黨衛(wèi)紅 王 睿 寇楊軍

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人類(lèi)工程活動(dòng)的頻繁，城市大型地下空間開(kāi)發(fā)進(jìn)展迅速，地下商場(chǎng)、地下鐵道、地下倉(cāng)庫(kù)、地下車(chē)站等地下工程項(xiàng)目的增多，其深基坑越來(lái)越多且向大深度、大跨度發(fā)展。在基坑設(shè)計(jì)理論與施工等方面也有了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，亦帶來(lái)了諸多基坑安全及環(huán)境影響問(wèn)題，有些問(wèn)題是由于基坑設(shè)計(jì)階段考慮不充分直接導(dǎo)致的。因此在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)階段全面考慮支護(hù)條件和優(yōu)化設(shè)計(jì)尤為重要，筆者結(jié)合近幾年基坑設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，淺談黃土地區(qū)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意的問(wèn)題。

1 基坑支護(hù)安全等級(jí)劃分

首先應(yīng)根據(jù)基坑的實(shí)際開(kāi)挖深度、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、環(huán)境條件和使用條件等合理劃分基坑側(cè)壁安全等級(jí)，然后合理選擇支護(hù)類(lèi)型?；觽?cè)壁安全等級(jí)具體執(zhí)行 JGJ 167-2009濕陷性黃土地區(qū)建筑基坑工程安全技術(shù)規(guī)程(見(jiàn)表 1)。

表1 基坑側(cè)壁安全等級(jí)劃分

同時(shí)對(duì)有特殊要求的基坑工程可依據(jù)具體情況適當(dāng)提高重要性系數(shù)。對(duì)于永久性基坑工程，重要性系數(shù)γ0應(yīng)提高 0.10。

2 獲取相關(guān)的設(shè)計(jì)依據(jù)

2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

首先閱讀和分析巖土工程勘察報(bào)告，了解地層信息及物理力學(xué)性質(zhì)，包括所選取的巖土工程參數(shù)測(cè)試方法、地下水情況分布、水位及其變化規(guī)律、地下水類(lèi)型、補(bǔ)給方式、滲流特性等。

1)巖土工程勘察報(bào)告剖面選取:對(duì)于建筑物基坑而言，不同邊線應(yīng)選取不同的地質(zhì)剖面圖來(lái)確定土層分布、埋深、厚度及其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。

2)力學(xué)參數(shù)指標(biāo)選取:在選取力學(xué)參數(shù)指標(biāo)時(shí)，一定要注意試驗(yàn)方法對(duì)參數(shù)以及計(jì)算結(jié)構(gòu)的影響，并應(yīng)充分考慮地下水及工程施工擾動(dòng)對(duì)參數(shù)的影響。當(dāng)土壓力計(jì)算模式為水土分算時(shí)，理論上應(yīng)采用三軸固結(jié)不排水(CU)試驗(yàn)中的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)粘聚力c′和內(nèi)摩擦角φ′或直剪(固結(jié)慢剪)指標(biāo)，同時(shí)采用土體的有效重度。當(dāng)土壓力模式為水土合算時(shí)，理論上應(yīng)采用三軸固結(jié)不排水(CU)的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)或直剪(固結(jié)快剪)試驗(yàn)指標(biāo)，并采用土體的飽和重度。但結(jié)合目前黃土地區(qū)一般選取不擾動(dòng)試樣的直剪(固結(jié)快剪)強(qiáng)度指標(biāo)。

