淺析不同地質(zhì)條件下的深基坑支護(hù)

1、淺析不同地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)摘要： 本文在分析了基坑支護(hù)的各種形式的適用范圍的情況下，結(jié)合各種工程地質(zhì)條件，在閱讀大量工程實(shí)例文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些總結(jié)，提出了一些觀點(diǎn)和結(jié)論。關(guān)鍵詞深基坑，支護(hù)體系，工程地質(zhì)，支護(hù)設(shè)計(jì)1 前言在現(xiàn)代建筑、水利、采礦、 路橋等工程建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，工程設(shè)計(jì)人員都會(huì)遇到深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的問題。深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)技術(shù)要求高、操作復(fù)雜、涉及內(nèi)容較廣的具體工作內(nèi)容。 針對(duì)不同的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)人員要在深入了解深基坑工程基本要求、場(chǎng)地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、場(chǎng)地周邊環(huán)境條件等資料后，并結(jié)合工程項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際需要，進(jìn)而制定出科學(xué)、 合理、正確的設(shè)

2、計(jì)方案，這對(duì)于深基坑支護(hù)系統(tǒng)施工，以及建筑物質(zhì)量的保障都是極其重要的，不容忽視。本文在參考了大量文獻(xiàn)的額基礎(chǔ)上，對(duì)各種地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)以及需要注意的地方進(jìn)行了詳細(xì)的論述，并例舉了相應(yīng)的工程實(shí)例。本文主要涉及城市建設(shè)中的基坑支護(hù)，這類支護(hù)一般涉及到淤泥（質(zhì)土），軟粘土，砂土，填土等地質(zhì)條件，因此，本文主要對(duì)這幾種條件下的基坑支護(hù)作出分析和探討。2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中常見地質(zhì)條件城市建設(shè)中經(jīng)常涉及的地質(zhì)條件有淤泥質(zhì)黏土、軟土（粘土），填土，砂土等,以下將分別探討各種工程地質(zhì)條件的特點(diǎn)及對(duì)工程的影響。2.1 淤泥質(zhì)黏土淤泥質(zhì)黏土主要分布于大中型江流湖泊的周邊地區(qū)，主要是由河流沖刷所帶的淤泥而形成

3、。淤泥質(zhì)黏土層的含水量一般在40%50%左右、孔隙比一般在1.21.6之間，土層的壓縮性高，抗剪強(qiáng)度較低，淤泥承載力低、靈敏度高，含水率高，開挖不慎極易造成塌方等安全事故。2.2 軟土第四紀(jì)沉積的軟土在我國(guó)分布廣泛,在基坑工程中不可避免的經(jīng)常會(huì)遇到軟土地基問題。軟土層一般包括黏土、淤泥與淤泥質(zhì)土,其工程特性一般表現(xiàn)為含水量大、強(qiáng)度低、壓縮性大、透水性差、土質(zhì)不均勻、地區(qū)之間土性存在較大差異等。2.3 填土填土的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是較為常見的地質(zhì)條件之一，在現(xiàn)代大都市中具有較強(qiáng)代表性與典型性。 填土是指由人類活動(dòng)而堆積的土。在工業(yè)與民用建筑建設(shè)中經(jīng)常遇到大范圍的高填方地段 , 由于填土的物質(zhì)組成復(fù)雜

4、, 堆填方式各異, 工程性質(zhì)十分獨(dú)特。綜合來說，填土的工程性質(zhì)有：1） 不均勻性，雜填土的不均勻性最為顯著，素填土和沖填土的不均勻性較雜填土略好；2） 填土是一種欠壓密土，有自行壓密的特點(diǎn)，抗剪強(qiáng)度和承載力較低，而其壓縮性卻很高。2.4 砂土砂土工程性質(zhì)的評(píng)價(jià)與砂土的密實(shí)度有很大關(guān)系，較密實(shí)的砂土由于壓縮性小，承載能力大，在工程地質(zhì)評(píng)價(jià)中一般認(rèn)為是較好的天然地基。而松散、強(qiáng)度較低的砂土地基, 遇水后顆粒間的有效應(yīng)力會(huì)減少, 構(gòu)筑物周圍應(yīng)注意排水和防止?jié)B水。另外，砂土遇到水后，極易產(chǎn)生振動(dòng)液化，有效應(yīng)力降低，承載力降低。3 常用的基坑支護(hù)形式及適用性簡(jiǎn)介3.1 放坡開挖放坡開挖是選擇合理基坑邊角

