彭博偉

中鐵上海設計院集團有限公司天津分院 天津 300073

引言

我國進入社會經(jīng)濟發(fā)展的新階段，走到了城市化發(fā)展的中后期，為服務經(jīng)濟發(fā)展，推動社會進步，提升人民生活質(zhì)量，需要進行更多的工程建設，工程建設規(guī)模不斷擴大，建設高度不斷提升，地下空間利用的需求不斷提高，建筑難度不斷增強。建筑基坑支護越來越重要，研究其特點和問題，探索更為有效的方式和技術，保證施工安全及建筑質(zhì)量。

1 工程概況

某醫(yī)院新建大樓，總建筑面積8萬多平方米。新建大樓地上部分主樓11層，裙房3層，地下2層，主樓建筑高度52米，裙房建筑高度14.2米。地下兩層主要為機動車停車庫，設備用房，庫房，及其配套用房等，人防區(qū)設置在地下二層。新建大樓主體為框架-剪力墻結構，裙房為框架結構，基礎采用樁基礎。整個地塊地坪高低變化不大，地勢平緩，本次支護設計絕對標高采用1985國家高程基準。支護設計場坪標高按周圍現(xiàn)狀地標高考慮，以28.000米作為地坪標高。基坑深度約8.3米，基坑周長620米，面積約2萬平方米[1]。

2 常見基坑支護類型

①場地周邊開闊，開挖深度較淺時可采用放坡開挖，必要時設置多級放坡與坡體平臺，應設置降、排水措施；②土釘墻支護主要由鋼筋制作而成，用于加固基坑邊坡。此技術施工環(huán)節(jié)要求施工區(qū)域周圍不可存在市政管線，巖土土質(zhì)良好，一般基坑深度不超過12m，施工區(qū)域需要先完成止水處理，且周邊環(huán)境條件容許。③重力式擋土墻是以擋土墻自身重力來維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定，其厚度為基坑深度的0.7～0.8倍，可設置為壁狀體、柵格狀等，大面積作業(yè)，污染小。適合應用在基坑深度小于7m，施工區(qū)域環(huán)境優(yōu)越的項目當中。④樁錨支護一般適用于較深的基坑，且開挖面積較大，支撐設置不便的基坑中，采用錨桿取代基坑支護內(nèi)支撐，允許基坑有一定的變形。工程造價比支撐體系低，且開挖面積越大越有優(yōu)勢，沒有支撐體系挖土方便，施工進度較快；⑤樁撐支護適用于深基坑，可有效控制基坑變形，可靠度高，樁徑變化多，對不同深度的基坑可采用不同的樁徑，對場地要求較低，工程造價較高；⑥當錨桿式，支撐式和懸臂式結構不適用時，可采用雙排樁，一般與其他支護方案結合使用，造價高，變形大，但工期相對較短[2]。

3 基坑工程的特點

①臨時性。基坑工程的臨時性主要體現(xiàn)在支護結構，支護結構在施工階段支撐著基坑結構不被外力所破壞，一般設計使用期限較短。②區(qū)域特點明顯。不同地區(qū)的基坑結構所處的環(huán)境不同，因此在施工設計時也需要因地制宜，根據(jù)地質(zhì)勘察報告進行方案的制定。③環(huán)境影響。周邊建筑對于基坑施工也有顯著影響，特別是周邊的建筑、地下管線、地下水以及基坑內(nèi)部的結構，施工的難度因素是一個綜合性指標。④時間以及空間影響。基坑在開挖過程中，暴露時間的長短也會影響基坑的穩(wěn)定性。同時還有開挖的順序，基坑的深度以及開挖的面積等關鍵因素。⑤學科綜合性。主要指的是基坑的設計施工要涉及不同的學科以及領域，并不是單一學科可以解決的，其中涉及土力學、工程地質(zhì)學、巖石力學、結構力學等專業(yè)，要求實際設計人員要精通各種學科。⑥短開挖，快支護?；娱_挖過程中，不要貪圖速度快，一定要做好支護，每次開挖的深度一定要經(jīng)過嚴格的設計，禁止超挖[3]。

