基坑支护及降水设计

　　建筑物的基坑支护设计是一门从实践中发展起来的技术。随着我国建设的发展，基坑支护技术有了较大的提高，出现了很多基坑支护型式。

 

　　同时，随着基坑支护工程的发展，基坑支护设计理论也有很大的提高。初期的设计理论主要基于挡土墙设计理论。对于悬臂式支护结构，根据朗肯土压力计算方法确定墙土之间的土压力，也就是支护结构上的作用荷载及反作用力按主动土压力与被动土压力分布考虑，以此按静力方法计算出挡土结构内力。对于支点结构，则采用等值梁法计算支点力及结构内力。由于基坑支护结构与一般的挡土墙受力机理的不同，按经典方法（极限平衡法或等值梁）计算结果与支护结构内力实测结果相比，在大部分情况下偏大，且难以支护结构的变形。

 

　　随着电子计算机运用的普及，弹性地基梁法（“c”法、“k”法、“m”法）及将围护结构与土体一并离散的有限元法，在挡土结构分析中日渐受到工程界的重视。他们能够考虑支挡结构的平衡条件和结构与土的变形协调，并可有效地计入开挖过程中的多种因素的影响。同时从支挡结构的水平位移可以初步的估计开挖对邻近建筑物的影响程度。但是这两种方法仍然存在一定的缺陷：（1）未能考虑地下水的存在与渗透效应，和水土合算法一样，不能反应水位高低的区别；（2）采用有限元法时，究竟选用何种本构关系或计算模型，土的参数如何确定，以及塑性区范围和稳定性之间定量关系缺乏经验；（3）采用弹性地基梁法时，计算参数难以确定，现有的文献提供的范围，大小差别很大，其准确度还缺乏实测资料验证。另外，弹性地基梁法只能计算变形，基本上没有考虑土的强度问题。因此，无法直接确定围护墙的必要入土深度。

 

　　尽管弹性地基梁法与有限元法的理论不是很完善，但是和经典方法相比，还是有很大的优越性，在显示的基坑支护的设计中仍然广泛的使用。

 

　　基坑支护与降水工程内容：

 

　　一、基坑支护

 

　　1、基坑开挖前、要按照土质情况，基坑深度。以及周边环境确定支护方案，其内容包括：放坡要求，支护结构设计，机械选择、开挖时间，开挖顺序，分层开挖深度，坡道位置，车辆进出道路，降水措施及监护要求等。

 

　　2、施工方案的制定必须针对施工工艺综合作业条件对施工过程中可能造成坍塌的因素和作业人员的安全以及防止周边建筑、道路等产生不均匀沉降、设计制定具体可行措施，并在施工中付诸实施。

 

　　3、高层建筑的箱型基础，实际上形成了建筑的地下室，随上层建筑荷载的加大，常要求在地面以下设置三层或四层地下室，因而基坑深度常超过5-6m，且面积较大，给基础工程施工带来很大困难和危险，必须认真制定安全措施，防止发生事故。

 

　　4、支护设计方案的事理与否，不但直接影响施工的工期、造价，更主要还对施工过程中的安全与否有直接关系，所以必须经上级审批。

 

　　二、临边防护

 

　　1、当基坑深度达到2m时，对坑边作业已构成危险，按照高处作业和临边作业的规定，应搭设临边防护设施。

 

　　2、基坑周边搭设的防护栏杆，从选材、大蛇方式及牢固程序、都应符合《建筑施工高处作业安全技术规范》的规定。

 

　　三、坑壁支护

 

　　不同深度的基坑和作业条件、所采取支护方式冶不同。

 

　　1、原状土放坡

 

　　一般基坑深度小于3m时，可采用一次性放坡，当深度达到4-5m时，也可采取分级放坡，明挖放坡必须保证边坡的稳定、较浅的基坑，对于深基坑可采用打桩，上钉墙或地下连续墙方法来确保边坡的稳定。

 

　　2、排桩（护坡桩）

 

　　当周边无条件放坡时，可设计承挡土墙结构，可以采用预制柱或灌注桩，预制桩有钢筋混凝土结构。

 

　　土体的固化方法可采用高压旋喷或深层搅拌法进行，固化后的土体不但具有整体型好，同时可以阻止地下水渗入基坑形成隔渗结构，桩墙结构实际上是利用桩的入土深度形成悬臂结构，档基础较深时，可有用坑外拉锚或坑内支撑来保护桩的稳定。

