巖土工程深基坑支護技術探討

　   引言
　　 基坑工程是一個古老而又具有時代特點的巖土工程，它是一門實用性、經驗性很強的學科，但在當前的實際施工中面臨著基坑越來越深的趨勢，尤其是在環保要求逐漸提高的今天，我們需要以更加嚴謹的科學態度來對待深基坑支護問題。事實上，人類土木工程的頻繁活動促進了基坑工程的發展，特別是在2O世紀，隨著大量高層、超高層建筑以及地下工程的不斷涌現，對基坑工程的要求越來越高，隨之出現的問題也越來越多，迫使工程技術人員須從新的角度去審視基坑工程這一古老課題，導致許多新的經驗、理論或研究方法得以出現與成熟。
　　
　　 一、深基坑支護技術介紹
　　 常見的深基坑施工技術有鋼板樁支護、深層攪拌樁支護、排樁支護、地下連續墻、土釘墻、錨桿支護等，由于篇幅有限，下面筆者僅就其中的最主要的幾種作詳細介紹。
　　
　　 1.1 鋼板樁支護
　　 鋼板樁由帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼制成，把這種鋼板樁互相連接就形成鋼板樁墻，被廣泛應用于擋土和擋水。目前鋼板樁常用的截面形式有U形、Z形和直腹板形。鋼板樁由于施工簡單而應用較廣，但是鋼板樁的施工可能會引起相鄰地基的變形和產生噪聲振動，對周圍環境影響很大，因此在人口密集建筑密度很大的地區，其使用常常會受到限制，而且鋼板樁本身柔性較大，如支撐或錨拉系統設置不當其變形會很大，所以當基坑支護深度大于7m時，不宜采用。同時由于鋼板樁在地下室施工結束后需要拔出，因此應考慮拔出時對周圍地基土和地表土的影響。
　　
　　 1.2 深層攪拌樁支護
　　 深層攪拌樁(水泥土墻)是利用水泥或石灰等材料作為固化劑，通過深層攪拌機械，將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的樁體(塊體或墻體)。這種支護結構多采用格柵形式，即重力壩式擋墻。當基坑屬于二、三級基坑時，基坑深h≤7m，當坑邊至紅線間有足夠的距離時，往往優先采用，由于水泥屬不透水結構，因此既能擋土又能擋水，具有良好的防滲效果。深層攪拌樁屬重力式結構，靠本身重量即可抵抗側向力保持穩定，一般內部無支撐，便于基坑內機械挖土和地下結構施工，施工簡便、費用較低，而且使用材料僅是水泥，所以具有較好的社會經濟效益，在特殊情況下受條件限制無法增大墻厚，而又需較嚴格控制變形時，在增設圍檁(腰梁、冠梁)和抗剪插筋后亦可增設支撐，基坑內土體加固和加大嵌固深度亦屬限制變形的有效措施。
　　
　　 1.3 排樁支護
　　 排樁支護是指柱列式間隔布置鋼筋混凝土挖孔、鉆(沖)灌注樁作為主要擋土結構的一種支護形式。柱列式間隔布置包括樁與樁之間有一定凈距的疏排布置形式和樁與樁相切的密排布置形式。柱列式灌注樁作為擋土圍護結構有很好的剛度，但各樁之間的連系差必須在樁頂澆筑較大截面的鋼筋混凝土帽梁加以可靠連接，為了防止地下水并夾帶土體顆粒從樁間孔隙流人(滲入)坑內，應同時在樁間或樁背采用高壓注漿，設置深層攪拌樁、旋噴樁等措施，或在樁后專門構筑防水帷幕。灌注樁施工簡便，可用機械鉆(沖)孔或人工挖孔，施工中不需要大型機械， 且無打入樁的噪聲、振動和擠壓周圍土體帶來的危害，成本較地下連續墻低。
　　
　　 二、深基坑支護施工中存在的問題
　　 深基坑工程支護技術雖取得了不少成功的經驗，但仍存在一些問題。深基坑工程支護施工過程中常常存在的問題主要有以下幾種：
　　
　　 2.1 土層開挖和邊坡支護不配套
　　 常見支護施工滯后于土方施工很長一段時間，而不得不采取二次回填或搭設架子來完成支護施工。一般來說，土方開挖技術含量相對較低，工序簡單，組織管理容易。而擋土支護的技術含量高，工序較多且復雜，施工組織和管理都較土方開挖復雜。所以在施工過程中，大型工程均是由專業施工隊來分別完成土方和擋土支付工作，而且絕大部分都是兩個平行的合同。這樣在施工過程中協調管理的難度大，土方施工單位搶進度，拖工期，開挖順序較亂，特別是雨期施工，甚至不顧擋土支護施工所需工作面，留給支護施工的操作面幾乎是無法操作，時間上也無法完成支護工作。
　　
　　 2.2 邊坡修理達不到設計、規范要求
　　 常存在超挖和欠挖現象，一般深基礎在開挖時均使用機械開挖、人工簡單修坡后即開始擋土支護的砼初噴工序。而在實際開挖時，由于施工管理人員不到位， 技術交底不充分，分層分段開挖高度不一，挖機械操作手的操作水平等因素的影響，使機械開挖后的邊坡表面平整度，順直度極不規則，而人工修理時不可能深度挖掘只能就機挖表面作平整度修整，在沒有嚴格檢查驗收就開始初噴，故出現擋土支付后出現超挖和欠挖現象。
　　
　　 2.3 成孔注漿不到位、土釘或錨桿受力達不到設計要求
