摘要：随着我国基础设施、旧城的改造建设以及高层建筑的施工，深基坑开挖和支护技术得到了前所未有的发展。各种深基坑支护设计计算方法施工工艺不断产生，无论是从理论还是从实践角度看深基坑开挖技术都有了很大的进步。
关键词：佛山地区；基坑支护设计；施工
引言
自改革开放以来，伴随着市场经济的蓬勃发展，城市进入了一个新发展时期，城市规模在不断扩大、人口在不断增长，高层建筑物的数量在不断增多，基坑开挖的次数也越来越多，开挖深度与开挖的面积都在增大并已经成为一种趋势。为此，要想确保建筑基坑支护工程的稳定性，就要做好设计与施工工作，这样既能够确保支护结构变得稳定，还能对土体变形做好控制。为此，找到可行、安全、经济合理的基坑支护设计方法是至关重要的。
1佛山地区地质情况
佛山地形地貌：佛山地处珠江三角洲冲积平原腹地，地势起伏较小，以平原为主，为珠江水系之北江、西江三角洲平原，海拔一般小于5米，多在1.2～4.8米。岩层分类：佛山市各地质时代的地层发育较为齐全、岩性主要有砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩夹煤层，火山岩主要分布于三水盆地内的三水农场、狮山、丹灶、西樵山等地。岩层埋深：佛山市位于珠江三角洲平原，属于浅覆盖区，基岩上覆盖着5万年以来形成的松散堆积层，厚度一般小于50米，最厚70。地下水：地下水类型主要有松散岩类孔隙水、裂隙溶洞水、基岩裂隙水等，不同地区含水量有所差异，总体含水量为中等至丰富。以松散岩类孔隙水为主，地下水位高，一般埋深1～2米。
总体地质特点，海拔低、地下水位高、软土覆盖层较厚。重点南海、禅城、顺德各区地质情况差别很大，各区域差别很大。
列举以下剖面图说明地质情况：
A南海海八路与广州交界处某地块的典型柱状剖面图
2止水桩介绍 -----搅拌桩、旋喷桩
佛山地区支护设计关键止水桩设计，不同土质需用不同止水形式。搅拌桩：单轴搅拌桩、三轴搅拌桩。原理：水泥搅拌桩是软基处理的一种有效形式，将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。适用范围：适用于处理淤泥、淤泥质土、素填土、软—可塑粘性土、松散—中密粉细砂、稍密—中密粉土、松散—稍密中粗砂和砾砂、黄土等土层。不适用于含大孤石或障碍物较多且不易清除的杂填土，硬塑及坚硬的粘性土、密实的砂类土以及地下水渗流影响成桩质量的土层。三轴搅拌桩是适合砂层较厚的，止水要求高的项目使用，目前止水效果最好的搅拌桩。目前在逐步大量应用和推广。三轴搅拌桩：是长螺旋桩机的一种，同时有三个螺旋钻孔，施工时三条螺旋钻孔同时向下施工一般用于地下连续墙工法使用，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。作用：三轴搅拌桩在基坑围护工程起到重要的作用，一种中间不插型钢，只作为止水用，如需挡土应与其他工艺结合应用；一种是搅拌桩桩体内插H型钢（俗称SMW工法）既可以起到止水亦可以作挡土墙，适用于挖深较浅的基坑。施工流程：桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻至设计深度→反循环提钻并喷水泥浆至地表→成桩结束→施工下一根桩。
旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基得到加固。施工中一般分为两个工作流程，即先钻后喷，再下钻喷射，然后提升搅拌，保证每米桩浆土比例和质量。
3基坑支护设计与施工问题分析
3.1支护结构设计计算问题
