結(jié)構(gòu)工程師：淺述基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及設(shè)計(jì)原則

　　我國大量的深基坑工程始于20世紀(jì)80年代，由于城市高層建筑的迅速發(fā)展，地下停車場、高層建筑埋深、人防等各種需要，高層建筑需要建設(shè)一定的地下室。近幾年，由于城市地鐵工程的迅速發(fā)展地鐵車站、局部區(qū)間明挖等也涉及大量的基坑工程，在雙線交叉的地鐵車站，基坑深達(dá)20-30m.水利、電力也存在著地下廠房、地下泵房的基坑開挖問題。
　　無論是高層建筑還是地鐵的深基坑工程，由于都是在城市中進(jìn)行開挖，基坑周圍通常存在交通要道、已建建筑或管線等各種構(gòu)筑物，這就涉及到基坑開挖的一個很重要內(nèi)容，要保護(hù)其周邊構(gòu)筑物的安全使用。而一般的基坑支護(hù)大多又是臨時結(jié)構(gòu)、投資太大也易造成浪費(fèi)，但支護(hù)結(jié)構(gòu)不安全又勢必會造成工程事故。因此，如何安全、合理地選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)并根據(jù)基坑工程的特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)是基坑工程要解決的主要內(nèi)容。以下簡單介紹當(dāng)前基坑工程中常見的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及不同地基土條件下的基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)選型原則。
　　1.基坑支護(hù)的類型及其特點(diǎn)和適用范圍
　　1.1 放坡開挖
　　適用于周圍場地開闊，周圍無重要建筑物，只要求穩(wěn)定，位移控制五嚴(yán)格要求，價錢最便宜，回填土方較大。
　　1.2 深層攪拌水泥土圍護(hù)墻
　　深層攪拌水泥土圍護(hù)墻是采用深層攪拌機(jī)就地將土和輸入的水泥漿強(qiáng)行攪拌，形成連續(xù)搭接的水泥土柱狀加固體擋墻。水泥土圍護(hù)墻優(yōu)點(diǎn)：由于一般坑內(nèi)無支撐，便于機(jī)械化快速挖土；具有擋土、止水的雙重功能；一般情況下較經(jīng)濟(jì)；施工中無振動、無噪音、污染少、擠土輕微，因此在鬧市區(qū)內(nèi)施工更顯出優(yōu)越性。水泥土圍護(hù)墻的缺點(diǎn)：首先是位移相對較大，尤其在基坑長度大時，為此可采取中間加墩、起拱等措施以限制過大的位移；其次是厚度較大，只有在紅線位置和周圍環(huán)境允許時才能采用，而且在水泥土攪拌樁施工時要注意防止影響周圍環(huán)境。
　　1.3 高壓旋噴樁
　　高壓旋噴樁所用的材料亦為水泥漿，它是利用高壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合形成水泥土加固體，相互搭接形成排樁，用來擋土和止水。高壓旋噴樁的施工費(fèi)用要高于深層攪拌水泥土樁，但其施工設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、機(jī)動性強(qiáng)、占地少，并且施工機(jī)具的振動很小，噪音也較低，不會對周圍建筑物帶來振動的影響和產(chǎn)生噪音等公害，它可用于空間較小處，但施工中有大量泥漿排出，容易引起污染。對于地下水流速過大的地層，無填充物的巖溶地段永凍土和對水泥有嚴(yán)重腐蝕的土質(zhì)，由于噴射的漿液無法在注漿管周圍凝固，均不宜采用該法。
　　1.4 槽鋼鋼板樁
　　這是一種簡易的鋼板樁圍護(hù)墻，由槽鋼正反扣搭接或并排組成。槽鋼長6～8m ，型號由計(jì)算確定。其特點(diǎn)為：槽鋼具有良好的耐久性，基坑施工完畢回填土后可將槽鋼拔出回收再次使用；施工方便，工期短；不能擋水和土中的細(xì)小顆粒，在地下水位高的地區(qū)需采取隔水或降水措施；抗彎能力較弱，多用于深度≤4m的較淺基坑或溝槽，頂部宜設(shè)置一道支撐或拉錨；支護(hù)剛度小，開挖后變形較大。
　　1.5 鋼筋混凝土板樁
　　鋼筋混凝土板樁具有施工簡單、現(xiàn)場作業(yè)周期短等特點(diǎn)，曾在基坑中廣泛應(yīng)用，但由于鋼筋混凝土板樁的施打一般采用錘擊方法，振動與噪音大，同時沉樁過程中擠土也較為嚴(yán)重，在城市工程中受到一定限制。此外，其制作一般在工廠預(yù)制，再運(yùn)至工地，成本較灌注樁等略高。但由于其截面形狀及配筋對板樁受力較為合理并且可根據(jù)需要設(shè)計(jì)，目前已可制作厚度較大（如厚度達(dá)500mm 以上） 的板樁，并有液壓靜力沉樁設(shè)備，故在基坑工程中仍是支護(hù)板墻的一種使用形式。
