淺談高層建筑深基坑支護

1、淺談高層建筑深基坑支護肖 備（浙江省東陽市第三建筑工程有限公司，浙江 東陽 322100）摘 要：對高層建筑深基坑支護的支護系統(tǒng)側(cè)壓力、水壓力測試和深基坑圍護結(jié)構(gòu)安全系數(shù)等知識進行介紹，并聯(lián)系實際提出深基坑支護結(jié)構(gòu)的選擇，對工程實際有一定借鑒作用。關(guān)鍵詞：高層建筑 深基坑 支護 Preliminary Discussion on Supporting and Protection of High Buildings Deep Foundation HoleXiao Bei(Dongyang No.3 Architectural Engineering Ltd Co., Dongyang 322

2、100, Zhejiang) Abstract: This paper introduces high buildings deep foundation holes supporting and protection system lateral pressure, hydraulic pressure test and protection structure safety coefficient; and it proposes structures choice with reality, so it benefits projects.key words: high building

3、; deep foundation; supporting and protection近十年來，隨經(jīng)濟進一步開放，城市高層建筑日益增多，高層建筑一般均設(shè)有地下室，其深度均在5m以上。為給深基坑開挖和箱形基礎(chǔ)施工創(chuàng)造條件，必須對深基進行支護，其支護系數(shù)不僅僅需要承擔(dān)土的主動土壓力，而且常需要達到防滲的目的，防止地表潛水地下水滲入基坑。其支護費用高達幾十萬元-幾千萬元，大約占工程總造價10左右。沿海地區(qū)沖擊平原，地下水較豐富，地表以下三米以內(nèi)為雜填土，其下大部分為飽和軟土，一般多為淤泥，因此給土方開挖和基礎(chǔ)施工造成很大困難，故深基坑需達到防滲目的。支護方式目前一般采用鋼筋混凝土灌注樁或攪拌樁，或

4、兩者相結(jié)合，起到擋土支護和防上地下水滲入基坑內(nèi)。1 支護系統(tǒng)側(cè)壓力1.1 支護系統(tǒng)計算理論支護系統(tǒng)的側(cè)壓力包括主動土壓力和水壓力，土壓力計算目前國內(nèi)普遍采用擋土墻理論庫侖公式和朗肯公式，這是由于目前尚無完整和成熟的支護系統(tǒng)側(cè)壓力計算理論，但是應(yīng)當(dāng)指出該兩套公式均按平面內(nèi)受力推導(dǎo)，而深基坑支護屬于空間問題，故兩者不一致。其次是擋土墻是先施工后填土，設(shè)計人員對填土可提出一定質(zhì)量要求，因此土的內(nèi)摩擦角和土內(nèi)聚力c值均已知，其值較穩(wěn)定，因此擋土墻計算公式求得較精確，可靠性高。深基坑支護在原地基土上施工，在地表面以下3米左右之內(nèi)均為雜填十，在市鎮(zhèn)地區(qū)雜填土多為磚瓦碎 片與城市垃圾，其比例有的高達70以上

5、，其成分與埋深也不均勻不穩(wěn)定，勘探單位提供地質(zhì)報告中凡是雜填土均不列出力學(xué)參數(shù)，故內(nèi)摩擦角和土內(nèi)聚力c均無值，然而在應(yīng)用庫侖和朗肯公式計算主動土壓力時要用該兩值，當(dāng)雜填土較厚時，這給深基坑支護系統(tǒng)設(shè)計增加難度，因此其計算結(jié)果可靠性較差。作者認為雜填土內(nèi)聚力值c應(yīng)取零，不予考慮。對國內(nèi)外高層建筑深基坑支擴失敗實例分析來看，除支護設(shè)計有誤和施工時技術(shù)措施不妥外，其中有一條是地基土和地表潛水不穩(wěn)定，設(shè)計時選用參數(shù)和實際情況有較大出入，深基坑支護設(shè)計可靠性較差有直接關(guān)系。 從以上分析可知，高層建筑深基坑支護的土壓力目前采用計算理論不能滿足設(shè)計使用的要求，其可靠性差，在一定程度上仍依靠施工技術(shù)人員的經(jīng)驗

