浅谈深基坑支护
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摘要：深基坑的支护方案已成为高层建筑设计时不可忽视的重要环节，尤其当与旧建筑相邻时，为确保相邻建筑的安全，更应采取切实可靠的支护措施，并对深基坑支护方案选择及注意问题进行探讨。
关键词：深基坑 支护工程 方案选择 施工设计
20 世纪 90 年代以来 ,在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下 ,全国工程建设亦突飞猛进 ,为了保证建筑物的稳定性 ,建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求。建筑高度越高 ,其埋置深度也就越深 ,对基坑工程的要求越来越高 ,随之出现的问题也越来越多 ,这给建筑施工、特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难。
一、深基坑支护工程的特点及要求
深基坑工程是岩土工程、结构工程、环境工程等相互交叉、多种复杂因素相互影响的系统工程，是理论与实践都有待发展的综合技术学科。区域性明显，工程地质及水文地质条件不同其深基坑工程的区域差异性更为突出。
深基坑工程不仅施工周期长，而且从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常常会遭遇降雨、周边堆载、振动等诸多不利影响，安全保障度的随机性大，技术复杂性远甚于永久性的基础结构或上部结构。基坑本身的深度、平面形状随着时间的推移及外界条件的变化，对其稳定性和变形会有较大的影响。因此，对深基坑工程的时空效应问题应保持高度的重视。
深基坑支护系统的选型影响因素众多，无论采用何种形式的支护结构，对支护结构的强度、嵌入深度、支护受力及构造都应进行设计和详细的验算，并且对施工过程实施跟踪监测，并将信息及时反馈。深基坑支护结构系统的选型设计应满足安全可行、经济合理、保护环境、施工便捷这四个基本要求，在作详细结构设计时还应对这四个基本要求选择各种具体的评价指标来评价深基坑支护系统方案的优劣。
二、合理选定深基坑的支护方案
深基坑的支护方案主要有下列几种：
1.在基坑四周设悬臂式挡土桩，主要用于基坑埋深较浅(约5—7m)的工程，桩采用钻孔灌注桩或打入式钢管桩。
2.采用逆作法施工。先沿地下室外墙间隔一定距离设钻孔灌注桩或人工挖孔扩底桩，再逐层往下进行逆作施工。这种方案较经济，将支护措施与地下工程的主体结构相结合是其优点，但施工难度较大，逆作部分人工挖土速度较慢。
3.为不设锚杆，沿基坑外侧设闭合的挡土拱圈。这是由中国建研院地基所发明的一种新型挡土结构，该结构能充分发挥混凝土抗压性能好的材料特性。场地较大时宜优先采用。
4.在挡土桩的上端设内支撑或外拉杆，使悬臂桩的上端由自由端变成铰支端，减小桩身弯矩及桩顶侧移。该方案的使用范围受基坑及四周施工场地的面积约束。
5.水泥土深层搅拌桩支护：其优点是采用重力式挡墙,不需要支撑,基坑内挖土施工方便,搅拌桩施工时无环境污染,造价低廉且防渗性好,适用于开挖深度3~6m的基坑;
6.钢板桩：用槽钢正反扣搭接组成,或用U型和Z型截面的锁口钢板桩。用打入法打入土中,完成支护任务后,可以回收重复利用,适用于开挖深度3~10m的情况;
7.钢筋混凝土板桩：桩长6~12m,打入地下后,顶部浇筑钢筋混凝土圈梁后,设置一道支撑或拉锚,用于开挖深度3~6m的基坑;
8.钻孔灌注桩挡墙：直径600~1000mm,桩长15~30m,组成排桩式挡墙,顶部浇筑钢筋混凝土圈梁,用于开挖深度6~13m的基坑;
9.地下连续墙：这种支护结构施工时对周围环境影响小,对土层条件适应性强,墙体抗弯刚度、防渗性能和整体性均较好,但其造价比较高,适用于开挖深度达10m以上的基坑或施工条件较困难的情况;
10.锚喷支护：我国最早用于地铁工程,20世纪80年代初开始用于高层建筑深基坑支护,在天然土层中,锚固方法以钻孔灌注为主,受拉杆件有粗钢筋、高强钢丝束和钢绞线等。
深基坑支护方案，应根据基坑的深度、现场的土质情况、地下水位、场地的大小以及相邻建筑的层数、荷载、埋深、间矩等情况，合理的选用，既安全可靠、技术先进又经济合理的方案。设计时对基坑四周市政管道的设置情况也应充分调查清楚，以免发生意外。
三、施工设计应注意的几个问题
1.桩身应根据受力的情况合理的配筋。在很多工程的挡土桩设计中，都采用圆断面内均匀配筋、且沿桩身全长相同配筋的构造，这种设计很不合理，浪费了很多钢筋。挡土桩实际上是在土压力、地面荷载或相邻基础荷载作用下的受弯构件，无论是单跨悬挑梁或多跨带外伸的连续梁，其主筋设置的位置及数量，应根据单跨或多跨连梁计算结果的弯矩值配筋。主筋应设在受拉的一侧，其长度也应根据弯矩的大小适当截断，不应沿桩长通长设置。在受压区配置适量的构造筋即可。钢筋笼制作安装时，应严格按设计图施工，不得任意旋转角度及方向。按此方式配筋用钢量至少能节约一倍。
2.桩的上端离室外地面取2m为宜，上部可在桩身外侧砌砖挡土墙或挖成坡状。桩身缩短后不仅节约材料，而且由于悬臂段长度减小，将使桩身弯矩大为减小。桩长减短部分的土体自重，也可按地面堆载计算。
3.桩顶设一道现浇圈梁，圈梁断面做成扁梁，主筋配在两侧。使相邻的桩共同工作，以增强其整体刚度。
4.合理确定锚杆的位置。设单层锚杆的挡土桩，锚杆应设在锚杆支座处的桩身负弯矩与跨中的正弯矩及桩下端支座处的负弯矩基本相同的部位，这3个部位的弯矩相差较大时，应调整锚杆位置反复试算后确定，可使桩身强度得以充分利用，避免局部应力集中。同理，2层或多层锚杆的位置，也应按此原则确定。在确定计算简图时应注意两点：一是上段悬臂段的跨度，应增加0.5—0. 8m（即锚杆机的高度)。因为当锚杆在未施加预应力锁定前，其支点并不在锚杆处，而在锚杆机的底面(即第一次开槽的基底)。二是桩的下端如按嵌固计算，实际上桩埋入土中并不能达到理想嵌固的程度，因此，桩底的支座弯矩与下段的跨中弯矩应适当调幅。也可将桩下端支点按嵌固及简支分别计算后，取两者的平均值。下段桩的计算高度也应适当增加，即下端支座应下移至少0.5 m，以使计算结果更趋于实际。
5.安全可靠：满足支护结构本身强度、稳定性及变形的要求,确保周围环境的安全;
6.经济合理性：在支护结构安全可靠的前提下,要从工期、材料、设备、人工以及环境保护等方面综合确定具有明显技术经济效果的方案;
7.施工便利并保证工期：在安全可靠经济合理的原则下,最大限度地满足方便施工,缩短工期。
基坑工程是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题,随着人类土木工程活动的发展,特别是到了21世纪,大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现,对基坑工程的要求越来越高,出现的问题也越来越多,促使工程技术人员以新的眼光去审视这一古老课题,使许
多新的经验和理论的研究方法得以出现和成熟。
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