淺析不同地質(zhì)條件下的深基坑支護

1、淺析不同地質(zhì)條件下的基坑支護摘要： 本文在分析了基坑支護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，在閱讀大量工程實例文獻的基礎(chǔ)上，對不同地質(zhì)條件下的基坑支護設(shè)計進行了一些總結(jié)，提出了一些觀點和結(jié)論。關(guān)鍵詞深基坑，支護體系，工程地質(zhì)，支護設(shè)計1 前言在現(xiàn)代建筑、水利、采礦、 路橋等工程建設(shè)項目設(shè)計中，工程設(shè)計人員都會遇到深基坑支護設(shè)計的問題。深基坑支護設(shè)計是一項技術(shù)要求高、操作復(fù)雜、涉及內(nèi)容較廣的具體工作內(nèi)容。 針對不同的地質(zhì)條件，設(shè)計人員要在深入了解深基坑工程基本要求、場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、場地周邊環(huán)境條件等資料后，并結(jié)合工程項目建設(shè)的實際需要，進而制定出科學(xué)、 合理、正確的設(shè)

2、計方案，這對于深基坑支護系統(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的額基礎(chǔ)上，對各種地質(zhì)條件下的基坑支護設(shè)計以及需要注意的地方進行了詳細(xì)的論述，并例舉了相應(yīng)的工程實例。本文主要涉及城市建設(shè)中的基坑支護，這類支護一般涉及到淤泥（質(zhì)土），軟粘土，砂土，填土等地質(zhì)條件，因此，本文主要對這幾種條件下的基坑支護作出分析和探討。2 基坑支護設(shè)計中常見地質(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)條件的特點及對工程的影響。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)沉積的軟土在我國分布廣泛,在基坑工程中不可避免的經(jīng)常會遇到軟土地基問題。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設(shè)計是較為常見的地質(zhì)條件之一，在現(xiàn)代大都市中具有較強代表性與典型性。 填土是指由人類活動而堆積的土。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，抗剪強度和承載力較低，而其壓縮性卻很高。2.4 砂土砂土工程性質(zhì)的評價與砂土的密實度有很大關(guān)系，較密實的砂土由于壓縮性小，承載能力大，在工程地質(zhì)評價中一般認(rèn)為是較好的天然地基。而松散、強度較低的砂土地基, 遇水后顆粒間的有效應(yīng)力會減少, 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)生振動液化，有效應(yīng)力降低，承載力降低。3 常用的基坑支護形式及適用性簡介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。放坡開挖特點為最經(jīng)濟，條件滿足時宜優(yōu)先采用。設(shè)計時主要是驗算邊坡穩(wěn)定性。3.2 擋土支護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，或為了滿足無水條件下施工，需要設(shè)置擋土和截水結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)稱為支（圍）護結(jié)構(gòu)。3.2.1 水泥土墻支護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、支護地下連續(xù)墻對多種地質(zhì)條件和復(fù)雜的施工環(huán)境使用能力較強，尤其在軟土地區(qū)應(yīng)用廣泛。造價高，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 鋼板樁支護鋼板樁為柔性支護結(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（錨噴支護）一般適用于地下水位以上的可塑，硬塑或堅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內(nèi)較新的基坑支護施工方法，與其它方法相比，它具有經(jīng)濟合理、施工速度快等特點。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

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)墻或其他支護結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用。不宜用于有機土體，液限大于50%的黏土層及相對密實度小于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。剛度相對較大，對于減小基坑變形有利，在混凝土支撐上架設(shè)施工棧橋也相對較簡單。缺點是需要在強度達到一定值后才可形成支撐，工期長；爆破拆除對周邊環(huán)境有一定影響；混凝土的收縮和徐變對變形也有一定的影響。3.3.3 鋼支撐通長情況下采用相互正交、均勻不知的對撐或?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。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度超過 100m時施工難度

8、增大。3.4 各種支護形式的比較每種基坑支護方式都各有各自的適用條件和一定的局限性?；又ёo方案的選擇直接關(guān)系到工程造價、施工進度及基坑周邊環(huán)境安全?，F(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，施工場地?fù)頂D，在環(huán)境安全上又有很高要求。對于較淺的基坑可采取土釘支護，尤其是符合土釘支護或水泥土攪拌樁自立式支護結(jié)構(gòu)； 對于較深的基坑可采用灌注排樁擋墻或地下連續(xù)墻作為維護結(jié)構(gòu)，輔以多道內(nèi)支撐或者多道錨桿的圍護形式。4 不同地質(zhì)條件下支護分析深基坑支護的要點，通常來說，有三方面的要求：支護結(jié)構(gòu)的變形計算、支護結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計、深基坑挖土施工的組織設(shè)計。根據(jù)不同地質(zhì)條件進行

