黃土地區(qū)基坑支護(hù)方案分析

引言：根據(jù)不同地域的地理環(huán)境、地下水位深淺和土質(zhì)情況，采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式不盡相同。不同施工條件下的工程所處的地質(zhì)環(huán)境和工程條件不一樣，對(duì)基坑支護(hù)形式也要加以選擇。不同地區(qū)的土質(zhì)性質(zhì)和不同水文地質(zhì)條件都對(duì)深基坑支護(hù)產(chǎn)生影響。因此，在進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)工程實(shí)際情況和特殊性質(zhì)考慮各種支護(hù)形式的利弊，選擇合適的支護(hù)形式。由于黃土中含有大量粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土和泥質(zhì)粉土等夾有大量砂礫石層或石質(zhì)層等不良地質(zhì)體的土質(zhì)。因此深基坑支護(hù)形式也要與地質(zhì)地貌、地層巖性及其力學(xué)性質(zhì)、施工條件及周邊環(huán)境相結(jié)合。同時(shí)還應(yīng)注意對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行特殊處理，以適應(yīng)黃土地區(qū)潮濕的環(huán)境。所以在進(jìn)行黃土地區(qū)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，要注意采用合理的設(shè)計(jì)方案。1.土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)1.1土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介土釘墻具備“土-釘-墻”三大特點(diǎn)：（1）“土”：可用于各類(lèi)土壤，含全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、破碎和極破碎的各類(lèi)風(fēng)化巖，除中、微風(fēng)化巖外，均可用于各類(lèi)土壤；（2）釘：除了在與表面粘接時(shí)需要留出一小塊自由碎石外，其他土壤都可以與周邊土壤完全粘接。土釘?shù)拈L(zhǎng)度可以是長(zhǎng)的，也可以是短的，可以按照實(shí)際的需求來(lái)決定。土釘?shù)拈L(zhǎng)度是否相等并不是土釘墻的特點(diǎn)，將其排列成短而密或長(zhǎng)而疏也不是土釘墻的特點(diǎn)，是否對(duì)其施加了微小的預(yù)應(yīng)力也不是土釘墻的特點(diǎn)。（3）墻：把表層看作是一堵薄薄的“墻”。土釘墻是由現(xiàn)場(chǎng)的土，釘和墻組成，其它構(gòu)件，防排水系統(tǒng)，等等都可以不用。在深基坑支護(hù)中，常用的支護(hù)形式是墻、板兩種形式。按照施工方式的不同土釘支護(hù)一般分為鉆孔注漿式土釘支護(hù)和打入式土釘支護(hù)。前者適用于軟土，后者適用于強(qiáng)度較高的黃土。一般情況下采用鉆孔注漿式土釘支護(hù)方式，通過(guò)在土層中進(jìn)行施工插入樁管及土釘，形成一定形式的剛性墻體。鉆孔注漿法可以直接插入錨桿或鋼絲網(wǎng)，施工簡(jiǎn)單，支護(hù)效果好。打入式土釘支護(hù)則可以通過(guò)將錨桿土釘子送入土體中施工。其在土層中的插入深度較淺，且在土中長(zhǎng)距離插入錨桿，對(duì)土體穩(wěn)定性要求相對(duì)較高。打入式土釘支護(hù)將土釘直接打入土體，施工速度較前者快，但適用條件有限。較多的應(yīng)用于天然黃土地區(qū)。因此目前工程中最常采用的是鉆孔灌注的土釘支護(hù)形式。1.2土釘支護(hù)基本原理土釘支護(hù)的基本原理是通過(guò)對(duì)土體內(nèi)部的側(cè)向壓力作用，土釘可將側(cè)向壓力進(jìn)行有效傳遞，增強(qiáng)土釘墻的穩(wěn)定性。另一方面，通過(guò)土釘支護(hù)中的土釘鋼筋，對(duì)土體抗剪強(qiáng)度和承載能力進(jìn)行提升和加固。最后通過(guò)土釘與土體間的粘結(jié)作用，對(duì)整個(gè)土體邊坡進(jìn)行控制。一般情況下采用鉆孔注漿的方式對(duì)土層進(jìn)行注漿處理，可以有效提高土體強(qiáng)度。另外通過(guò)土釘與樁管之間的相互連接，使之形成整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系。