深基坑支护优化方案研究
深基坑支护优化方案研究
摘要：伴随着我国经济社会的不断发展，我国的城市化进程也在不断加快，城市规模的不断扩大使得用地越来越紧张，所以城市建设向逐渐向高层和地下发展，所以一些需要深基坑的建筑物也越来越多，解决好深基坑的支护问题已经成为建筑行业的一个重要问题，本文从具体的应用实际出发，进行了深基坑支护的优化设计。
关键字：深基坑；优化
Abstract: with the development of our country’s economy and society, the process of urbanization of our country also is accelerating, city and expansion of the size of the land that is more and more nervous, so the urban construction to gradually to top and underground development, so some need deep foundation pit building more and more, solve the problem of the deep foundation pit supporting the construction industry has become one of the important problems, this article from the concrete application practice, the optimization design of deep foundation pit support.
Keyword: deep foundation pit; optimization
1 引言
改革开放以来，我们国家的建筑行业得到了飞速的发展，出现了一大批的地下建筑和高层建筑。深基坑的数量也越来愈多，基坑深度超过10m的工程已经非常普遍。深基坑的支护工程涉及的领域比较广，在基坑支护过程中要用到结构力学和土力学等学科的内容。另外也要根据不同的工程的实际情况采取不同的处理措施。针对这些具体的工程实际问题要进行基坑支护方案的优化，通过方案的优化可以不断积累深基坑支护的成果实践经验。
2 深基坑支护的类型
在各种类型的建筑施工过程中都需要进行基坑的开挖，对于一些较小的施工项目，基坑的开挖深度较小。可以采用直接开挖和放坡开挖两种简单方便的模式。但是对于大型的建筑工程或者是周围的施工空间较为狭窄的情况就需要进行基坑支护。进行基坑支护的主要作用是起到挡土的作用，另外一个方面进行基坑支护可以对周围的建筑物和环境有一个较好的保护作用。
2.1 钢板桩支护
钢板桩支护的形式主要是采用热轧型的钢材进行钳口和锁口，将钢板桩相互连接在一起，形成一个整体的钢板墙结构，这样可以起到很好的挡水和挡土的作用。目前常用的钢板桩支护结构形式主要有Z形、U形和直腹板等结构形式，因为钢板的加工工艺比较简单，材料的来源也比较广泛。所以采用钢板桩支护得到了广泛的应用。
2.2 深层搅拌水泥桩
水泥搅拌主要是起到对软土地基的一个加固和饱和的作用。水泥起到了固化剂的作用，利用水泥和软土的一系列物理化学的反应，能够形成一定强度的水泥加固体，使得软土地基的承载能力显著提高，并且也增大了软土地基额变形模量。根据相关试验研究表明，当水泥掺入比在8%～20%之间，水泥土重度比 可以提高约3%～5%左右，而且水泥土的含水量可以降低10%，其抗渗性能则一般在10-7～10-8cm/ces，可以看出水泥土可以明显的起到改良土质的作用。而且水泥土的无侧限抗压强度一般可以达到0.3MPa以上，相比于未处理的软土地及其抗压强度提高了几十倍由于水泥土抗拉强度与抗压强度具有一定的相关性，抗拉强度一般等于（0.15～0.25）抗压强度之间，这意味着水泥土抗拉强度也得到相应的提高。
2.3 排桩支护
排桩支护主要是在利用钢筋混凝土在柱子之间进行挖孔，钻孔灌注桩是挡土结构的重要组成形式，主要是在桩与桩之间进行柱子的布置。使得相邻的桩之间能够很好的联系在一起，然后通过钢筋混凝土胶管来形成一个完整的结构体系。
2.4 锚喷网支护
锚喷网支护在深基坑支护中是利用比较多的一种支护形式。它是通过将喷射锚杆、水泥混凝土和钢筋网整合在一起来形成一个稳定的结构，是一种较为先进的支护形式。特别适用于跨度比较大的建筑工程。对于岩土质高边坡工程也有着较好的适用性，锚喷网支护的主要优势是体现在能改善给岩土体强度不足的特性，同时能够使得岩土体自身的强度得到充分的发挥。
2.5 地下连续墙支护