　　 深基坑支護所用土釘或錨桿鉆孔直徑為100――150的鉆桿成孔， 孔深少則五、六米，深則十幾米，甚至二十多米，鉆孔所穿過的土層質量也各不相同，鉆孔如果不認真研究土體情況，往往造成出渣不盡，殘渣沉積而影響注漿，有的甚至成孔困難、孔洞坍塌，無法插筋和注漿。再者注漿時配料隨意性大、注漿管不插到位、注漿壓力不夠等而造成注漿長度不足、充盈度不夠，而使土釘或錨桿的抗拔力達不到設計要求，影響工程質量，甚至要做再次處理。
　　
　　 三、巖土工程深基坑支護工程的防治措施
　　
　　 3.1 重視變形觀測，并注意及時補救
　　 巖土工程中深基坑支護結構變形觀測的內容包括：基坑邊坡的變形觀測、及周圍建筑物及地下管線變形觀測等。通過對監測數據可以及時分析并及時了解土方開挖及支護設計在實際應用中的情況，分析其存在的偏差便可以及時的了解基坑土體變形狀況以及土方開挖影響的沉降情況還有地下管線的變形情況等。對設計中存在的偏差，在下部施工中及時校正設計參數，對已施工的部位采取恰當的補救和控制措施，為此，要求現場變形觀測的數據必須準確、可靠、及時，要求變形觀測人員嚴格按照預定設計方案精心測量、認真負責，保證觀測質量。如果在實際測量中確實發現異常情況，就需要即時研究采取措施以防止其惡化。而一旦出現大的變形或滑動，立即分析主要原因，做出可靠的加固設計和施工方案， 使加固工作快速而有效，防止變形或滑動繼續發展。研究和應用已有的基坑工程行業的和地區性規范以及當地的工程經驗。 對于重大復雜的基坑工程目前國內采用專家論證的形式，對保證工程安全、降低造價是有效和現實的一種方法。
　　
　　 3.2 轉變傳統深基坑支護工程設計理念
　　 近年來，我國在深基坑支護技術上已經積累很多實踐經驗，初步摸索出巖土變化支護結構實際受力的規律，為建立健全深基坑支護結構設計的新理論和新方法打下了良好的基礎。但對于巖土深基坑支護結構的實際設計和施工方法仍處于摸索和探討階段，而且，目前我國還沒有統一的支護結構設計的相關規范和標準，土壓力分布還按庫倫或朗肯理論確定，支護樁仍用“等值梁法”進行計算。這些陳舊的計算理論所計算出的結果與深基坑支護結構的實際受力懸殊較大，既不安全也不經濟。因此，深基坑支護結構的施工工程設計不應該再采用以往傳統的“結構荷載法”，而應徹底改變傳統的設計觀念，逐步建立以施工監測為主導的信息反饋動態設計體系。
　　
　　 3.3 全程控制基坑支護的施工質量
　　 巖土深基坑支護施工重在過程控制，一旦施工過程控制環節出現問題，事后糾正和補救都會比較困難。因此我們必須進行嚴格的施工過程控制管理，確保施工質量，嚴格按設計方案組織施工。工程施工前，有關人員需要熟悉當地的地質資料, 本次施工設計圖紙及施工現場周圍的環境，另外，降水系統應確保正常工作，施工單位在施工過程中不得隨意改變錨桿位置、長度、型號、數量、鋼筋網間距、加強筋范圍、放坡系數等，設計方案變更時必須重新經專家評審。
　　 基坑支護單位要與挖土單位緊密配合，堅持分層分段開挖和分層分段支護的施工原則進行施工。土方開挖的順序和具體開挖的方法必須與設計的工況相一致，并遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則，減少開挖過程中土體的擾動范圍，縮短基坑開挖卸荷后無支撐的暴露時間，對稱開挖，均衡開挖，合理利用土體自身在開挖過程中控制位移的能力。巖土深基坑開挖的過程中應采取措施以防止碰撞支護結構,工程樁或撓動基底原狀土，當有異常情況發生時，應立即停止挖土，并應立即查清原因和采取措施，巖土深基坑開挖完成后， 應提醒建設單位盡快組織勘察,設計,質監,監理,施工等部門進行驗槽，及早開始地下結構工程的施工，嚴禁基坑長時間暴露，基坑回填前，支護層不能破壞，特別是坡腳部分。
　　
　　 四、深基坑技術的發展趨勢
　　 (1)目前，在有支護的深基坑工程中，基坑開挖大多以人工挖土為主，效率不高，今后必須大力研究開發小型、靈活、專用的地下挖土機械，以提高工效， 加快施工進度，減少時間效應的影響。
　　 （2）基坑向著大深度、大面積方向發展，周邊環境更加復雜，深基坑開挖與支護的難度愈來愈大。因此，從工期和造價的角度看兩墻合一的逆作法將是今后發展的主要方向。但逆作法施工受樁承載力的限制很大，采用逆作法時不能采用一柱一樁，而是一柱多樁，增加了成本和施工難度。如何提高單樁承載力，降低沉降，減少中柱樁(中間支承柱)，達到一柱一樁，使上部結構施工速度可以放開限制，從而加快進度，縮短總工期，這將成為今后的研究方向。
　　 (3)土釘支護方案的大量實施，使得噴射混凝土技術得以充分運用和發展。為減少噴射混凝土的回彈量以及保護環境的需要，濕式噴射混凝土將逐步取代干式噴射混凝土。
　　 (4)為了減少基坑變形，通過施加預應力的方法控制變形將逐步被推廣，另外采用深層攪拌或注漿技術對基坑底部或被動區土體進行加固，也將成為控制變形的有效手段被推廣。