土釘支護(hù)的基本特征有以下幾個(gè)方面：（1）在土體中插入許多短而密的土釘，形成復(fù)合加筋土體，從而對(duì)坡面土體起到加固作用；（2）土釘體的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度是通過(guò)土體和土釘之間形成的摩擦阻力而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)；（3）在一定范圍內(nèi)，由于土釘支護(hù)效應(yīng)的存在，使坡面與坡底相比有一個(gè)向外傾斜的滑動(dòng)面，從而增大了坡腳土體的受力程度。（4）在坡底與坑底之間形成一個(gè)向上傾斜的滑裂面，從而增加了土與土釘和坡體及坑底間的接觸面。（5）在土體中插入大量土釘體后，在一定范圍內(nèi)還形成了一個(gè)向外傾斜的滑裂面，并形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。（6）由于土釘支護(hù)效應(yīng)產(chǎn)生于斜坡土體內(nèi)部，故可以克服由于開(kāi)挖引起的坑底隆起影響土體穩(wěn)定性問(wèn)題。（7）隨著基坑開(kāi)挖深度增加以及土層性質(zhì)改變等因素，土體逐漸趨于穩(wěn)定。土釘支護(hù)土體的強(qiáng)度可通過(guò)加長(zhǎng)土釘長(zhǎng)度和密度以及提高土釘鋼筋強(qiáng)度等方式進(jìn)行提高，例如土體內(nèi)部有空洞，土釘則要適當(dāng)加密；相鄰兩個(gè)水平土釘距基坑邊緣距離相等為佳，同時(shí)要保持垂直距離和方向上的均勻。一般情況下，水平土釘深度要大于垂直土釘厚度，以保證水平土釘與土體間的粘結(jié)作用和摩擦力。注漿強(qiáng)度等級(jí)、注漿和土釘粘結(jié)面積及強(qiáng)度等都是影響強(qiáng)度的主要因素。2.復(fù)合土釘墻支護(hù)土釘支護(hù)適用的地層范圍很廣，既可用于軟土，也可用于粘性土。對(duì)于粘性土和淤泥質(zhì)土來(lái)說(shuō)，采用普通的土釘就會(huì)出現(xiàn)較大的沉陷，給基坑支護(hù)帶來(lái)困難，并且造價(jià)很高。同時(shí)對(duì)于飽和軟土還存在以下缺點(diǎn)：（1）施工中很難將土釘植入土體中；（2）在粘土層中打入土釘后，會(huì)引起粘聚力增大并造成局部破壞；（3）在軟土中打入土釘引起土體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；（4）基坑施工完畢后，需對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核及補(bǔ)充設(shè)計(jì)。因此在軟土基坑支護(hù)過(guò)程中應(yīng)用普通的土釘支護(hù)技術(shù)存在著一定的局限性。為了克服上述缺點(diǎn)，同時(shí)為了提高土體與基坑底板的粘聚力及抗剪切強(qiáng)度，可將普通的土釘支護(hù)與復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)合起來(lái)使用。從而引出了復(fù)合土釘支護(hù)的新概念。2.1復(fù)合土釘墻簡(jiǎn)介復(fù)合土釘支護(hù)是將普通的土釘和復(fù)合土釘結(jié)合起來(lái)使用的一種新型支護(hù)技術(shù)，它主要是由兩部分組成：首先是土釘釘體，將復(fù)合土釘嵌入土中，然后再與土一起形成一種支護(hù)結(jié)構(gòu)。通過(guò)水平壓實(shí)灌漿和二次壓漿解決土體加固與土釘抗拔力問(wèn)題。復(fù)合土釘支護(hù)適用于軟土，但對(duì)于淤泥質(zhì)軟土，飽和軟土及含卵石的粘性土層是不適用的。復(fù)合土釘支護(hù)可以采用不同的材料，如木樁、鋼筋混凝土等。復(fù)合土釘所采用的材料應(yīng)根據(jù)施工場(chǎng)地條件和基坑工程特點(diǎn)來(lái)選擇，一般可分為水泥土釘和砂粒土釘兩大類(lèi)。另外，由于不同的材料所具有的性能及適用范圍都是不一樣的。為了更好地適應(yīng)不同工程情況，在復(fù)合土釘支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)還需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而更好地達(dá)到整體支護(hù)施工過(guò)程中所需要的技術(shù)性能。