6、，這有待于科技工作者通過科研和實踐相結(jié)合基礎(chǔ)上提出較為完整的計算理論。1.2 地表潛水產(chǎn)生的水側(cè)壓力擋土墻設(shè)計時一般不考慮水的側(cè)壓力，因為在設(shè)計時擋土墻背后土體采用排水技術(shù)措施，設(shè)置排水盲溝(如砂石盲溝)和排水管，將墻后土體中潛水及時排出，不但大大降低地表潛水產(chǎn)生的水側(cè)壓力，而且墻后土質(zhì)含水量也比較穩(wěn)定，故土的力學(xué)參數(shù)和相應(yīng)土質(zhì)也相應(yīng)較穩(wěn)定。深基坑支護不但要求承載墻后土的主動土壓力，而且要求達到防滲要求，以免地表潛水流入基坑內(nèi)，故基坑支護系統(tǒng)要承擔(dān)土中水產(chǎn)生的側(cè)壓力，這一點與常規(guī)擋土墻設(shè)計有較大差異，擋土墻施工后其工作條件較穩(wěn)定，而基坑支護條件往往多變而差，如挖土施工順序，地面施工條件等，地面

7、堆積過多施工機具和材料，在支護系統(tǒng)上行使汽車，施工用水直接滲入地下，挖土機械在挖土?xí)r超挖等，因此深基坑支護系統(tǒng)附近土體水分處不穩(wěn)定狀態(tài)利支擴系統(tǒng)工作狀態(tài)多變。沿海地區(qū)地下水較豐富，地基土多為淤泥，處于飽和狀態(tài)，深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮地下水產(chǎn)生側(cè)壓力，杭州市某大廈高層基坑支護出現(xiàn)較大事故，當(dāng)時正處于雨季，一場大雨后900mm鋼筋混凝土灌注樁頂部出現(xiàn)較大位移，致使附近建筑物出現(xiàn)較大裂縫，作者從現(xiàn)場考察后經(jīng)過分析，土體中水分突然增多，造成圍護樁后水側(cè)壓力迅速增人，是造成這次事故主要原因。岡此在富水地區(qū)，深基坑支護系統(tǒng)應(yīng)該考慮地下水產(chǎn)生的側(cè)壓力的作用。水壓力取值大小國內(nèi)文獻尚無具體規(guī)定，若取值過大

8、，基坑支護費用將增加；若取值過小，安全系數(shù)過小容易出各種重大事故。地下水對深基坑支護結(jié)構(gòu)作用的側(cè)壓力大小。主要取決于土結(jié)構(gòu)和土中含水量大小，土的密實度、空隙比e、液性指數(shù)Ic等土參數(shù)與地下水產(chǎn)生的側(cè)壓力有極大關(guān)系。e和Ic值大，說明土中自由水比例大，土中自然水能直接傳播靜止水壓力；當(dāng)e和Ic值較小時，上中空隙間水多于自由水，空隙水是由于受土中電子吸附作用，附著在土粒間的土粒表面，故空隙水產(chǎn)生的水壓力不直接傳播靜水壓力，這是由于土粒之間空隙水產(chǎn)生水壓力兒乎不隨土層深度增加而增加。目前尚無大量實驗數(shù)據(jù)建立空隙比s和液性指數(shù)Ic與土靜水壓力建立相對函數(shù)關(guān)系，這有特于科研工作者作深入研究。2 水壓力測

9、試 如何確定土中水壓力大小，尚比較成熟的計算方法，作者認為最好在現(xiàn)場測量土中水壓的大小，本文根據(jù)有關(guān)材料作簡略介紹如下。2.1 測壓計工作原理電測式測壓計在孔隙水壓力作用在該儀器的特殊金屬薄膜上，由薄膜產(chǎn)生變形引起電阻值(或電感、電磁值)的變化，這是一種力傳感器，如南京水利電力儀表廠生產(chǎn)的電測式側(cè)壓計，由這種力傳感器發(fā)出的電信號，通過動態(tài)應(yīng)變儀接收放大，由示波器輸出記錄信號，測試飽和土孔隙水壓力的數(shù)值。2.2 測壓計的率定測壓計在正式使用前應(yīng)采用平衡電阻，對測壓計內(nèi)阻不平衡進行調(diào)整，平衡電阻的阻值應(yīng)經(jīng)過計算確定。每個測壓計出廠時均標(biāo)有率定系數(shù)，可是由于應(yīng)變儀和示波器參數(shù)不完全一樣，所以要對新購