5、坡度，以保證在開挖過程中邊坡穩(wěn)定性。邊坡穩(wěn)定性包括坡面的自立性和邊坡的整體穩(wěn)定性。放坡開挖一般使用于地基土質(zhì)較好（硬質(zhì)、可塑性粘土和良好砂性土）、開挖深度不深、以及施工現(xiàn)場(chǎng)有足夠放坡區(qū)域的工程。邊坡高度一般36m,否則分段開挖。放坡開挖特點(diǎn)為最經(jīng)濟(jì)，條件滿足時(shí)宜優(yōu)先采用。設(shè)計(jì)時(shí)主要是驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定性。3.2 擋土支護(hù)開挖為了保證基坑周圍的建筑物、構(gòu)筑物以及市政設(shè)施安全，或?yàn)榱藵M足無(wú)水條件下施工，需要設(shè)置擋土和截水結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)稱為支（圍）護(hù)結(jié)構(gòu)。3.2.1 水泥土墻支護(hù)水泥攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水率較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值w120kPa的粘性土等地基。3.2.2 排樁、地下連續(xù)墻

6、支護(hù)地下連續(xù)墻對(duì)多種地質(zhì)條件和復(fù)雜的施工環(huán)境使用能力較強(qiáng)，尤其在軟土地區(qū)應(yīng)用廣泛。造價(jià)高，一般適用于開挖深度大于12m的基坑。排樁使用于各種土層條件，一般應(yīng)用于開挖深度小于15m的深基坑。3.2.3 鋼板樁支護(hù)鋼板樁為柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，變形較大，一般適用于開挖深度小于7m的基坑工程。3.2.4 土釘墻支護(hù)（錨噴支護(hù)）一般適用于地下水位以上的可塑，硬塑或堅(jiān)硬的黏性土且深度小于6m的基坑。復(fù)合土釘適用于有松散砂土和軟土的地層。3.2.5 逆作拱墻逆作拱墻法是目前國(guó)內(nèi)較新的基坑支護(hù)施工方法，與其它方法相比，它具有經(jīng)濟(jì)合理、施工速度快等特點(diǎn)。3.3 支撐3.3.1 錨桿或錨噴錨桿應(yīng)錨入穩(wěn)定土體，外端與支護(hù)

7、結(jié)構(gòu)連接并施加預(yù)應(yīng)力。錨桿可與排樁、地下連續(xù)墻或其他支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用。不宜用于有機(jī)土體，液限大于50%的黏土層及相對(duì)密實(shí)度小于0.3的砂土。3.3.2 混凝土支撐可用于平面形狀復(fù)雜的基坑。剛度相對(duì)較大，對(duì)于減小基坑變形有利，在混凝土支撐上架設(shè)施工棧橋也相對(duì)較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是需要在強(qiáng)度達(dá)到一定值后才可形成支撐，工期長(zhǎng)；爆破拆除對(duì)周邊環(huán)境有一定影響；混凝土的收縮和徐變對(duì)變形也有一定的影響。3.3.3 鋼支撐通長(zhǎng)情況下采用相互正交、均勻不知的對(duì)撐或?qū)舞旒荏w系。鋼支撐系統(tǒng)構(gòu)件可以回收重復(fù)利用，減小資源浪費(fèi)。施工架設(shè)速度快，拆除方便。施加預(yù)應(yīng)力可以在一定程度上減小基坑變形?；娱L(zhǎng)度超過 100m時(shí)施工難度

8、增大。3.4 各種支護(hù)形式的比較每種基坑支護(hù)方式都各有各自的適用條件和一定的局限性?；又ёo(hù)方案的選擇直接關(guān)系到工程造價(jià)、施工進(jìn)度及基坑周邊環(huán)境安全。現(xiàn)代大都市的高層建筑一般較大且基坑較深，基坑臨近有許多建筑物、道路和地下管線，施工場(chǎng)地?fù)頂D，在環(huán)境安全上又有很高要求。對(duì)于較淺的基坑可采取土釘支護(hù)，尤其是符合土釘支護(hù)或水泥土攪拌樁自立式支護(hù)結(jié)構(gòu)； 對(duì)于較深的基坑可采用灌注排樁擋墻或地下連續(xù)墻作為維護(hù)結(jié)構(gòu)，輔以多道內(nèi)支撐或者多道錨桿的圍護(hù)形式。4 不同地質(zhì)條件下支護(hù)分析深基坑支護(hù)的要點(diǎn)，通常來說，有三方面的要求：支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算、支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、深基坑挖土施工的組織設(shè)計(jì)。根據(jù)不同地質(zhì)條件進(jìn)行