采用復(fù)合土釘支護(hù)一般具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以同時(shí)支護(hù)兩個(gè)基坑，節(jié)約費(fèi)用；（2）可以在不具備自支撐能力的土體上設(shè)置加固土體結(jié)構(gòu)（如墻、坑），從而減少或消除基坑底部沉陷現(xiàn)象；（3）當(dāng)坑底存在軟弱夾層時(shí)，可采用帶錨桿的復(fù)合土釘進(jìn)行開(kāi)挖；（4）由于土釘釘體嵌入土中，因此可減小或消除基坑底土體的位移、變形和隆起；（5）由于形成了復(fù)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)和加固土體（如墻），因而具有良好的防水性能。2.2復(fù)合土釘墻原理由于止水帷幕、微型樁和預(yù)應(yīng)力錨索等因素的影響，使得其與傳統(tǒng)的土釘墻相比，其工作機(jī)制更加復(fù)雜和多樣。由于組分的性質(zhì)千差萬(wàn)別，各種組分的組合方式在做饑餓埋藏時(shí)也必定會(huì)有差異，所以無(wú)法用一個(gè)統(tǒng)一的模型來(lái)進(jìn)行分析和研究，本文只是對(duì)此做了一點(diǎn)粗淺的了解。從結(jié)構(gòu)組成、受力機(jī)理、使用條件及范圍等方面出發(fā)，目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)該墻的研究主要集中在三個(gè)方面，即：隔水簾、預(yù)應(yīng)力錨索和微型樁。這三種類(lèi)型中，義分別以深層攪拌樁復(fù)合土釘墻、預(yù)應(yīng)力錨索復(fù)合土釘墻及鉆孔灌注微型樁復(fù)合土釘墻為代表。土釘墻可以直接施工在深厚的軟土土層上。其作用機(jī)理主要有：（1）通過(guò)對(duì)軟土層側(cè)向加固，使其能承受較大水平荷載；（2）通過(guò)加強(qiáng)樁和復(fù)合土釘體之間的接觸，減小了樁間土的側(cè)摩阻力；（3）使樁體在軟巖中受到壓縮產(chǎn)生拉應(yīng)力而起到穩(wěn)定作用。復(fù)合土釘一般包括：土釘、錯(cuò)距排列的錨桿、微型樁和復(fù)合土釘體。對(duì)巖土工程設(shè)計(jì)，復(fù)合土釘支護(hù)體系的力學(xué)分析主要分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是采用力學(xué)計(jì)算方法，確定土釘?shù)拈g距（包括位置和方向）以及樁間附加應(yīng)力。第二類(lèi)是采用有限元方法，將土釘?shù)冉M成的復(fù)合體系模型計(jì)算分析。3.地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻（簡(jiǎn)稱(chēng)地墻），就是在地面上沿著支護(hù)或深基坑開(kāi)挖工程的周邊，開(kāi)挖指定長(zhǎng)度和深度的溝槽，然后在溝槽內(nèi)放入鋼筋籠或其他加固材料，注漿使之成為一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)。用于基坑的擋土結(jié)構(gòu)。3.1地下連續(xù)墻簡(jiǎn)介地下連續(xù)墻被廣泛應(yīng)用于深基坑工程中作為擋土結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用，具有施工速度快，節(jié)約工期；能夠抵抗土體的側(cè)壓力，具有良好的抗?jié)B性能；墻體施工中無(wú)噪音污染，無(wú)振動(dòng)和噪聲干擾，施工環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)。地下連續(xù)墻（簡(jiǎn)稱(chēng)地墻）的施工，指的是在地面上，首先構(gòu)建導(dǎo)墻，然后使用特殊的成槽設(shè)備，沿著支護(hù)或深開(kāi)挖工程的周?chē)?，在特殊的泥漿護(hù)壁條件下，每次開(kāi)挖一定長(zhǎng)度的溝槽，達(dá)到規(guī)定的深度。在清槽完成后，在槽中吊放鋼筋籠，然后采用導(dǎo)管法對(duì)水下混凝土進(jìn)行澆筑，混凝土自下而上充滿(mǎn)槽中，并將泥漿從槽中置換出來(lái)，筑成一個(gè)單元槽段，并依此一段一段進(jìn)行，這些相互相鄰的槽段在地下筑成一道連續(xù)的鋼筋混凝土墻體，用作承重，擋土，截流和滲透的建筑物。另外，地下連續(xù)墻的施工存在一定的難度，在施工時(shí)必須要有相應(yīng)的保護(hù)措施，保證整個(gè)施工能夠順利進(jìn)行。從技術(shù)角度來(lái)看：地下連續(xù)墻屬于逆作法的一種形式，逆作施工時(shí)需要在地面上進(jìn)行開(kāi)挖，因此所需的人工也比較多。