深基坑支護設計與施工要點分析

       自改革開放以來，伴隨著市場經濟的蓬勃發展，城市進入了一個新發展時期，城市規模在不斷擴大、人口在不斷增長，高層建筑物的數量在不斷增多，基坑開挖的次數也越來越多，開挖深度與開挖的面積都在增大并已經成為一種趨勢。為此，要想確保建筑基坑支護工程的穩定性，就要做好設計與施工工作，這樣既能夠確保支護結構變得穩定，還能對土體變形做好控制。為此，找到可行、安全、經濟合理的基坑支護設計方法是至關重要的。
　　1 基坑支護設計問題的分析
　　1.1 支護結構設計當中存在的問題
　　當前，深基坑支護結構設計計算主要是建立在權限平衡理論基礎上的，但是在實際支護工作當中，受力并不是非常容易的。各項工程實例顯示，很多支護結構設計都會將極限平衡理論計算出來的安全系數當成參考指標，從理論上講是絕對安全的，但卻發生破壞；有的支護結構卻恰恰相反，即安全系數雖然比較小，甚至達不到規范的要求，但在實際工程中卻獲得成功。
　　權限的平衡理論是深基坑支護結構的一種靜態設計方法，而實際開挖土體則是一種平衡下的狀態，更是一個不斷松弛、擴展的過程，這是在長時間開挖下，土體變得松軟造成的，嚴重的話還會產生土體變形。這足以說明，做好對設計計算的綜合考慮是非常重要的。
　　支護結構在設計過程中，要能夠對超空隙水壓力對土體的作用有足夠的認識，還要明確土體的各項物理學性質特征，取值一定要仔細，為了使取值變得更加安全，則要在樁基結束以后，做好土體的原位測試與試驗，進而獲取到更加準確的資料，積累到更多的經驗，使工程設計與施工水平得到提高，并能降低事故發生率。
　　1.2 土體物理力學參數選擇問題
　　深基坑支護結構一般都會承受來自土體的壓力，壓力的大小直接影響著支護結構的安全性與穩定性，鑒于地質情況較為復雜，必須要能夠將土壓計算出來，但是要想使壓力計算變得精準卻非常困難。當今仍然使用庫倫公式或者是朗肯公式。對于土體物理參數來說，土體參數在選擇上非常復雜，尤其是在完成基坑的開挖以后，其含水率、內部摩擦以及粘聚力的參數都是處于不斷變化當中的，但是要想準確計算出支護結構的實際受力情況則非常困難。
　　在深基坑支護結構的設計當中，如果不能準確的對物力力學參數取值進行考慮，則會影響到設計效果。各項實驗數據顯示：開挖前、后土體的摩擦角度是不一樣的，差異度為5°，并且主動土壓也存在較大差異；原有的土體內部凝聚力與開挖以后的土體內部凝聚力存在差異，通常都在6KPa以上。施工工藝與支護結構在土體結構上有非常大的不同，能夠直接對物理學參數的選擇產生影響。
　　1.3 支護結構的空間效益問題
　　深基坑開挖過程中，通過各項數據表明：基坑外圍會不斷向基坑內傾斜，變化規律是沿著水平位移的方向呈現出中間大兩邊小的變化趨勢。基坑的邊坡失穩現象常發生在基坑長邊的中間位置處，這就表現了基坑開挖只是一個空間問題，與空間的聯系較為緊密。當前，支護結構當中起到支撐的形式非常多，主要分為兩類：一類是內部支撐一類是拉錨式支撐。拉錨式支撐就是使用幾根單獨作用的錨桿再配合上內在的水平承載力，依靠錨固之間的平衡作用與腰梁的聯系維持樁墻的平衡。內撐式則是使用井字梁立柱與支撐梁、排樁墻一起組成一個空間框架式結構，如果是對于兩道以上的支撐，空間效應將更為顯著，在這種情況下，水平支撐梁起到的作用則更多，不僅起到單根的支撐作用，還會對整體結構形式起到支撐作用。但是，在當前很多的支護結構設計當中，對內撐式支護結構組成的空間效應考慮的較少，并且內撐式只能提供一個水平的支撐作用力，不能滿足支護需求。
　　1.4 基坑土體的取樣問題
　　在深基坑支護結構設計前，要先做好土層的取樣工作，對選取的樣品做好分析與檢驗，進而使土體的物理學指標更加合理，還能夠為支護結構設計提供更為準確的依據。通常來說，深基坑的開挖區域要限制在2～3倍的開挖范圍內，并且要嚴格按照行業準則與規范進行鉆井取樣。為了使勘探工作量減少，使工程造價降低，就要控制好鉆井的數量與深度；為此，在取樣過程中會存在隨機性與不完全性。鑒于地質構造與形態較為復雜，在這種情況下選擇的土樣數據非常不準確，不能真實反映出土層的變化情況。為此，會為支護結構的設計造成阻礙，不能結合地質情況開展設計工作。