9、分析，合理設(shè)計(jì)支護(hù)方案，并進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)，是十分必要的。以下對(duì)不同地質(zhì)條件下的支護(hù)，做一些探討和對(duì)比。4.1 淤泥，淤泥質(zhì)土條件淤泥承載力低、靈敏度高,壓縮性高,含水率高,開挖不慎極易造成塌方等安全事故。因此，本人認(rèn)為，對(duì)于淤泥質(zhì)土條件下的基坑支護(hù)，理想的辦法是，換填粘土或砂土，壓實(shí)后再進(jìn)行基坑的施工及支護(hù)。如果條件不允許，不能進(jìn)行換填，則應(yīng)采用水泥土攪拌法，對(duì)淤泥質(zhì)土進(jìn)行加固處理，待達(dá)到一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行基坑開挖施工。如果是深基坑，在開挖過程中，可使用鋼板樁加支撐，或逆作拱墻等較經(jīng)濟(jì)的支護(hù)方式。4.2 軟土條件基坑支護(hù)中，軟土是常見的一種地質(zhì)情況。軟土基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工是城市基本建設(shè)工程中的重

10、要問題,也是巖土工程中比較復(fù)雜和困難的問題。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹，近年來，國(guó)內(nèi)對(duì)于軟土的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，主要采取懸壁式、單支點(diǎn)及多支點(diǎn)式、圓筒式等支護(hù)結(jié)構(gòu)，各種支護(hù)結(jié)構(gòu)都有其顯著的特點(diǎn)，并被廣泛應(yīng)用于軟土地質(zhì)條件的深基坑項(xiàng)目施工中。由于軟土的性質(zhì)偏軟，因此在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中一定要考慮到深基坑的整體硬度和強(qiáng)度，對(duì)于部分土層較軟的部分，還要進(jìn)行必要的加固設(shè)計(jì)，確保深基坑施工中的安全性與穩(wěn)定性。4.3 填土條件填土成分復(fù)雜，不均勻性較大，壓縮性高。因此，本人認(rèn)為，對(duì)于填土地區(qū)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)， 應(yīng)該在工程勘察報(bào)告的基礎(chǔ)上，首先對(duì)填土采取一定的人工加固措施：對(duì)于較淺的填土， 可采取換填法或表層壓實(shí)等處理方法，

11、如果填土厚度較大，可考慮強(qiáng)夯法或振動(dòng)擠密樁法進(jìn)行適當(dāng)加固，而在基坑開挖的過程中，需時(shí)刻注意基坑周壁的安全，分層支護(hù)，以免發(fā)生安全事故。4.4 砂土條件對(duì)于密實(shí)性較差的砂土， 密法對(duì)其進(jìn)行初步加固處理， 支護(hù)。對(duì)于密實(shí)性較好的砂土，砂土地區(qū)的基坑支護(hù)設(shè)，應(yīng)根據(jù)砂土的土質(zhì)，區(qū)別對(duì)待：多含粉砂及細(xì)紗，處理方法多采用表層壓實(shí)法、砂樁及振沖擠在基坑開挖時(shí)，可采用鋼板樁或混凝土護(hù)壁，并注意及時(shí)分層可稍加壓密處理，即可進(jìn)行基坑開挖，開挖過程中可使用錨桿 加深層攪拌樁的方式進(jìn)行基坑側(cè)壁的支護(hù)。另，據(jù)文獻(xiàn)7介紹，砂土密實(shí)度的最佳含水量為10%,過大或過小，均會(huì)降低砂土的密實(shí)度和承載力。因此，砂土性基坑，不得長(zhǎng)期

12、暴露，應(yīng)及時(shí)回填。4.5 復(fù)合地質(zhì)條件工程實(shí)際中，大多數(shù)遇到的情況，都是復(fù)合地質(zhì)條件，在基坑開挖深度的范圍內(nèi)，會(huì)遇到各種地層情況，此時(shí)，應(yīng)根據(jù)勘察報(bào)告，具體分析，選擇既經(jīng)濟(jì)，又合理的支護(hù)方式。筆者認(rèn)為，在復(fù)合地質(zhì)條件下， 可以根據(jù)基坑開挖范圍內(nèi)某一主要巖土層，進(jìn)行相應(yīng)的支護(hù)設(shè)置。例如，某地基坑開挖深度范圍內(nèi)，主要是淤泥質(zhì)土，夾帶少量粉質(zhì)粘土和細(xì)砂， 此時(shí)，就可以用水泥土攪拌樁的方式，首先對(duì)基坑開挖周壁范圍進(jìn)行加固處理，待強(qiáng)度達(dá)到要求后再進(jìn)行基坑開挖，并分層使用鋼支撐來進(jìn)行支護(hù)。又如，某地基坑開挖范圍內(nèi)，主要是砂土，夾帶少量軟粘土，地表處為雜填土，此時(shí)，可以先查明砂土的密實(shí)度。如果砂土較 為密實(shí)