4 建筑工程基坑支護設計依據(jù)與主要原則

在對建筑工程基坑支護進行設計過程中，其主要依據(jù)包括施工區(qū)域的地質(zhì)勘察報告、項目基礎布置圖、設計總圖等，以及巖土工程勘察規(guī)范、建筑基坑支護技術規(guī)程、建筑深基坑工程施工安全技術規(guī)范等相關技術規(guī)范，以及相關的法律法規(guī)，確保基坑支護設計合理、合規(guī)、合法。在對建筑工程基坑圍護結構進行設計過程中，為確保其結構的穩(wěn)定性、安全性，必須結合對工程規(guī)模分析確定基坑圍護安全等級與結構重要性系數(shù)，進而采用結構荷載模式對圍護結構進行分析，確定支護重點與可能存在的支護問題。在具體設計過程中必須充分遵守以下幾個設計原則：①采用動態(tài)化與信息化設計方式?；訃o結構設計應與現(xiàn)場監(jiān)測相結合，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測反饋信息及時進行分析，達到動態(tài)設計和信息化設計的目的。②圍護結構應能有效地控制變形，確?；优c周邊建筑物安全、穩(wěn)定，以及四周道路、各類管線使用安全。③預應力錨索應進行抗拔承載力試驗。④基坑土方開挖遵循分層、平衡、適時性原則。施工前應做好施工組織設計，采用分層支護設計和開挖高度應與預應力錨索的豎向間距相對應，以預應力錨索下0.5m深為分層界限[4]。

5 基坑支護方案設計

5.1 科學選擇深基坑支護形式

建筑工程基坑支護施工中，支護結構主要分為支擋結構、土釘墻、重力式水泥土墻和放坡等。支護結構選型的過程中，基坑支護形式較多，主要應用在1～3級的基坑中。常見的支擋式結構有錨拉式結構、支撐式結構、懸臂式結構、雙排樁等。設計人員要根據(jù)基坑的深度、周邊環(huán)境、土體的類型、地下水概況，科學選擇支護形式。本醫(yī)院新建大樓工程擬建場地地下水位埋深約12m，場地層除表層填土及下伏寒武系石灰?guī)r外，全部為第四紀全新世沖洪積（Q4al+pl）地層，基坑開挖范圍主要土層為素填土，黏土、細砂土；基坑北側(cè)及西側(cè)建筑物較多，均距離基坑較近，且西側(cè)與擬建場地地坪存在3m高差，不具備放坡條件；本工程基坑深度約為8.3米，且基坑周邊環(huán)境復雜，懸臂式支護結構不適用；為了縮短工期，考慮采用雙排樁支護，經(jīng)分析計算，支護變形過大，且預留肥槽后外排樁已緊貼既有建筑物，施工對既有建筑產(chǎn)生較大影響，不宜采用；結合地層及地區(qū)經(jīng)驗，綜合考慮，基坑采用樁+錨索支護結構，錨索施工不會對周邊建筑造成損害，不違反城市地下空間規(guī)劃。基坑西北角有建筑物地下室，錨索有效錨固長度不足，故采用樁+內(nèi)支撐支護結構。

5.2 設計措施

①根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件選擇合理、可行、可靠的基坑支護結構。②提高支護結構的剛度，減小支護結構的變形。③優(yōu)化基坑支護結構的嵌固深度，保障基坑支護結構的穩(wěn)定。④增加第一道錨索及支撐系統(tǒng)的剛度對支護結構的變形及地表沉降有效控制。⑤加快進行支撐或錨桿系統(tǒng)的施工進度，減小支撐或錨桿系統(tǒng)縱橫向間距，有效控制支護結構的變形。

