深基坑支护技术方案应用研究

随着我国经济的快速发展，基础建设也取得了举世瞩目的成绩，其中高速铁路、地铁、轻轨、高等级公路的普及。目前国内由于高层建筑、地下空间的发展，深基坑工程规模大，深度深，事故频发，给工程岩土施工提出了许多技术难题。基坑工程的设计和施工应紧密结合，确保项目的顺利推进。首先基坑工程在设计上应满足强度和变形两种极限状态，由于环境条件的限制，满足变形控制的要求比满足强度和稳定性的要求更为严格，基坑工程的成败经常取决于变形控制。控制深基坑开挖的环境效应问题，促进了深基坑开挖技术的研究和发展。目前国内的深基坑处理利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，主要作用改良地基土的工程特性。滨湖项目综合考虑了支护体系的稳定性和特殊性，采用了基坑外侧的围护和加固、基坑底部的水泥搅拌桩的土体稳定加固、外体系的整体连接圈梁。基坑内部增加了钢结构的内支撑体系，确保了整体的深基坑的稳定性。
1特殊条件下深基坑处理采取的措施
1.1目前国内外地质条件分类和特点
（1）国内地质条件分类。地质条件的主要决定因素就是具备固相、液相和气相组成的松散颗粒集合体土。（2）国内地质条件的特点。地质条件的分析首先是分析土颗粒的成因、组成、颗粒的大小。矿物成分、颗粒的形状，这些特征决定了土体的物理性质、物理状态和力学状态，同样也决定了地质的特点。
1.2针对国内外各类地质采取的支护措施
1.2.1国内支护结构的选型原则与等级划分符合基坑侧壁安全等级要求，确保坑壁稳定，施工安全。确保邻近建筑物、道路、地下管线等的正常使用。要方便土方开挖和地下结构工程的施工。应做到经济合理、工期短、效益好。基坑侧壁安全等级及重要性系数划分如下。（1）一级：支护结构破坏、土体失稳。（2）二级：支护结构破坏、土体失稳或过大变形。（3）三级：支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重。1.2.2针对各类地质处理的方法地基处理的方法分类、可分为以下两种物理处理：换土处理，密实处理，排水处理，加筋处理，热学处理。化学处理：灌浆法，搅拌法。1.2.3国内基坑支护的处理办法（1）基坑支护结构选型如下：排桩或地下连续墙、水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙、放坡。（2）国内基坑支护结构的类型如下。1）重力式：深层搅拌水泥土桩、水泥旋喷桩、土钉墙。2）非重力式：钢板桩、H型钢桩、混凝土灌注桩、地下连续墙。
1.3针对各类地质采取的开挖技术
针对各类地质条件基坑开挖采取的措施要根据基坑的底面尺寸、埋置深度、土质好坏、地下水位的高低变化确定施工工艺。相邻基坑开挖时，应遵循先深后浅或同时进行的原则。挖土应自上而下水平分段分层进行，每层0.3m左右，边挖边检查坑底宽度和坡度。对于基坑深度2m以上的归入深基坑范围。深基坑开挖必须遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。深基坑的开挖方案，主要有放坡开挖、中心岛式开挖、盆式开挖和逆作法开挖。
2深基坑基本概况与设计理论计算
2.1滨湖广场周边环境的特殊性和面临的问题
滨湖广场的北侧为月亮酒店地下室施工项目，已经开始施工，基坑开挖完成，基坑开挖的深度在3.5m以内，原基坑边坡支护采用土钉+预应力微型桩+喷射混凝土。为后期北侧基坑支护的施工带来了一定的难度和困难。南侧为通湖路，距离车库基坑较远约30.50m，影响不大，重点控制的是马路两侧预埋的照明、雨、污水和给水管道。西侧广场的中央景观带，现正施工，完成约80%工程量。地势中间略高，南北两侧略低，现无地下管线。与车库基坑垂直距离8~10m，距离较近，也是基坑出土的主要通道之一。
2.2针对以上特殊环境采取的支护措施
本项目位于湖州市太湖旅游度假区，属于滨湖广场中央区块景观及配套项目项目。针对以上特殊情况采取的支护措施如下。（1）北侧采用放坡、台阶开挖的施工方案。（2）南侧距离道路较远，按照原设计的采用型钢水泥搅拌桩支护结构。（3）西侧与开挖基坑垂直距离较近，特殊之处在型钢水泥搅拌桩外侧加一排钻孔灌注桩作为支护桩，两道加固基坑的稳定性和临时便道的稳定性。（4）东侧采用原设计的型钢水泥搅拌桩支护结构，确保不发生透水现象。
2.3特殊环境应用技术特点
