高層建筑深基坑支護探析

       1 支護系統側壓力
　　1.1 支護系統計算理論
　　支護系統的側壓力包括主動土壓力和水壓力，土壓力計算目前國內普遍采用擋土墻理論庫侖公式和朗肯公式，這是由于目前尚無完整和成熟的支護系統側壓力計算理論，但是應當指出該兩套公式均按平面內受力推導，而深基坑支護屬于空間問題，故兩者不一致。其次是擋土墻是先施工后填土，設計人員對填土可提出一定質量要求，因此土的內摩擦角ψ和土內聚力c值均已知，其值較穩定，因此擋土墻計算公式求得較精確，可靠性高。對國內外高層建筑深基坑支擴失敗實例分析來看，除支護設計有誤和施工時技術措施不妥外，其中有一條是地基土和地表潛水不穩定，設計時選用參數和實際情況有較大出入，深基坑支護設計可靠性較差有直接關系。
　　從以上分析可知，高層建筑深基坑支護的土壓力目前采用計算理論不能滿足設計使用的要求，其可靠性差，在一定程度上仍依靠施工技術人員的經驗，這有待于科技工作者通過科研和實踐相結合基礎上提出較為完整的計算理論。
　　1.2 地表潛水產生的水側壓力
　　擋土墻設計時一般不考慮水的側壓力，因為在設計時擋土墻背后土體采用排水技術措施，設置排水盲溝(如砂石盲溝)和排水管，將墻后土體中潛水及時排出，不但大大降低地表潛水產生的水側壓力，而且墻后土質含水量也比較穩定，故土的力學參數和相應土質也相應較穩定。深基坑支護不但要求承載墻后土的主動土壓力，而且要求達到防滲要求，以免地表潛水流入基坑內，故基坑支護系統要承擔土中水產生的側壓力，這一點與常規擋土墻設計有較大差異，擋土墻施工后其工作條件較穩定，而基坑支護條件往往多變而差，如挖土施工順序，地面施工條件等，地面堆積過多施工機具和材料，在支護系統上行駛汽車，施工用水直接滲入地下，挖土機械在挖土時超挖等，因此深基坑支護系統附近土體水分處不穩定狀態利支擴系統工作狀態多變。
　　沿海地區地下水較豐富，地基土多為淤泥，處于飽和狀態，深基坑支護結構設計時應考慮地下水產生側壓力，因此在富水地區，深基坑支護系統應該考慮地下水產生的側壓力的作用。
　　水壓力取值大小國內文獻尚無具體規定，若取值過大，基坑支護費用將增加；若取值過小，安全系數過小容易出各種重大事故。地下水對深基坑支護結構作用的側壓力大小主要取決于土結構和土中含水量大小、土的密實度、空隙比e、液性指數Ic等土參數，也與地下水產生的側壓力有極大關系。e和Ic值大，說明土中自由水比例大，土中自然水能直接傳播靜止水壓力；當e和Ic值較小時，上中空隙間水多于自由水，空隙水是由于受土中電子吸附作用，附著在土粒間的土粒表面，故空隙水產生的水壓力不直接傳播靜水壓力，這是由于土粒之間空隙水產生水壓力幾乎不隨土層深度增加而增加。目前尚無大量實驗數據建立空隙比s和液性指數Ic與土靜水壓力建立相對函數關系，這有待于科研工作者作深入研究。
　　2 水壓力測試
　　如何確定土中水壓力大小，尚無比較成熟的計算方法，作者認為最好在現場測量土中水壓的大小，本文根據有關材料作簡略介紹如下。
　　2.1 測壓計工作原理
　　電測式測壓計在孔隙水壓力作用在該儀器的特殊金屬薄膜上，由薄膜產生變形引起電阻值(或電感、電磁值)的變化，這是一種力傳感器。
　　2.2 測壓計的率定
　　測壓計在正式使用前應采用平衡電阻，對測壓計內阻不平衡進行調整，平衡電阻的阻值應經過計算確定。每個測壓計出廠時均標有率定系數，可是由于應變儀和示波器參數不完全一樣，所以要對新購買的測壓計進行率定。其方法是利用加壓設備將測壓計的進水和壓力表并聯，然后進行分級加壓，根據精度要求（一般以lOKPa為單位）逐級加壓，繪制率定曲線，為了提高精度，應經過多次反復加荷后求出串定系數K，這需要采用最小二乘法等數學方法進行實驗數據處理。
　　2.3 測壓計的安裝和埋設
　　在土中安裝和埋設前必須在測壓計引出線附近進行密封防水處理，為了確保儀器進水口暢通，防止泥漿堵塞進水口，應在進水口處用中砂形成一道人工過濾層，用鋼絲網包裹。
　　埋設前在埋設點先進行鉆孔，鉆孔埋沒深度在測點標高下100mm以下，在孔底填砂，將測頭迅速放入孔底，再在測頭周圍和上面填砂，并適當壓實：最后用粘土將鉆孔嚴密封好。若在一個鉆孔內不同深度埋設多個測頭，應將每個測頭上下填砂，各測頭之間用原土填塞，其密度應盡量與原土相同。埋設時測頭電線不應拉得過緊，并應注意測頭放置平整，及時調試儀器，確認工作正常后方可填砂。由于測力計在埋設時需鉆孔和填砂填土，必然會破壞原土孔隙水的水壓力原始平衡狀態，為此應在埋設側壓計后停歇10d左右，使其埋設側壓計部位水壓力恢復到原始狀態，此時測得水壓力才能準確地反映土中水壓力實際情況。以此為依據設計深基坑圍護結構達到安全可靠的目的，且技術經濟指標較好。
　　3 深基坑圍護結構安全系數
　　3.1 現狀
　　目前建立一套成熟的設計計算理論，仍借用擋土墻設計方法，故設計人員在設計時仍采用擋土墻設計安全系數，但也有不同意見，有的科技工作者認為擋土墻是永久構筑物，而基坑圍護是施工時所采用的臨時性技術措施，故應采用較小的安全系數。從國內深基坑圍護大量實例來看，其安全系數相差較大，有的過大，有的過小，凡是深基坑支護失敗實例來看，往往與其設計安全系數過小有直接關系。
　　3.2 安全系數選用
　　深基坑圍護安全系數的確定由設計者自定，作者認為安全具體確定應與現場具體情況而定，當基坑附近有建筑物或煤氣等市政管網。工程地質報告中提供土質參數較差時，應選用較大的安全系數。作者認為不能盲目套用工程地質報告有關參數，應對現場土質情況進行全面了解和分析，合理地選用各種土質參數，特別是土的內聚力c值，應根據實際情況進行折減，以提高計算結果可靠性，提高支護結構安全系數。
　　4 深基坑支護結構選擇
　　深基坑支護結構選擇，一般應先考慮本單位現有施工機構，優先考慮本工程基礎樁相同類型樁作為基坑支護結構，如工程樁采用鋼筋混凝土灌注樁，則基坑支擴結構應盡量選用這種樁型，其直徑可相應選用較小直徑，這樣可減少進退場費用。圍護樁的選用應經過多方案比較，根據實際情況，包括周圍環境和地質條件，選用經濟效益最佳的支護方式。