5.3 降水及排水處理

深基坑支護施工中，降水、排水也是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。需根據(jù)現(xiàn)場情況科學選擇降水排水措施，減少地下水滲透帶來的危險。在實際施工作業(yè)中，如果基坑底層結構滲透系數(shù)較高或存在承壓水頭，則需要對該區(qū)域進行突涌穩(wěn)定性驗算，根據(jù)驗算結果選擇降水、排水措施，如果確定存在突涌情況，可采取管井降水或井點降水的方式，這樣既不會增加施工難度，還能控制施工成本。尤其是井點降水，能有效控制結構變形問題，保障深基坑的支護效果。如果深基坑內(nèi)地下水位較高、滲透性強，且容易對周邊環(huán)境造成影響，就可采用止水帷幕實施截水處理，將產(chǎn)生的多余水分阻隔在外，降低對深基坑結構的影響。止水帷幕處理技術是高壓旋噴注漿與深層攪拌技術的融合體，成本低廉，排水阻水效果好，對于深基坑有較好的保護作用。部分深度較深的基坑也可以采用地連墻、全套管咬合樁來止水，但費用較高，也可以與支護樁二合一進行。本工程地下水位在基坑開挖面以下，無需降水。就基坑支護結構而言，設計人員和施工人員不僅應關注坑內(nèi)水，還要重視地表水，后者一般利用排水溝、集水井等設施加以處理，以便基坑開挖施工的順利推進。

5.4 支護設備材料設計

由于巖土工程深基坑項目開發(fā)過程對技術要求非常高，為確保深基坑項目建設的可行性，設計人員開展支護設計工作時應對支護工作所需材料設備進行設計選擇，確保支護材料的性能、質(zhì)量、強度、抗疲勞性均可以達到設計要求，充分發(fā)揮出深基坑支護的優(yōu)勢。例如支護設計工作開展時，需合理設計混凝土強度，保證混凝土強度滿足深基坑支護工作要求，避免強度不足的問題出現(xiàn)，從而影響深基坑項目的整體建設可靠性與安全性。在深基坑支護工作開展時，需要對所有施工材料質(zhì)量進行控制，依據(jù)設計標準進行檢查，避免劣質(zhì)材料進入施工現(xiàn)場，進而影響深基坑支護工作的質(zhì)量與安全[5]。

5.5 加強對深基坑支護工程周邊的保護

深基坑支護工程在施工中，很容易對周邊地面造成影響，導致地面裂縫出現(xiàn)。如果地面水滲透到裂縫中就會導致土地強度降低，使支護結構發(fā)生位置的變化。因此，需要加強對周邊的保護，當?shù)孛娉霈F(xiàn)裂縫時，需要及時堵塞。如果出現(xiàn)地面水堆積，還要及時進行導流，防止基坑浸水。

5.6 安全監(jiān)測

基坑支護的施工具有綜合性特點，技術運用流程復雜，面臨工況復雜。為確保施工安全，需要對基坑施工展開監(jiān)測，防止施工過程對周圍建筑安全造成影響。同時，一般基坑開挖面積大，地質(zhì)條件相對來說復雜多變，巖土結構穩(wěn)定性不足，導致施工環(huán)節(jié)突發(fā)情況較多，利用監(jiān)測手段，可實時呈現(xiàn)施工問題，一旦出現(xiàn)監(jiān)測預警，不合理變形情況，應及時控制，保證現(xiàn)場施工安全。

5.7 加強樁體質(zhì)量的管理

深基坑支護的樁體質(zhì)量很關鍵，在施工中必須要按照一定的規(guī)律進行樁體排列。土體的受力狀況與樁體的排列情況有著很大的關系，如果樁體間的距離過大，土地就會受到較大的壓力，這就容易出現(xiàn)土體脫落現(xiàn)象，樁體距離過大，排樁就不能發(fā)揮重要的支護作用，基坑支護質(zhì)量就會受到影響。如果樁體間的距離過小，土體的作用就難以發(fā)揮。因此，做好樁體質(zhì)量管理是非常重要的，設計及施工人員要能夠不斷優(yōu)化排樁方式，能夠分析土體和排樁兩方面的因素，使二者能夠有機的結合，這樣才能提升施工質(zhì)量水平，保障施工的安全[6]。

6 結束語

總之，如果能夠科學利用深基坑支護技術就能夠有效提升建筑的施工質(zhì)量，應加強深基坑支護技術的研究工作，做到經(jīng)濟、安全。目前，在深基坑支護設計過程中還存在一些問題，相關方要加強深基坑支護的質(zhì)量控制管理工作，能夠通過有效的管理解決相關問題，科學合理的利用相關支護技術開展設計工作。建筑基坑設計需要結合工程地質(zhì)特點、周邊環(huán)境等綜合考慮，本文簡述了基坑支護結構的特點，而且針對某醫(yī)院新建大樓的基坑進行了支護結構的設計，確保了基坑的穩(wěn)定及施工安全。