同時(shí)，這種支護(hù)形式可以縮短工期，但是地下連續(xù)墻施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量皮渣。如果施工不合理則會(huì)影響到周?chē)h(huán)境，造成一定的損失。因此，地下連續(xù)墻在施工時(shí)，必須要采取相應(yīng)的保護(hù)措施。地下連續(xù)墻的成本比其他支護(hù)形式更高，并且地下連續(xù)墻施工時(shí)的難度也比其他支護(hù)形式更大。因此，在使用地連墻時(shí)需要綜合考慮成本和收益。地下連續(xù)墻的優(yōu)點(diǎn)是其可以對(duì)周?chē)ㄖ锖铜h(huán)境產(chǎn)生影響，但是其缺點(diǎn)也是非常明顯的，在使用前必須要對(duì)它進(jìn)行充分的了解。3.2地下連續(xù)墻原理地下連續(xù)墻是在地面上沿設(shè)計(jì)好的距離開(kāi)挖出一條長(zhǎng)度和深度均相等的溝槽，然后在溝槽內(nèi)放置鋼筋籠并澆筑混凝土，使其成為一個(gè)整體。這種支護(hù)形式可以抵抗土體的側(cè)壓力，具有良好的抗?jié)B性能。它還可以在墻體兩側(cè)設(shè)置一定長(zhǎng)度以增加地下連續(xù)墻的長(zhǎng)度。為了使地下連續(xù)墻的強(qiáng)度能達(dá)到一個(gè)較高的水平，在進(jìn)行連續(xù)墻施工時(shí)需要控制其強(qiáng)度，從而保證連續(xù)墻的強(qiáng)度能夠滿(mǎn)足基坑施工的要求。地下連續(xù)性墻支護(hù)是以混凝土為主要材料進(jìn)行建造，在建造過(guò)程中可使用多種材料共同組合成的方法，如：鋼管樁、鋼筋混凝土連續(xù)墻、鋼拱架及鋼筋籠等。在建造地下連續(xù)墻支護(hù)時(shí)可以使用人工挖掘的方式，也可以選擇機(jī)械挖掘。人工挖掘主要使用機(jī)械挖土以及人工挖土兩種方式。人工挖掘主要是對(duì)溝槽底部進(jìn)行平整，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的加固處理以及排水措施等。機(jī)械挖掘主要使用鑿巖機(jī)、電動(dòng)錘等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行開(kāi)挖，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的加固處理。由于所使用的施工工藝不同，其施工難度及成本也有所區(qū)別，需要根據(jù)具體情況而定。4.樁錨支護(hù)4.1樁錨支護(hù)的簡(jiǎn)介樁錨支護(hù)系統(tǒng)是一種由樁體和錨桿組成的支護(hù)體系。是在土中打入基礎(chǔ)，并與周?chē)幕炷磷o(hù)坡樁一起形成了一種整體結(jié)構(gòu)。這種深基坑支護(hù)體系，不僅可以有效地減少基坑施工帶來(lái)的震動(dòng)和環(huán)境污染，而且可以提高其穩(wěn)定性，增強(qiáng)基坑的抗?jié)B能力和降低成本。樁錨支護(hù)系統(tǒng)是深基坑建設(shè)過(guò)程中常見(jiàn)的重要方法之一。樁錨支撐系統(tǒng)主要由兩類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)組成，即錨桿和嵌入地下的防護(hù)樁。它通常配有腰梁和冠梁。其中，錨桿是將受拉桿件的一端（錨固段）固定在穩(wěn)定地層中，另一端與工程構(gòu)筑物相聯(lián)結(jié)，為了抵抗土壓力、水壓力等對(duì)建筑物產(chǎn)生的推力，可以利用地層中的錨固力量來(lái)維持建筑物（或巖土層）的穩(wěn)定性。巖土錨是在地層中埋設(shè)一種錨固裝置，使建筑物與地層形成牢固的整體，利用其與地層間的剪切力，不僅能承受地層的張力，還能加強(qiáng)地層自身的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)建筑物和地層的穩(wěn)定。冠梁的作用是提供必要的側(cè)向支撐，確保基坑穩(wěn)定，減少變形。由于樁的錨固作用，冠梁可以對(duì)樁的變形進(jìn)行控制，同時(shí)將其作為整體進(jìn)行連接。此外，冠梁和錨桿主要用于將樁體的位移通過(guò)預(yù)應(yīng)力作用進(jìn)行控制。這種樁錨支撐系統(tǒng)適用于軟土地區(qū)、土層較厚、地下水豐富、土體強(qiáng)度高的土質(zhì)條件。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主要組成部分是傾斜基礎(chǔ)和錨樁。