深基坑工程支护方案优化及应用研究

2015-04-16秦苻瑛梁鹏

建材与装饰 2015年34期

关键词：锚桩土钉深基坑

秦苻瑛梁鹏

（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司四川成都 610052）

深基坑工程支护方案优化及应用研究

秦苻瑛梁鹏

（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司四川成都 610052）

通过对深基坑工程支护优化设计的研究，提出了深墓坑支护设计的优化方法及优化步骤，将深基坑支护优化设计参数进行了分析，从而充分认识到深基坑支护设计工作的重要性。

深基坑；支护；优化

最近几年，深基坑事故发生率逐年上升，特别是在沿海城市表现得更加明显。根据相关的信息，深基坑工程的好坏会影响到周围的建筑物，给国家带来一定的经济损失。由于设计方面相对保守，出现材料浪费的现象。在市场竞争逐渐增加的情况下，深基坑工程的支护要做到安全、稳定，经济而且高效，所以说，优化深基坑的设计将变得十分重要。

1　深基坑支护工程的概述

1.1深基坑支护方法的发展现状

最初的深基坑支护方法在很多年前就出现了，当时采取的方法主要是人工挖孔桩，伴随着科学技术的进一步发展，已经出现钢板桩、地下连续墙、钢筋混凝土预制桩、钻孔灌注桩和深层搅拌桩机械等，以此来支撑结构。到了20世纪80年代，发达国家在现有技术上引进锚固技术，结合很多支护的形式结构，如支撑锚、锚板、管锚、锚桩和墙壁锚等，这些形式的结构非常普遍的进行使用。这些结合支护结构的方法是针对传统的板，支撑并进一步改善和强化，为了能够更好的处理板、撑、桩、管之间的土壤封闭性，进而更好的防止渗透的损失，当剥落和风化问题出现时，能够在此基础上，适当的添加挂网。当20世纪90年代时，新的土钉墙护法的出现也得到了普遍应用，受到海外和国内许多学者的重视。目前，我们对喷锚网土壤配套设计方法和岩土工程深基坑喷锚网支护进一步强化，并且能够普遍的推广这些措施和应用。

1.2深基坑支护方法的应用情况

伴随着中国经济水平的快速发展，很多深基坑支护工程运用在房地产开发工作中，出现了一些问题，需要进一步改造和强化现有方法。然而，由于土钉墙托管和喷锚网支撑这两种方式具有许多如施工方便，顺应性强，成本低等优点。因此，有着广阔的发展空间，应在全国范围内大力推广应用。随着施工技术水平的不断提高，更先进的技术和方法运用到工程项目中，就会出现更高级的支护方法。在实际工程中，我们应比较和选择各类开挖方案，同时推动工程支护优选方法的迅速发展，从而获得最佳的经济效益和合理的支护方案。

2　优化设计依据及目的

深基坑工程是一个系统工程，建设深基坑施工的结构不同，除了不同类型的土壤、地下水位、土力学参数大小和环境条件等，与支护的选择有关，结构的选择类型是否合理，合理的话才能安全、稳定、顺利的建设，缩减周期，带来一定的社会利益和经济利益。

2.1支护结构选择的原因

（1）基坑的几何形状、基坑场地的面积、深度和宽度等。

（2）挖掘结构承受载荷包含：①横向载荷；②垂直载荷；③地震荷载；④风荷载；⑤地面超载。

（3）工程地质和水文地质条件包含：①勘测数据的内容和岩石物理力学参数测试方法；②地下水环境和地表水的分配，承压含水层，密闭气体状况。

（4）环境条件包含：①周围的自然坑区；②基坑形势周围的建筑和基础设施的使用类型；③各地公用设施和生命线坑；④基坑周围的交通情况和路线情况；⑤基坑坑周围水域（河道）的状态；⑥基坑的区域环境、特殊条件和施工坑的特别要求等。

（5）基础设施和建设要求，支护结构的上层建筑。

（6）基坑开挖及排水方法。

（7）基坑场地周围已有基坑支护构造形式或相似基坑支护结构的形式在施工中的成功或失败的原因及教训。

（8）现已应用的各种支护技术的特点与适用范畴。

（9）开挖设计的所有者。

（10）挖掘相应的设计规则，标准指南。

2.2深基坑支护优化设计目的及技术经济分析相比

（1）优化设计的目标包含：①以保证基坑的土壁平稳和施工的安全性。②保证相邻的建筑物、地下管线、公用设施的安全。③有助于施工土方的开挖地下室。④支护结构的施工便利，经济。