　　1.6 鉆孔灌注樁
　　鉆孔灌注樁圍護(hù)墻是排樁式中應(yīng)用最多的一種，在我國得到廣泛的應(yīng)用。其多用于坑深7～15m 的基坑工程，在我國北方土質(zhì)較好地區(qū)已有8～9m 的臂樁圍護(hù)墻。鉆孔灌注樁支護(hù)墻體的特點(diǎn)有：施工時無振動、無噪音等環(huán)境公害，無擠土現(xiàn)象，對周圍環(huán)境影響?。粔ι韽?qiáng)度高，剛度大，支護(hù)穩(wěn)定性好，變形?。划?dāng)工程樁也為灌注樁時，可以同步施工，從而施工有利于組織、方便、工期短；樁間縫隙易造成水土流失，特別時在高水位軟粘土質(zhì)地區(qū)，需根據(jù)工程條件采取注漿、水泥攪拌樁、旋噴樁等施工措施以解決擋水問題；適用于軟粘土質(zhì)和砂土地區(qū)，但是在砂礫層和卵石中施工困難應(yīng)該慎用；樁與樁之間主要通過樁頂冠梁和圍檁連成整體，因而相對整體性較差，當(dāng)在重要地區(qū)，特殊工程及開挖深度很大的基坑中應(yīng)用時需要特別慎重。
　　1.7 地下連續(xù)墻
　　通常連續(xù)墻的厚度為600mm、800mm、1000mm，也有厚達(dá)1200mm的，但較少使用。地下連續(xù)墻剛度大，止水效果好，是支護(hù)結(jié)構(gòu)中最強(qiáng)的支護(hù)型式，適用于地質(zhì)條件差和復(fù)雜，基坑深度大，周邊環(huán)境要求較高的基坑，但是造價較高，施工要求專用設(shè)備。
　　1.8 土釘墻
　　土釘墻是一種邊坡穩(wěn)定式的支護(hù)，其作用與被動的具備擋土作用的上述圍護(hù)墻不同，它是起主動嵌固作用，增加邊坡的穩(wěn)定性，使基坑開挖后坡面保持穩(wěn)定。土釘墻主要用于土質(zhì)較好地區(qū)，我國華北和華東北部一帶應(yīng)用較多，目前我國南方地區(qū)亦有應(yīng)用，有的已用于坑深10m 以上的基坑，穩(wěn)定可靠、施工簡便且工期短、效果較好、經(jīng)濟(jì)性好、在土質(zhì)較好地區(qū)應(yīng)積極推廣。

　　1.9 SMW工法
　　SMW工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法，即在水泥土樁內(nèi)插入H 型鋼等（多數(shù)為H 型鋼，亦有插入拉森式鋼板樁、鋼管等） ，將承受荷載與防滲擋水結(jié)合起來，使之成為同時具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻。SMW 支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)特點(diǎn)主要為：施工時基本無噪音，對周圍環(huán)境影響?。唤Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠，凡是適合應(yīng)用水泥土攪拌樁的場合都可使用，特別適合于以粘土和粉細(xì)砂為主的松軟地層；擋水防滲性能好，不必另設(shè)擋水帷幕；可以配合多道支撐應(yīng)用于較深的基坑；此工法在一定條件下可代替作為地下圍護(hù)的地下連續(xù)墻，在費(fèi)用上如果能夠采取一定施工措施成功回收H 型鋼等受拉材料；則大大低于地下連續(xù)墻，因而具有較大發(fā)展前景。
　　1.10 基坑支護(hù)選型小結(jié)
　　基坑支護(hù)型式的合理選擇，是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的的首要工作，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，周邊環(huán)境的要求及不同支護(hù)型式的特點(diǎn)、造價等綜合確定。一般當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好，周邊環(huán)境要求較寬松時，可以采用柔性支護(hù)，如土釘墻等；當(dāng)周邊環(huán)境要求高時，應(yīng)采用較剛性的支護(hù)型式，以控制水平位移，如排樁或地下連續(xù)墻等。同樣，對于支撐的型式，當(dāng)周邊環(huán)境要求較高地質(zhì)條件較差時，采用錨桿容易造成周邊土體的擾動并影響周邊環(huán)境的安全，應(yīng)采用內(nèi)支撐型式較好；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件特別差，基坑深度較深，周邊環(huán)境要求較高時，可采用地下連續(xù)墻加逆作法這種最強(qiáng)的支護(hù)型式?；又ёo(hù)最重要的是要保證周邊環(huán)境的安全。