9、分析，合理設(shè)計支護方案，并進行及時監(jiān)測，是十分必要的。以下對不同地質(zhì)條件下的支護，做一些探討和對比。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，對于淤泥質(zhì)土條件下的基坑支護，理想的辦法是，換填粘土或砂土，壓實后再進行基坑的施工及支護。如果條件不允許，不能進行換填，則應(yīng)采用水泥土攪拌法，對淤泥質(zhì)土進行加固處理，待達到一定強度后，再進行基坑開挖施工。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)濟的支護方式。4.2 軟土條件基坑支護中，軟土是常見的一種地質(zhì)情況。軟土基坑支護設(shè)計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)文獻介紹，近年來，國內(nèi)對于軟土的深基坑支護設(shè)計，主要采取懸壁式、單支點及多支點式、圓筒式等支護結(jié)構(gòu)，各種支護結(jié)構(gòu)都有其顯著的特點，并被廣泛應(yīng)用于軟土地質(zhì)條件的深基坑項目施工中。由于軟土的性質(zhì)偏軟，因此在深基坑支護設(shè)計中一定要考慮到深基坑的整體硬度和強度，對于部分土層較軟的部分，還要進行必要的加固設(shè)計，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，對于填土地區(qū)的基坑支護設(shè)計， 應(yīng)該在工程勘察報告的基礎(chǔ)上，首先對填土采取一定的人工加固措施：對于較淺的填土， 可采取換填法或表層壓實等處理方法，

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

12、暴露，應(yīng)及時回填。4.5 復(fù)合地質(zhì)條件工程實際中，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)，會遇到各種地層情況，此時，應(yīng)根據(jù)勘察報告，具體分析，選擇既經(jīng)濟，又合理的支護方式。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，進行相應(yīng)的支護設(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，就可以用水泥土攪拌樁的方式，首先對基坑開挖周壁范圍進行加固處理，待強度達到要求后再進行基坑開挖，并分層使用鋼支撐來進行支護。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，可以先查明砂土的密實度。如果砂土較 為密實

13、，則可直接開挖，并及時進行支護，必要時可設(shè)置攪拌樁提高周壁的強度；如果砂土密實度較差，則需先用水泥土攪拌樁進行加固，待強度達到要求后，再進行開挖和支護。基坑支護應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件及周圍環(huán)境，采用不同的支護形式。有時單一的支護形式不能滿足要求，采用多種結(jié)構(gòu)組合更為合理，降低造價。5工程實例5.1 淤泥地質(zhì)條件下某基坑工程支護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受到影響，因此需要在開挖前進行基坑圍護。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，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 基坑支護方案根據(jù)地質(zhì)勘察報告及本地區(qū)實際情況和施工現(xiàn)場周圍環(huán)境條件，并參照類似工程的施工經(jīng)驗，采用水泥攪拌樁支護墻作為開挖時的基坑圍護體系，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?；訃o方案平面圖見圖1。圖1基坑圍護方案平面圖5.1.3

15、 支護效果該水泥攪拌樁圍護為土、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，無任何明顯的彎折破壞；樁體完好無缺陷；樁體最大位移與坑內(nèi)滲水量滿足現(xiàn)場施 工要求，大大節(jié)約抽降水臺班及坑內(nèi)支護，既達到滿足基坑圍護功能又降低圍護造價的目的。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) 濟型的基坑圍護結(jié)構(gòu)得到推廣。5.2 成都地區(qū)某基坑工程支護實例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4中所述工程實例是典型的成都14m以下中密卵

16、石；考慮基坑超載 2010kN/m 2。5.2.2 支護設(shè)計方案根據(jù)工程概況，結(jié)合該工程地質(zhì)條件特點，并考慮經(jīng)濟實用性，確定采用錨桿支護形式,以滿足基坑穩(wěn)定安全。文獻4中，就單排錨桿支護和雙排錨桿支護進行比選。圖2單排錨桿計算簡圖圖3 雙排錨桿計算簡圖5.2.3 基坑支護效果經(jīng)有限元軟件計算結(jié)果顯示，采用雙排錨桿支護可以減少樁底嵌入深度，同時樁頂位移滿足設(shè)計要求。相比采用單排錨桿支護，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，因此本基坑支護形式采用雙排錨桿支護。6結(jié)論1基坑支護方案的選擇， 應(yīng)該根據(jù)周圍場地地質(zhì)條件，在保證強度安全的情況下合理選擇，并適當(dāng)考慮經(jīng)濟因素。2現(xiàn)代都市中進行深基坑支護，往往受多種條件限制，如施工場地狹小、周圍管線較多 等，此時，應(yīng)在周圍環(huán)境限制的條件下，合理選擇支護方式。如本文5.3節(jié)中所述多種支