目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论，但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明，有的支护结构按极限平衡理论计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但却发生破坏；有的支护结构却恰恰相反，即安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中却获得成功。极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计，而实际上开挖后的土体是一种动态平衡状态，也是一个松弛过程，随着时间的增长，土体强度逐渐下降，并产生一定的变形。这说明在设计中必须给予充分的考虑，但在目前的设计计算中却常被忽视。支护结构设计时要考虑由于超孔隙水压力对土体的影响，对土的各项物理力学性质指标取值要慎重，为了使取值更加可靠，最好在工程桩结束后，对土体做原位测试，以取得第一手资料，积累经验，提高工程的设计与施工水平，预防和避免事故的发生。
3.2支护结构的空间效应问题
深基坑开挖中大量的实测资料表明：基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小，基坑边坡失稳常常在长边的居中位置发生，这说明深基坑开挖是一个空间问题。目前，支护结构中支撑的形式很多，但主要有两类：内撑式和拉锚式。对于拉锚式，每根锚杆单独作用，靠土体的锚固作用形成水平承载力，锚杆之问仅靠腰梁联系，维持围护桩墙的平衡。对于内撑式，通常采用井字梁加立柱，这样，排桩墙、支撑梁和立柱就形成一个空间框架结构。尤其当有两道以上的水平支撑时，空间效应就更加明显，这时，水平支撑梁就不仅起单根支撑作用，而是以整体结构的形式起支撑作用。然而，目前在支护结构设计中，完全没有考虑内撑式支护结构的这一空间效应，将内撑式和拉锚式同等看待，即仅仅提供一个水平支撑力，是不合理的。
3.3土体的物理力学 参数选择问题
深基坑支护结构所承担的土压力大小接影响其安全度，但由于地质情况多变且十复杂，要精确地计算土压力目前还十分困难，今仍在采用库伦公式或朗肯公式。关于士体理参数的选择是一个非常复杂的问题。尤其是在深基坑开挖后，含水率、内摩擦角和粘聚力个参数是可变值，准确计算出支护结构的实受力比较困难。在深基坑支护结构设计中，如果对地基体的物理力学参数取值不准，将对设计的结果产生很大影响。实验数据表明：基坑开挖前、后土体的内摩擦角值一般相差5°，而产生的土体的主动土压力也不相同；原土体的内凝聚力与开挖后土体的内凝聚力，差别也大，一般在6Kpa以上。施工工艺和支护结构形式不同对土体的物理力学参数的选取也有很大影响。
3.4临建对基坑边坡的影响没有考虑
基坑支护单位在进行基坑支护设计时，除了特别强调说明外，坡顶荷载一般考虑较小，通常为20kPa，但是等到总承包单位进场时，由于现场临建需要较多，同时受场地条件限制，临建不得不靠近边坡设置， 并且一般都设置2～4层。对于深基坑边坡支护，临建荷载是一个不小的数值，并且其存在时间较长。因很多临建都是在基坑支护施工一段时间后才搭建的，故施工各方都忽略了临建荷载对基坑边坡稳定性的影响。很多基坑因临建荷载而发生了不同程度的边坡变形。
4基坑支护设计施工要点
4.1设计方案
由于基坑支护是一门很复杂的技术，如果基坑设计人员的经验不足很容易造成设计考虑不周。因此施工单位应聘请有丰富经验的专家进行设计、施工方案的评审，有效降低基坑支护的风险，防止安全事故的发生。
（1）桩身应根据受力情况合理地配筋。在很多工程的挡土桩设计中，都采用圆断面内均匀配筋、且沿桩身全长相同配筋的构造，这种设计很不合理，浪费了很多钢筋。挡土桩实际上是在土压力、地面荷载或相邻基础荷载作用下的受弯构件，无论是单跨悬挑梁或多跨带外伸的连续梁，其主筋设置的位置及数量，应根据单跨或多跨连梁计算结果的弯矩值配筋。主筋应设在受拉的一侧，其长度也应根据弯矩的大小适当截断，不应沿桩长通长设置。在受压区配置适量的构造筋即可。钢筋笼制作安装时，应严格按设计图施工，不得任意旋转角度及方向。按此方式配筋至少能减少一半的用钢量。