地下连续墙的具有较大的刚度，另外能够起到很好的防水和抗渗的效果。特别适合于一些深基坑中存在地下水、沙土粘土的复杂地质条件的基坑工程。在连续墙的施工过程中需要将墙体结构埋入到较深的土层之中。这种支护形式的应用范围也比较广。
3 深基坑支护存在的问题
3.1 土层开挖和边坡支护不配套
在大部分的深基坑开挖过程中存在着支护工程的施工过程要滞后于土方施工过程的现象。这就导致了在这一部分工程中难以进行二次回填工作，无法用搭接好的架子进行进一步的支护。一般情况下，深基坑进行的挡土和挡水的技术含量较低，施工的工艺过程相对简单。但是在施工管理和施工组织方面相对于土方开挖来说要复杂得多。
3.2 边坡修理部到位
欠挖和深挖都是在深基坑开挖过程中容易出现的现象。在实际的基坑支护过程中部分施工人员的责任意识可能不到位，这样很可能会导致分层开挖的高度不一致的现象发生。在开挖的过程中还要受到施工机械的操作人员的操作水平的影响，这些问题都不注意的话，都有可能导致边坡表面不平整的现象发生，导致基坑的边坡跟设计要求相比相差较大。
3.3 成孔注浆过程不到位
在进行钻孔的过程总钻杆可能会通过几种不同类型的土质结构，这很容易造成一些残渣的陈留，残渣的存在会直接影响到注浆的质量。如果注浆过程中注浆压力不足的话也会导致注浆长度不足的现象发生，也会造成充盈度不够的现象发生，将会严重影响到锚杆和土钉的抗拔能力。
3.4 喷射混凝土的厚度不足
在深基坑支护工程施工过程中，常见的喷射混凝土设备为干拌法，干拌法得到的混凝土体积小、设备简单，但是传送的时间较长，能够保证进行连续的喷射，设备操作也相对简单。但是由于在施工过程中检查方法和控制手段存在一定的差异，导致混凝土的回弹现象严重。另外一方面，如果配料不准和养护不到位的话也会导致混凝土的厚度不足。
4 结合具体工程的基坑支护优化方案
4.1工程概况
基坑深度10-14米，边坡为粘性土、黄斑岩（少部分）、强风化、中风化。基坑东侧靠近马路并且开挖速度快。基坑内原有一条冲沟需要处理。开挖过程在枯水期，施工工期较紧。
4.2 支护方案的优化选取
1）钢板桩支护方案
钢板桩围护施工速度快，为减少钢板桩的变形，可在钢板桩顶部和中部加设几道围檀。钢板桩必须打入不透水的土层，才能止水和嵌固。由于改施工现场地质上软下硬，钢板桩无法打入嵌固，难以保证止水的效果，容易产生踢脚破坏。另外由于钢板桩的变形大，如果在施工中遇块石等异物的话也会影响施工，所以在该基坑支护过程中不考虑钢板桩围护结构。
2）地下连续墙方案
地下连续墙是采用泥浆护壁，机械分段成槽，浇灌混凝土后形成的钢筋混凝土墙体，常用于挡土、截水、防渗和承力等。地下连续墙的特点是整体性能好，挡水功能强，特别是在南方地区的基坑支护工程中因地下水丰富，地下连续墙得到了广泛的采用。该方案刚度较大，防渗性能较好，墙接头止水效果好，施工的误差小，但是该支护类型成本较高，对施工技术要求较严，另外在中风化岩层中成槽较困难。改项目施工过程中在枯水期。因此，不必采用止水功能强但造价较贵的地下连续墙。
3）钻孔灌注桩
钻孔灌注桩式挡土桩作为基坑开挖的围护结构，其刚度较大，适用于软弱地层，但是钻孔在中风化岩层中的成孔速度较慢，施工的周期也较长，很难做好接头的防水，要采取一定的工程措施。该方案造价相对人工挖孔桩高。
4）人工挖孔灌注桩方案
该类型的造价相对低，刚度较大，平面布置灵活，已经具有较为成熟的施工经验，特别对有较多地下管线较多的场地。在排桩桩间用混凝土搅拌桩止水或在排桩外侧作定喷墙进行高压定喷围封防渗施工。成本要比连续墙低，施工的费用也低。不必采用大型的机械，无打入桩的噪音，不会因为振动和挤压给周围土体带来危害。但是该支护类型在防渗性能差，要注意该地区在降水期地下水位的情况。
5）支护结构挡墙的确定
依照该项目的工程地质，水文条件，周边情况及基坑的挖深，主要采用技术经济对比方法，先试选了人工挖孔咬合桩支护结构，采用了截面尺寸为120Ox800mm的矩形柱。但在施工工程中发现，1.人工挖孔咬合桩矩形柱的施工难度偏大，开挖时间长，影响了施工的进度。2.人工挖孔咬合桩在处理渗水上难度。3.投资的成本较大
所以综合考虑了地质条件，工期要求，施工难易等其他方面的一些因素。采用直径为450的钢管支撑，能够快速进行架设，有利于缩短工期，还能够重复利用，并且可以施加预应力，能够减小围护结构的水平位移。
参考文献
[1] 余志成，施文华.地铁深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社2003
[2] 李锌.深基坑支护技术及发展趋势，岩土工程，2010
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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