围护墙支护 

深层搅拌支护是利用水泥作为固化剂,使用深层搅拌机的机械式搅拌方法,将固化剂和软土剂强制拌和,使二者之间产生一系列的物理化学反应,最终形成连续搭接的水泥土桩墙作为支护结构。但是其主要在于施工过程中发生的位移相对较大,不过通常情况下可采取中间加墩、起拱等措施来解决。 

(3)排桩支护 

排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔作为主要挡土结构的一种支护形式柱列式灌注桩的最大优点在于刚度强,但是桩与桩之间的缝隙易造成水土流失,为了避免地下水夹带土体颗粒从桩间缝隙渗入坑内,应同时在桩间或桩背采用高压注浆,设置深层搅拌桩等措施,或在桩后专门构筑防水帷幕。 

(4)地下连续墙 

地下连续墙的最大优点在于整体刚度大,而且具有良好的止水防渗效果,主要适用于地下水位以下的软粘土、砂土等多种地层条件以及复杂的施工环境。又可以作为拟建主体结构的侧墙,如果支撑得当,并且配合正确的施工方法,则可以可较好地控制软土层的变形。 

(5)土钉支护 

土钉支护是一种边坡稳定式支护,其作用与以上围护墙不同,它主要起主动嵌固作用,以此来增加边坡的稳定性。但是土钉墙的破坏几乎均是由于水的作用,水使土钉墙产生软化,引起整体或局部破坏,因此规定采用土钉墙工程必须做好降水,且其不宜作为挡水结构。 

(6) smw工法 

smw工法也称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入h型钢等,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构围护墙。通常情况下, h形钢承受侧向荷载,而水泥土则具有良好的抗渗性能,因此加筋水泥土墙具有良好的挡土和止水抗渗效应。smw支护结构的最大优点在于止水抗渗效果明显、施工时无噪音、对周围环境影响较小;而且适用范围广泛,一般情况下凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用。 

3、基坑支护的设计要求与设计思路 

基坑支护作为一个结构体系,应要满足稳定和变形的要求,即通常规范所说的两种极限状态的要求,即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态,对基坑支护来说就是支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏,出现较大范围的失稳。因此,基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数,不致使支护产生失稳,而在保证不出现失稳的条件下,还要控制位移量,不致影响周边建筑物的安全使用。 

因此,作为一项实践性极强的理论,我们不仅要将深基坑支护结构的稳定问题考虑进去,而且还应该根据周边环境条件,将支护结构的变形程度控制在一定的范围之内。通常情况下,支护结构位移控制以水平位移为主,主要是水平位移较直观,易于监测。对于一个支护结构的设计,不仅要考虑拟建工程的自然地形、地质条件、当地的经验及技术条件,还要考虑国家和地方以及行业现行的法律和法规。因此设计方案的重点在于可行性方案的筛选与优化,对支护结构方案的选择和优化可按以下步骤进行: 

(1)先对要施工的基坑支护工程进行考察,如果深度较大,应首先考虑悬臂式支护结构,该结构主要利用基坑地面以下土体提供的土压力来维持支护体系平衡,主要结构形式为桩排支护结构和地下连续墙两类,若边坡土质较好,地下水位较低,一般采用桩排支护结构。一般情况下,如果基坑较浅或被动区土层性质较好时,悬臂式支护方案较为经济合理;而当基坑较深或被动区土层性质较差时,该方案就相对不经济。 

(2)如果悬臂式支护结构不合理,我们还可以考虑其他形式的可行方案,比如钢板桩支护、土钉支护、网状树根桩加固、逆作法等。工程设计人员应根据工程的具体情况,具体问题具体分析,通过综合评定、比较分析的方法来确定支护结构的种类以及不同基坑支护方案所需的支护材料。 

(3)在设计支护方案的时候,还要充分考虑地下水的影响,因为它直接关系到设计方案的成败。但同时需要注意的是施工现场的土质是否适合井点降水,有时候还要考虑采用井点降水会不会影响周围环境,通常的情况下,为了减少井点降水对环境造成的负面影响(比如引起的地面附加沉降等),我们还可采用井点回灌技术,尽量将这种负面影响减少到最低程度。 

4、总语 

深基坑支护工程是基础施工所必须的临时结构,其工程造价与设计的合理性紧密相关,合理的设计是影响整个工程施工进度与造价的关键所在。在前文分析的基础上,不妨对基坑设计提出以下建议: 

(1)提高设计人员的素质。深基坑工程的设计方案,不仅与水文地质、工程地质条件相关,而且与地基土参数的实验方法、取值、地下水等都有着密切的关系。而这些复杂的外界因素都要求设计人员能够根据自身的基坑工程设计经验灵活确定基坑支护工程的最终设计方案。 

(2)采用动态设计和信息施工技术,确保基坑安全施工。在基坑工程实施过程中,由于外界不确定因素较多,设计人员要将基坑支护结构的薄弱环节,以及可能出现的事故应急方案全部考虑进去,必要时及时修改相应的设计方案,以将可能出现的损失减少到最低程度。另外动态设计方法与信息施工技术,对工程技术人员也提出了较高的要求,要求他们能够对施工过程中出现的问题及时进行信息反馈,并对搜集到的资料进行有效积累。