（2）桩的上端离室外地面 2m 为宜，上部可在桩身外侧砌砖挡土墙或挖成坡状。桩身缩短后不仅节约材料，而且由于悬臂段长度减小，将使桩身弯矩大为减小。桩长减短部分的土体自重，也可按地面堆载计算。
（3）桩顶设一道现浇圈梁，圈梁断面做成扁梁，主筋配在两侧。使相邻的桩共同工作，以增强其整体刚度。
（4）合理确定锚杆的位置。设单层锚杆的挡土桩，锚杆应设在锚杆支座处的桩身负弯矩与跨中的正弯矩及桩下端支座处的负弯矩基本相同的部位，这3个部位的弯矩相差较大时，应调整锚杆位置反复试算后确定，可使桩身强度得以充分利用，避免局部应力集中。同理，2 层或多层锚杆的位置，也应按此原则确定。在确定计算简图时应注意两点：一是上段悬臂段的跨度，应增加 0.5~0.8m（即锚杆机的高度）。因为当锚杆在未施加预应力锁定前，其支点并不在锚杆处，而在锚杆机的底面（即第一次开槽的基底）。二是桩的下端如按嵌固计算，实际上桩埋入土中并不能达到理想嵌固的程度，因此，桩底的支座弯矩与下段的跨中弯矩应适当调幅。也可将桩下端支点按嵌固及简支分别计算后，取两者的平均值。下段桩的计算高度也应适当增加，即下端支座应下移至少 0.5m，以使计算结果更趋于实际。
4.2开挖和支护加固要点
深基坑基坑施工中的深度不断加深，边坡坡度范围通常在八十度到九十度之间，而当前边坡稳定性理论的分析模式中，多数将边坡的坡度设置在六十度左右，这和工程施工中边坡初始的受力情况存在很大不同。开挖深基坑的边坡后，深基坑土体中原有三向受力状态被打破，开挖工程施工面周围会出现高能区。当高能区中的能量传递到周边相关的土体时，部分力量将会成为导致土体发生变形的作用力。接近九十度角的边坡，深基坑单次开挖的深度过大，会导致土体中能量过大，当土体结构中的极限平衡状态被打破之后，打破平衡的作用力位置就会开始出现坍塌现象，因此在深基坑开挖施工中必须控制开挖施工作业面的深度和开挖面积，同时对施工面做相应的加固支护施工，让支护结构尽可能快的与深基坑土体构成新的力学平衡关系，从而将打破岩土体结构极限平衡的作用力消除。
4.3地下水控制
通常来说，对于基坑支护施工来说，地下水的控制一直都是一个难点，再加上地下水位不稳定，使用的基坑开挖方法也存在一定的差异。如果没有地下水或者是地下水活动较为稳定的话，可开挖的深度6m 或更深；但如果地下水位较高，其中存在较多的砂土或者是粉质性土时，开挖的深度则要控制在3m 以下，如果过深将容易出现塌方。为此，对于沿海或者是沿江区域，如果留滞的水较为丰富的地区，深基坑工程中最重要的就是做好对地下水的控制。在具体开挖过程中，降水、排水、止水都会影响到基坑工程的经济性与科学性，很多工程事故的发生都是发生在这些区域。通常情况下，软土地区的地下水位较高，在开挖基坑过程中，为了使挖土操作条件得以改善，就要尽量增强土体的抗剪强度，还要增加土体的抗管涌能力、抗承压能力、抗流砂侵蚀能力等，进而减少对围护体的侧压力，最终会使基坑施工的安全度提升，坑内、坑外降水是非常常见的。
5结语
总之，深基坑支护的顺利进行是离不开设计和施工 的有 效配合，在施工中需要按照 设计进行，并且在实际的操作当中还需要和实际情况有效结合，加强对设计的不断完善，以此使其能够达到最优。
参考文献
[1]郑刚.焦莹.深基坑工程设计理论及工程应用[M].中国建筑工业出版社.2010.12.
[2]沈礼斌.关于深基坑支护设计问题的探讨[J]四川建材.2009.
论文作者:孙永民
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/29
标签：基坑论文; 弯矩论文; 深基坑论文; 结构论文; 地下水论文; 荷载论文; 发生论文; 《建筑学研究前沿》2017年第12期论文;