　　2 基坑支護施工的要點
　　2.1 地下水控制
　　通常來說，對于基坑支護施工來說，地下水的控制一直都是一個難點，再加上地下水位不穩定，使用的基坑開挖方法也存在一定的差異。如果沒有地下水或者是地下水活動較為穩定的話，可開挖的深度6m或更深；但如果地下水位較高，其中存在較多的砂土或者是粉質性土時，開挖的深度則要控制在3m以下，如果過深將容易出現塌方。為此，對于沿海或者是沿江區域，如果留滯的水較為豐富的地區，深基坑工程中最重要的就是做好對地下水的控制。在具體開挖過程中，降水、排水、止水都會影響到基坑工程的經濟性與科學性，很多工程事故的發生都是發生在這些區域。通常情況下，軟土地區的地下水位較高，在開挖基坑過程中，為了使挖土操作條件得以改善，就要盡量增強土體的抗剪強度，還要增加土體的抗管涌能力、抗承壓能力、抗流砂侵蝕能力等，進而減少對圍護體的側壓力，最終會使基坑施工的安全度提升，坑內、坑外降水是非常常見的。 　　當前，降水井點主要分為輕型的井點、多層輕型井點、噴射井點以及深井井點、電滲井點等方式。在降水過程中，鑒于含水層中地下水位會出現降低，土層內的液壓也會隨之降低，使土體間的應力、有效應力得以增加，進而出現了地面沉降問題，使周圍建筑物出現了傾斜甚至是坍塌，地下管線也會由此遭到破壞。此外，坑內降水過程中，如果降水深度較大，水位差將增加，這樣則容易出現水流涌管，引發工程事故。為此，在準備施工前，要對工程中可能存在的危害因素有一定了解，從而提出最優化的決策方案，還能夠獲取到最優的經濟效益與環境效益。為了有效防止出現因為降水引起的事故，采取的措施有：
　　（1）在基坑的周圍設置的如果是不滲水擋土墻，可以將坑外降水取消。
　　（2）在實施坑外降水前，還要在外側進行回灌處理；
　　（3）要控制好初期的抽水速度，盡量使次數減少，使降水漏斗線位呈現逐漸放緩的趨勢；
　　（4）要控制好坑內的降水量，通常來說，降水深度要在基坑開挖前就要做好控制，控制的限度為0.5m～1.0m；
　　（5）對擋土墻的入土的深度進行合理設計，防止造成管涌現象。
　　2.2 深基坑施工監測
　　當前，基坑的支護設計方法還在逐步成熟當中，基坑周圍土體變形的計算方法還有待研究，為此，只能通過及時、準確的監測指導基坑開挖與支護，這樣會使基坑開挖存在問題得到及時解決，避免出現較大的破壞。
　　基坑支護的監測時要首先做好以下內容的測量：做好對監控點高程與平面位移的測量；支護結構與被支護的土體內側向位移要做好觀察與測量；基坑坑底部位凸起位置的測量；支護結構內外土層壓力的測量；支護結構及其空隙內壓力測量；支護結構內在壓力的測量；地下水位的變化情況測量；相鄰基坑中建筑物與管線變形情況的測量等。通常來說，深基坑施工監測具有以下特征：
　　（1）時效性
　　對于普通的工程測量來說，時間效應非常不明顯。并且，基坑監測的同時會配合使用降水與開挖工序，具有非常鮮明的時效性。測量的動態變化較為常見，一天以前（甚至幾小時以前）的測量結果都會失去直接的意義，為此，深基坑施工中做好監測工作顯得非常重要，通常是1次/d，如果測量對象存在經常性的變化，可能每天需要測量數次。
　　基坑監測的時效性指標取決于監測的方法與設備的準確性，能夠實現數據采集及時性與快捷性，甚至在大霧天氣也能夠開展監測。
　　（2）精度高
　　一般的工程測量誤差僅限制在毫米，比如，60m以下的建筑物其測定的高差中的誤差僅為2.5mm，但是受基坑施工中環境變化的影響，變形速率都在0.1mm/d以下，要想對這種精度的變形做出準確的測量需要使用精度更高的測量工具，為此，特殊高精度的儀器使用的較為普遍。
　　3 結語
　　本文主要對深基坑支護設計問題、參數選擇問題、空間效應問題、土體取樣等問題進行了深入分析，并在最后從地下水控制與深基坑施工監測兩方面探討了深基坑施工要點。可見，做好深基坑支護設計與施工要點分析是提高建筑穩定性與安全性的關鍵。