13、，則可直接開挖，并及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，必要時(shí)可設(shè)置攪拌樁提高周壁的強(qiáng)度；如果砂土密實(shí)度較差，則需先用水泥土攪拌樁進(jìn)行加固，待強(qiáng)度達(dá)到要求后，再進(jìn)行開挖和支護(hù)。基坑支護(hù)應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件及周圍環(huán)境，采用不同的支護(hù)形式。有時(shí)單一的支護(hù)形式不能滿足要求，采用多種結(jié)構(gòu)組合更為合理，降低造價(jià)。5工程實(shí)例5.1 淤泥地質(zhì)條件下某基坑工程支護(hù)35.1.1 工程概況該工程為廣州市某開發(fā)區(qū)排?泵站的泵房基坑工程，場(chǎng)地處于淤泥層，淤泥承載力低、靈敏度高，壓縮性高，含水率高，開挖不慎極易造成塌方等安全事故，且先期施工的管樁也會(huì)受到影響，因此需要在開挖前進(jìn)行基坑圍護(hù)。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，泵站地面自上而下可分為：(1)上部：

14、主要為淤泥及淤泥質(zhì)中砂， 厚度約1014m，層位穩(wěn)定，承載力特征值fak =40 60kPa呈流塑狀態(tài)，屬軟弱土層及嚴(yán)重的液化土層，不適宜直接作為地基的持力層。(2)中部：主要為可塑-硬塑粘性土和中密-密實(shí)砂土，厚度約1624m,中部某處夾有淤 泥質(zhì)土等軟土層。(3)下部：主要為強(qiáng)風(fēng)化及微風(fēng)化花崗巖層，層位用I定，為良好的樁端持力層。5.1.2 基坑支護(hù)方案根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及本地區(qū)實(shí)際情況和施工現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境條件，并參照類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，采用水泥攪拌樁支護(hù)墻作為開挖時(shí)的基坑圍護(hù)體系，外加以泵房滿堂水泥攪拌樁與預(yù)制管樁作為泵房的復(fù)合地基。基坑圍護(hù)方案平面圖見圖1。圖1基坑圍護(hù)方案平面圖5.1.3

15、 支護(hù)效果該水泥攪拌樁圍護(hù)為土、樁框格結(jié)合體共同受力體系，在基坑開挖及后期混凝土施工的過程中，無(wú)任何明顯的彎折破壞；樁體完好無(wú)缺陷；樁體最大位移與坑內(nèi)滲水量滿足現(xiàn)場(chǎng)施 工要求，大大節(jié)約抽降水臺(tái)班及坑內(nèi)支護(hù)，既達(dá)到滿足基坑圍護(hù)功能又降低圍護(hù)造價(jià)的目的。水泥攪拌樁的應(yīng)用范圍越來越廣泛，除了作為一種復(fù)合地基使用之外，更多是作為一種經(jīng) 濟(jì)型的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)得到推廣。5.2 成都地區(qū)某基坑工程支護(hù)實(shí)例45.2.1 工程概述“二元” 土質(zhì)結(jié)構(gòu)，即03m為土層，以下為卵石層?！岸?土質(zhì)結(jié)構(gòu)，即：03m素填土； 314m卵石層;成都地區(qū)的地質(zhì)條件是所謂典型的 文獻(xiàn)4中所述工程實(shí)例是典型的成都14m以下中密卵

16、石；考慮基坑超載 2010kN/m 2。5.2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)方案根據(jù)工程概況，結(jié)合該工程地質(zhì)條件特點(diǎn)，并考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，確定采用錨桿支護(hù)形式,以滿足基坑穩(wěn)定安全。文獻(xiàn)4中，就單排錨桿支護(hù)和雙排錨桿支護(hù)進(jìn)行比選。圖2單排錨桿計(jì)算簡(jiǎn)圖圖3 雙排錨桿計(jì)算簡(jiǎn)圖5.2.3 基坑支護(hù)效果經(jīng)有限元軟件計(jì)算結(jié)果顯示，采用雙排錨桿支護(hù)可以減少樁底嵌入深度，同時(shí)樁頂位移滿足設(shè)計(jì)要求。相比采用單排錨桿支護(hù)，樁頂位移以及周邊建筑物的位移變形均較小且基坑安全度高，因此本基坑支護(hù)形式采用雙排錨桿支護(hù)。6結(jié)論1基坑支護(hù)方案的選擇， 應(yīng)該根據(jù)周圍場(chǎng)地地質(zhì)條件，在保證強(qiáng)度安全的情況下合理選擇，并適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)因素。2現(xiàn)代都市中進(jìn)行深基坑支護(hù)，往往受多種條件限制，如施工場(chǎng)地狹小、周圍管線較多 等，此時(shí)，應(yīng)在周圍環(huán)境限制的條件下，合理選擇支護(hù)方式。如本文5.3節(jié)中所述多種支