4.2樁錨支護(hù)原理樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)主要由錨桿、連接孔、腰梁和冠梁組成。錨桿通常為鋼管，錨索通常為鋼筋混凝土。在樁的兩側(cè)設(shè)有T形鋼筋混凝土固定端，以使錨管與鉆孔成T形或U形布置，并與鉆孔相連接。錨桿是利用鋼絞線(xiàn)、鋼板和鋼筋來(lái)制成的。它的主要作用是將樁基和錨索連接在一起，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，以增加樁體的承載能力，使護(hù)坡樁能在基坑開(kāi)挖后穩(wěn)定地起到支撐作用。樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)中的錨索主要由混凝土制成。它被設(shè)置為“T”形，兩端有兩個(gè)端頭，與鋼筋混凝土錨桿相連接。樁錨設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到樁體所處地形的條件和建筑物對(duì)基坑的影響程度。在基坑開(kāi)挖時(shí)，由于基坑周?chē)耐馏w強(qiáng)度低，在基坑的底部會(huì)出現(xiàn)較大的水平位移。樁錨結(jié)構(gòu)中的冠梁可對(duì)側(cè)向變形進(jìn)行控制，同時(shí)可以將樁體中的側(cè)向土壓力傳遞到土層深處，從而保證了圍護(hù)土體在開(kāi)挖后的穩(wěn)定，減少基坑施工帶來(lái)的危害。5.懸臂樁支護(hù)5.1懸臂式支護(hù)概述懸臂式鋼板樁是一種不使用拉力和錨桿，只依靠板樁本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和埋設(shè)深度，以確保其穩(wěn)定和總體安全的技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展一系列能反映樁-樁間土相互作用的分析方法。同時(shí)，考慮到被動(dòng)區(qū)對(duì)基坑底和樁周土的承載能力要求較高，提出了利用復(fù)合地基加強(qiáng)被動(dòng)區(qū)土的方法，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)區(qū)土壓力的增大。懸臂樁支護(hù)形式具有較強(qiáng)的抗傾覆能力，且可以在一定程度上減少土體內(nèi)地下水的影響，具有較好的防水效果，但不能保證基坑底部土壓的穩(wěn)定。若采用該支護(hù)形式應(yīng)注意設(shè)置必要的支護(hù)樁之間應(yīng)相互連接固定。在一定程度上提高了基坑安全性。懸臂樁支護(hù)在基坑工程中應(yīng)用廣泛，施工方便且經(jīng)濟(jì)。但如果樁身與錨桿之間產(chǎn)生過(guò)大間隙，將會(huì)影響支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定性，在土體松散土層、土質(zhì)較差等條件下不適用。5.2懸臂式支護(hù)原理懸臂式鋼板樁擋墻無(wú)撐無(wú)錨，完全依靠板樁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和入土深度保持擋墻的穩(wěn)定和整體的安全?？觽?cè)土體易產(chǎn)生變形，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的樁頂位移和樁身彎矩值均較大。此外，該結(jié)構(gòu)形式要求坑底及板樁底部土體有足夠的強(qiáng)度以抵抗產(chǎn)生的反力，因此,在基坑底部被動(dòng)區(qū)土體地質(zhì)條件不良時(shí)，可考慮采用土體加固的方式以提高被動(dòng)區(qū)土壓力。懸臂樁樁身土壓力分布為水平和豎直方向的土抗力。當(dāng)懸臂樁樁頂土壓力大于樁底的土壓力時(shí)，可能發(fā)生水平側(cè)移。懸臂式樁基是一種特殊的樁基，其與周?chē)翆又g存在著非連續(xù)性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)支護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。所以對(duì)懸臂樁樁身的施工要求比較嚴(yán)格。在懸臂樁樁頂和坑底形成一個(gè)連續(xù)體時(shí)，為保證整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，其支擋條件較為苛刻，需要采取其他