　　2.基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)要求
　　基坑支護(hù)作為一個結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)要滿足穩(wěn)定和變形的要求，即通常規(guī)范所說的兩種極限狀態(tài)的要求，即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。所謂承載能力極限狀態(tài)，對基坑支護(hù)來說就是支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、傾倒、滑動或周邊環(huán)境的破壞，出現(xiàn)較大范圍的失穩(wěn)。一般的設(shè)計(jì)要求是不允許支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)這種極限狀態(tài)的。而正常使用極限狀態(tài)則是指支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形或是由于開挖引起周邊土體產(chǎn)生的變形過大，影響正常使用，但未造成結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。
　　因此，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)相對于承載力極限狀態(tài)要有足夠的安全系數(shù)，不致使支護(hù)產(chǎn)生失穩(wěn)，而在保證不出現(xiàn)失穩(wěn)的條件下，還要控制位移量，不致影響周邊建筑物的安全使用。因而，作為設(shè)計(jì)的計(jì)算理論，不但要能計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題，還應(yīng)計(jì)算其變形，并根據(jù)周邊環(huán)境條件，控制變形在一定的范圍內(nèi)。
　　一般的支護(hù)結(jié)構(gòu)位移控制以水平位移為主，主要是水平位移較直觀，易于監(jiān)測。水平位移控制與周邊環(huán)境的要求有關(guān)，這就是通常規(guī)范中所謂的基坑安全等級的劃分，對于基坑周邊有較重要的構(gòu)筑物需要保護(hù)的，則應(yīng)控制小變形，此即為通常的一級基坑的位移要求；對于周邊空曠，無構(gòu)筑物需保護(hù)的，則位移量可大一些，理論上只要保證穩(wěn)定即可，此即為通常所說的三級基坑的位移要求；介于一級和三級之間的，則為二級基坑的位移要求。
　　對于一級基坑的最大水平位移，一般宜不大于30mm，對于較深的基坑，應(yīng)小于0.3％H，H為基坑開挖深度。對于一般的基坑，其最大水平位移也宜不大于50mm.一般最大水平位移在30mm內(nèi)地面不致有明顯的裂縫，當(dāng)最大水平位移在40-50mm內(nèi)會有可見的地面裂縫，因此，一般的基坑最大水平位移應(yīng)控制不大于50mm為宜，否則會產(chǎn)生較明顯的地面裂縫和沉降，感觀上會產(chǎn)生不安全的感覺。
　　一般較剛性的支護(hù)結(jié)構(gòu)，如擋土樁、連續(xù)墻加內(nèi)支撐體系，其位移較小，可控制在30mm之內(nèi)，對于土釘支護(hù)，地質(zhì)條件較好，且采用超前支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨桿等加強(qiáng)措施后可控制較小位移外，一般會大于30mm.
　　結(jié)語：基坑支護(hù)是一種特殊的結(jié)構(gòu)方式，具有很多的功能。不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)適應(yīng)于不同的水文地質(zhì)條件，因此，要根據(jù)具體問題，具體分析，從而選擇經(jīng)濟(jì)適用的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

?08年考試規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn): 申報(bào)一、二級注冊結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)資格考試須知.