10、買的測壓計進行率定。其方法是利用加壓設(shè)備將測壓計的進水和壓力表并聯(lián)，然后進行分級加壓，根據(jù)精度要求（一般以lOKPa為單位）逐級加壓，繪制率定曲線，為了提高精度，應(yīng)經(jīng)過多次反復(fù)加荷后求出串定系數(shù)K，這需要采用最小二乘法等數(shù)學(xué)方法進行實驗數(shù)據(jù)處理。2.3 測壓計的安裝和埋設(shè)在土中安裝和埋設(shè)前必須在測壓計引出線附近進行密封防水處理，為了確保儀器進水口暢通，防止泥漿堵塞進水口，應(yīng)在進水口處用中砂形成一道人工過濾層，用鋼絲網(wǎng)包裹。埋設(shè)前在埋設(shè)點先進行鉆孔，鉆孔埋沒深度在測點標(biāo)高下100mm以下，在孔底填砂，將測頭迅速放入孔底，再在測頭周圍和上面填砂，并適當(dāng)壓實：最后用粘土將鉆孔嚴密封好。若在一個鉆孔內(nèi)

11、不同深度埋設(shè)多個測頭，應(yīng)將每個測頭上下填砂，各測頭之間用原土填塞，其密度應(yīng)盡量與原土相同。埋設(shè)時測頭電線不應(yīng)拉得過緊，并應(yīng)注意測頭放置平整，及時調(diào)試儀器，確認工作正常后方可填砂。由于測力計在埋設(shè)時需鉆孔和填砂填土，必然會破壞原土孔隙水的水壓力原始平衡狀態(tài)，為此應(yīng)在埋設(shè)側(cè)壓計后停歇10d左右，使其埋設(shè)側(cè)壓計部位水壓力恢復(fù)到原始狀態(tài)，此時測得水壓力才能準(zhǔn)確地反映土中水壓力實際情況。以此為依據(jù)設(shè)計深基坑圍護結(jié)構(gòu)達到安全可靠的目的，且技術(shù)經(jīng)濟指杯較好。3 深基坑圍護結(jié)構(gòu)安全系數(shù)3.1 現(xiàn) 狀目前建立一套成熟的設(shè)計計算理論，仍借用擋土墻設(shè)計方法，故沒計人員在設(shè)計時仍采用擋土墻設(shè)計安全系數(shù)，但也有不同意見

12、，有的科技工作者認為擋上墻是永久構(gòu)筑物，而基坑圍護是施工時所采用的臨時性技術(shù)措施，故應(yīng)采用較小的安全系數(shù)。從國內(nèi)深基坑圍護大量實例來看，其安全系數(shù)相差較大，有的過大，有的過小，凡是深基坑支護失敗實例來看，往往與其設(shè)計安全系數(shù)過小有直接關(guān)系。3.2 安全系數(shù)選用深基坑圍護安全系數(shù)的確定由設(shè)計者自定，作者認為安全具體確定應(yīng)與現(xiàn)場具體情況而定，當(dāng)基坑附近有建筑物或煤氣等市政管網(wǎng)。工程地質(zhì)報告中提供土質(zhì)參數(shù)較差時，應(yīng)選用較大的安全系數(shù)。作者認為不能盲目套用工程地質(zhì)報告有關(guān)參數(shù)，應(yīng)對現(xiàn)場土質(zhì)情況進行全面了解和分析，合理地選用各種土質(zhì)參數(shù)，特別是土的內(nèi)聚力c值，應(yīng)根據(jù)實際情況進行折減，以提高計算結(jié)果可靠性

13、，提高支護結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。4 深基坑支護結(jié)構(gòu)選擇深基坑支護結(jié)構(gòu)選擇，一般應(yīng)先考慮本單位現(xiàn)有施工機構(gòu)，優(yōu)先考慮本工程基礎(chǔ)樁相同類型樁作為基坑支護結(jié)構(gòu)，如工程樁采用鋼筋混凝土灌注樁，則基坑支擴結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量選用這種樁型，其直徑可相應(yīng)選用較小直徑，這樣可減少進退場費用當(dāng)基坑較深圍護樁布置允許時，應(yīng)盡量選用兩排支護樁，這種布置方式力學(xué)性能較好，前后排樁與樁頂圈梁形成剛架結(jié)構(gòu)，樁間土參與協(xié)同工作改善圍護樁的受力狀況，達到減少樁的配筋量。當(dāng)圍護樁要求達到防滲要求，基坑深度小于7m，地表雜填土中磚瓦碎片含量較多時，不宜單獨選用水泥攪拌樁，攪拌樁改為水泥注漿。北方粘土地區(qū)，基坑較深，可選用鋼筋混凝土樁加錨桿支護形式，但南方一般不適用，可選用大直徑鋼筋混凝土灌注樁，