首先采用SMW工法的原理，其特点如下。（1）对周围的地层影响小。（2）施工噪声小，无振动，工期短，造价低。成桩速度快，墙体构造简单。（3）废土产量小，无泥浆污染。（4）高止水性，墙体全长无接缝，比传统的连续墙具有更可靠的止水性。（5）适用地层范围广，能适应各种地层，可在粘性土、粉土、砂砾土和单轴抗压强度在60MPa以下的岩层中应用。（6）大壁厚、大深度，成墙厚度可在550~1300mm之间，最大深度达到70m。其次更具西侧基坑加固特殊性，选择采用钻孔灌注桩。采用钻孔灌注桩最大的优点是入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，防止挤压和动载的扰动。
2.4针对以上特殊环境采用理论计算分析
深基坑支护设计包括整体稳定验算，抗倾斜稳定性验算与抗隆起验算3部分。（1）整体稳定验算计算方法采用瑞典条分法，应力状态为有效应力法，条分法中的土条宽1.00m。支护底部，验算抗隆起Ks=2.015≥1.600，抗隆起稳定性满足。通过全面论述了滨湖广场的特殊环境下的特点，针对存在的环境特点和地质参数分析进行建模理论计算，确认采取三轴搅拌桩和围护桩进行支护。
3深基坑监测与控制
3.1深基坑施工监测和控制的必要性和目的
3.1.1深基坑施工监测和控制的必要性深基坑工程施工监测和控制是深基坑开挖过程中必不可少的控制措施，基坑内外的土体由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变引起围护结构承受荷载并导致围护结构和土体的变形，围护结构的内力和变形中的任何一个量值超过容许的范围，将造成基坑的失稳破坏或者对周围环境造成不利影响。3.1.2深基坑施工监测和控制的目的在深基坑施工的过程中，只有对基坑的支护结构、基坑周围的土体和相邻的构筑物进行全面、系统的监测，才可对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解。本场地浅部地下水主要为孔隙潜水，基坑开挖影响深度范围内各土层的主要物理力学性质。
3.2项目监测工作内容和工作安排
根据工程基坑的开挖深度、环境特点、地基地层物理力学性质指标和围护设计方案要求如下。（1）深层土体水平位移观测，在基坑靠近围护结构的位置，设置37个深层土体水平位移监测孔，编号CX1-37，设计测斜孔深为20~28m。（2）地下水位观测，在本工程基坑共布设水位观测孔37个，以监测坑外地下水位变化情况，编号SW1-37，设计水位孔深度为10~12m。（3）沉降观测，在基坑边侧周边建筑、道路管线及围护桩后侧土体上设15~20个沉降观测点，观测点位置和数量根据实际情况确定，同时在立柱上布设立柱竖向位移监测点13个，以监测上述部位随基坑开挖沉降变化情况。（4）支撑轴力监测在深基坑支撑体系中布设38组钢筋应力观测点，编号ZL1-38，观测仪器为频率仪，主要观测支撑体系在深基坑开挖过程中的应力随时间和工况的变化情况。
3.3监测工期与频率
监测工期：从进场埋设监测点至地下室结构做到±0.000，土体稳定为止。监测频率：深层土体水平位移、地下水位和支撑轴力开挖期间一般每日观测1次，基坑挖土完毕后，看位移变化情况延长监测间隔，沉降观测通常1周2次，异常情况及超出警戒值加密监测。
3.4深基坑监测数据分析
通过观测数据的每天的数值分析，满足规范要求，确保了施工的正常进行和基坑的整体的稳定性。
深基坑的支护工程，主要关系到采用何种支护方案、如何选择基坑的方案。要考虑基坑的开挖深度、开挖地层的地质条件的好坏等诸多因素，要结合以往的施工经验和实际情况，充分认识到每个项目的本质和根源，综合应用设计规范和地质资料、拟定合理的、安全的、可靠的设计方案，基坑支护方案设计制订重点在基坑支护的施工控制，配套支护，防水，降水，挖土等诸多环节的紧密配合，充分、合理。一节失败、环环相扣、将会导致整个工程出现问题。我国的深基坑支护结构有钢板桩、地下连续墙、排桩支护、土钉喷锚支护、复合式支护体系、环形支护结构等，从简单到复杂，都与地质结构和施工环境密不可分，选择一个支护结构要全面考虑和理论计算，把握其复杂性和多变性，对于每一个环节做细做深，才能有良好的效果。滨湖广场项目就是一个特例，涵盖了临湖、临河、临路、临结构物等诸多因素的制约，如何从第一步下手去设计、检算，最后推挤到整体项目的推进必须要有充分的理论依据和丰富的实地经验才能具备项目的前期条件。
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