3)地下障礙物調(diào)查:目前勘察報(bào)告很少涉及建筑物外圍基坑變形范圍內(nèi)被支護(hù)土體的地層巖性情況，許多擬建建筑物深基坑被周邊既有建筑物所包圍，甚至被支護(hù)土體系原有建筑物的基坑回填土包圍，該部分土體的物理力學(xué)性質(zhì)極差，往往直接威脅基坑安全，應(yīng)加強(qiáng)調(diào)查慎重考慮包括廢棄的人防工程、管道、隧道風(fēng)井、原有建筑基礎(chǔ)等。西安東郊某工地基坑工程，深 8m，排樁支護(hù)形式，樁長(zhǎng) 14m。護(hù)坡樁施工完后，業(yè)主才提出可能存在防空洞影響，經(jīng)普探及開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)樁端正好位于防空洞邊墻處，其樁端近乎懸空，直接危及基坑及坑邊 6層住宅樓安全。可見(jiàn)對(duì)地下障礙物的調(diào)查事關(guān)重大。

2.2 主體建筑物情況資料

1)建筑物總平面圖包括用地紅線，明確基坑與用地紅線、周邊環(huán)境之間的平面位置關(guān)系;2)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與樁基設(shè)計(jì)資料;3)基坑的幾何尺寸、形狀、深度等。同時(shí)充分考慮主體施工時(shí)必須提供的腳手架或模板搭設(shè)所占用的基坑范圍，特殊情況下還應(yīng)考慮主體建筑物地基處理時(shí)樁基施工設(shè)備所需的工作面。

2.3 周邊環(huán)境條件調(diào)查

1)基坑施工場(chǎng)地及周?chē)貙訋r性，尤其重視周邊黃土層是否受水浸濕發(fā)生濕陷現(xiàn)狀及其發(fā)展態(tài)勢(shì)。

2)基坑周?chē)ㄖ顩r。查明周?chē)ㄖ锱c基坑之間的關(guān)系，層高、層數(shù)、基礎(chǔ)形式及埋深、荷載狀況、使用狀況等。

3)基坑周?chē)煌顩r。應(yīng)充分考慮臨近道路的交通荷載。調(diào)查內(nèi)容一般包括道路的性質(zhì)是否是主要干道、類(lèi)型、與基坑的位置關(guān)系、路基與路面的結(jié)構(gòu)形式、交通流量、荷載等。目前基坑支護(hù)規(guī)范中并沒(méi)有明確設(shè)計(jì)時(shí)車(chē)輛靜荷載與動(dòng)荷載如何考慮，一般結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)將其等效為基坑均布靜荷載來(lái)考慮。

4)基坑周?chē)迷O(shè)施分布及地下構(gòu)筑物管線狀況。調(diào)查時(shí)應(yīng)查明各類(lèi)地下管道與線路(如雨水污水管、上下水管、煤氣管、通訊等)的平面位置、直徑、材料類(lèi)型、埋深、建造年代和保護(hù)要求等。針對(duì)黃土地區(qū)應(yīng)充分重視是否存在漏水管道以及基坑開(kāi)挖截?cái)嗟奈捶忾]的雨污水管道。由于前期易漏水部位未查明，導(dǎo)致邊坡土體在雨季或者管道滲漏后遇水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)急劇降低，導(dǎo)致基坑邊坡變形增加、支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、邊坡失穩(wěn)的基坑事故已屢見(jiàn)不鮮。

5)基坑周?chē)延械幕又ёo(hù)結(jié)構(gòu)形式以及類(lèi)似基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工中的成功、失敗原因、教訓(xùn)等。在西安曲江某工地基坑開(kāi)挖施工中發(fā)現(xiàn)相鄰已有建筑物基坑土釘已伸入該基坑中，經(jīng)抗拉試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該土釘承載力完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，因此在施工時(shí)將其作為本工程土釘使用，使其與土釘墻加強(qiáng)筋、網(wǎng)片筋焊接連接，為本工程節(jié)約造價(jià)、縮短工期。

3 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的選擇

深基坑支護(hù)工程是保證基坑內(nèi)安全作業(yè)，防止基底及坑壁土體移動(dòng)，保證基坑周邊建筑物及管線正常運(yùn)行。因此要求設(shè)計(jì)者必須充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、使用可行的方案，并應(yīng)進(jìn)行篩選與優(yōu)化。下述幾點(diǎn)原則可供參考:

1)若基坑深度不大而環(huán)境條件又許可時(shí)，優(yōu)選放坡方案。在同一基坑內(nèi)當(dāng)環(huán)境條件有所限制時(shí)也可考慮局部放坡或部分放坡方式。

2)若無(wú)放坡條件，可采用放坡與土釘墻相結(jié)合的支護(hù)方式。

3)在完全無(wú)放坡條件且經(jīng)驗(yàn)算垂直開(kāi)挖土釘墻或土釘墻與預(yù)應(yīng)力錨桿相結(jié)合支護(hù)方式不能滿(mǎn)足基坑穩(wěn)定性要求時(shí)，考慮采用微型樁結(jié)合土釘或預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)方式。具體可采用微型樁。在西安曲江地區(qū) 11m的深基坑垂直開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)中筆者曾使用成孔孔徑 400mm，先澆筑混凝土后在樁孔間安插 14號(hào)工字鋼的微型樁結(jié)合土釘墻的支護(hù)形式。實(shí)踐證明支護(hù)結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并且工期快、造價(jià)低。

4)在不具備上述三種情況時(shí)，且對(duì)基坑及周邊建筑物變形要求嚴(yán)格的基坑工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用鋼筋混凝土灌注樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)形式。當(dāng)受周邊環(huán)境條件影響時(shí)，也可采用雙排樁支護(hù)形式或者復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。

4 其他應(yīng)注意事項(xiàng)

1)對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)且易受水浸濕的坑壁以及永久性坑壁，設(shè)計(jì)中應(yīng)采用天然狀態(tài)下的土性參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定和變形計(jì)算，并應(yīng)采用飽和狀態(tài)(Sr=85%)條件下的參數(shù)進(jìn)行校核，校核時(shí)其安全系數(shù)不應(yīng)低于1.05。

2)對(duì)周邊環(huán)境條件復(fù)雜、抗變形能力差的建筑物必須做好專(zhuān)項(xiàng)變形監(jiān)測(cè)工作，以提前預(yù)警以及為加固處理提供依據(jù)。

3)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用。目前使用的商業(yè)軟件眾多，軟件代替了手算又解決了手算無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題，但是也常常帶來(lái)一些不合理的結(jié)果，甚至是錯(cuò)誤的結(jié)果。要克服上述問(wèn)題必須確保輸入數(shù)據(jù)的工程意義，同時(shí)結(jié)合巖土工程師的基本理論、工程經(jīng)驗(yàn)、綜合判斷方能制定出合理的可行的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案。

4)由于預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)力會(huì)隨時(shí)間推移，因錨桿件松弛以及受荷地層徐變而損失，因此在側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)基坑使用過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)錨桿應(yīng)力的測(cè)試，必要時(shí)可重新張拉。同時(shí)對(duì)于臨時(shí)性基坑支護(hù)設(shè)計(jì)一定要明確基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體的使用年限。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)實(shí)中深基坑支護(hù)工程技術(shù)的發(fā)展隨著土力學(xué)理論、分析方法、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、施工技術(shù)、測(cè)試技術(shù)等方面的進(jìn)展特別是工程成功與失敗經(jīng)驗(yàn)的積累和豐富而逐步加以深化和提高。一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案往往取決于設(shè)計(jì)人的巖土工程理論和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。因此，在具體工作中，應(yīng)根據(jù)不同的實(shí)際情況，通過(guò)實(shí)用的可行性分析，對(duì)比找出最佳的方案以解決基坑的安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理兩者之間的關(guān)系。

西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院的趙云剛等同志也參與了本論文的編寫(xiě)、整理和校對(duì)工作。

[1] 呂扶君，趙云剛，寇楊軍.西安北郊深基坑開(kāi)挖中的環(huán)境巖土問(wèn)題初探[J].陜西建筑，2010(8):21-22.

[2] 王松泉.黃土地區(qū)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[D].蘭州:蘭州理工大學(xué)，2003.

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[6] JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

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