 

　　3、坑外拉锚与坑内支撑

 

　　（1）坑外拉锚

 

　　用锚具将锚杆固定在桩的悬臂部分，将锚杆的另一端伸向基坑边坡土层内锚固，以增加桩的稳定土，锚杆由锚头、自由段和锚固段三部分组成，锚杆应设计，并通过现场试验确定坑拨力，锚杆可以设计承一层或多层，采用坑外拉锚较采用坑内支撑法能有较好的机械开挖环境。

 

　　（2）坑内支撑

 

　　为提高桩的稳定性，也可用在坑内加设支撑的方法，坑内支撑可采用单层平面，或多层支撑，支撑材料可采用型钢或钢筋混凝土设计支撑的结构形式，和节点做法，必须注意支撑安装及拆除顺序，尤其对多层支撑要加强管理，混凝土支撑必须在上道支撑强度达80%时才能挖下层，对钢支撑严禁在负荷状态下焊接。

 

　　4、地下连续墙

 

　　地下连续墙就是在深层地下浇注一道钢筋混凝土墙，即可起档土护壁又可起隔渗作用，还可用成为工程主体结构的一部分，冶可用代替地下室墙的外膜板。

 

　　四、排水措施

 

　　基坑施工常遇地下水尤其深基施工处理不号不但影响基坑施工，还会强使周边建筑造成沉降不均的危险。对地下水的控制方法一般有排水、降水、隔渗。

 

　　1、排水

 

　　开挖深度交浅时，可采用明排，沿槽底挖出两道水沟，每隔30-40m设一集水井，用抽水设备被将水抽走，有时深基坑施工，为排除雨季的暴雨突然而来的明水冶采用明排。

 

　　2、开挖深度大于3m时，可采用井点降水、在基坑外设置将水管，管壁有孔，并有过滤网，可以防止在抽水过程中将土粒带走，保持土体结构不被破坏。

 

　　井点降水没级可降低水位4.5m，再深时，可采用多级降水，水量大时，也可采用深井降水。

 

　　当降水可能造成周围建筑不均匀沉降时，应在降水的同时，采取回灌措施。回灌井是一个较长的穿孔井管和井点的过滤管一样，井外填以适当级配的滤料，井口用粘土封口，防止空气进入回灌与降水同时进行，并随时观测地下水的变化，以保持原有的地下水位不变。

 

　　2、隔渗

 

　　基坑隔渗是用高压旋喷深层搅拌，形成的水泥土墙和底板而形成的止水帷幕，阻止地下水渗入基坑内，隔渗的抽水井可设在坑内可设在坑外。

 

　　（1） 坑内抽水：不会造成周边建筑物、道路等沉降问题，可以坑外高位坑内低位干燥条件下作业，但最后封井技术应注意防漏，止水帷幕采用落底式向下延伸，插入到不透水层以内对坑内封闭。

 

　　（2） 坑外抽水：含水层较厚，帷幕悬吊在透水层中，由于采用了坑外抽水从而减轻了档土桩的侧压力，但坑外抽水对周边建筑物有不利的抽水影响。

 

　　五、基坑支护变形监测

 

　　1、基坑开挖之前，应做出系统的监测方案，包括：监测方法，精度要求，监测总布置，观测周围，工序管理，记录制度，信息反馈等。

 

　　2、基坑开挖过程中，特别注意监测：

 

　　（1）支护体系变形情况

 

　　（2）基坑外地面沉降水或隆起变形

 

　　（3）临时建筑物动态

 

　　3、监测支护结构的开裂，位移，重点监测桩位，护壁墙面，主要支撑杆，连接点，以及渗漏情况。

 

　　参考文献：

 

　　[1]降水井点选择和设计中关键参数分析李俊奇《北京建筑工程学院学报》2002年第18卷第2期

 

　　[2]秦四清、王建党等，土钉支护机理与优化设计，地质出版社，1999年

 

　　[3]真空井点降水技术在昆明地区深基坑施工中的应用黄志斌《工程质量》2007.No.7（A）

 

　　[4]基坑降水的地下水位控制与工程降水综合利用张聚斌《岩土钻掘工程》2007年第3期