（2）深基坑支护的技术和经济的分析，主要包含：①构成深基坑开挖费用：材料成本、支护结构施工费、设备费、人工费、税收、保险费用、管理费、贷款利息、基坑开挖土方的运输成本、弃土费、回填费用、城市卫生费、沉淀建设成本、电子环保收费、施工监测费、公用事业、建筑成本、运输成本、临时设施费、利润。②优选整体方案，实施对比的原则：技术的可靠性、领先性和施工可行性分析；环境影响评价；施工期间的支护结构工期比较分析；集成项目的基坑结构经济比较。

3　优化方法及步骤

基坑支护优化包含：通用整体的优化和相同方案的优化细节。首先应按照现场情况和业主的需求进行选择合理的优化支护类型，然后细化方法，如悬臂桩土的深度，如钉土的长度、角度，桩-锚支护锚杆的长度，倾角和桩径，桩的距离，为了优化达到最经济的节约，保持最稳定的环境。

3.1支护方案优化

针对于优化支护方案的选择，没有配套开挖方案，可以节约成本。如果现场条件可以的话，应首先考虑。如果现场条件不可以的话，可以研究采取上等级+低土钉的支护方案，土钉墙分级的上部+下部桩计划。土钉支护方案不能使用时，能够采取使用悬臂桩、双悬臂桩、水泥搅拌方案，这三个方案，应该使用双悬臂桩为主。悬臂桩支护方案不能使用时，可采纳上部放坡（或土钉墙）+下部锚桩方案。当基坑变化有标准的要求，我们可以制定锚定方案，地面上的连续墙方案，当连续墙为地下室的墙壁，采纳地下连续墙的方法可以起到省钱的作用。这些是研究边坡支护的结果，要顾及防水，应使用粉末喷涂或喷射灌浆。

3.2支护的优化方法

对于优化支护的方法，可以有很多种。对于没有设计的支护，为了能够确保安全性和稳定性，主要决定在最大坡度角和潜在的最危险的滑动面。对于悬臂支护，主要是首选深桩的高度，桩径，桩间距。采用双桩时，需要优选桩长，桩点的设置；对于土钉墙，主要是长度、角度和首选土钉的间距；对锚的支护，主要是为了保证桩的直径，桩间距和螺栓道数，它决定信道的数目和锚定位置是特别重要的，它可以使钢筋桩的量挖掘到最小。旨在确定最低的成本和最安全的解决方案，在实际的的项目上，要求设计者对比各种方案，才能优选出合适的支护方案。

4　应用实例

根据上面涉及的支护方案，例如，土钉墙与锚喷支护的相互对比，哪种方案更合适，在地理条件优越的地区都会遇到，要按照安全、经济、建设周期等因素加以考虑。根据安全的角度，土钉墙是一种灵活的支护，允许某种程度的坡顶位移，而锚喷支护是硬性的支护，坡顶位移可以掌控；根据经济的角度，土钉墙更实惠，这是锚桩不能相对比的，根据建设周期，土钉墙的施工设备轻巧，操作方便，是一种更灵活的施工方法，而锚杆施工期长；从基坑的深度来说，锚固比土钉墙深，土钉一般不大于20m，锚桩可以达到30M深度（需要使用多通道支持）。对特定的锚杆支撑位置、锚杆倾角、桩支架之间距离等，直接影响了最大弯距，也会影响到桩的配筋情况。关于单支点的锚桩优化，主要是优化锚定位置，是锚固点距桩顶的距离，使得桩的最大弯距最小。

例如，某沿海城市的基坑坑，二层的地下室，开挖深度是8.5m，设计成一个单路锚桩，有两个方案：①挖掘到锚定位置的深度但是不设置支撑；②增加支撑后开挖至坑挖的底部，当锚杆支撑位置的变化时，当支撑点在桩顶时，支撑力最小为145.6kN/m，而最大弯矩为7.3kN·m/m，随着锚位发生移动，支撑的反作用力增加，桩嵌固深度和弯矩变小。当支撑点位置深度为5.2m时，两个条件上的最大弯矩都相当接近，并且支撑反力和桩嵌固深度较为适中，选择4.2m设计作为支撑位置。取最大弯矩322kN·m/m进行了加固，其中可以显著的降低配筋率。

这些只是探讨优选锚桩支护系统中锚杆位置的优选，而其他类型的支护也存在优化问题，按照具体问题具体分析。支护优化方案和相同方案的详细优化原理在不同的阶段重视的地方不同，主要是在施工阶段的细节优化，但不是绝对化。