浅析不同地质条件下的深基坑支护.doc

.浅析不同地质条件下的基坑支护摘要：本文在分析了基坑支护的各种形式的适用范围的情况下，结合各种工程地质条件，在阅读大量工程实例文献的基础上，对不同地质条件下的基坑支护设计进行了一些总结，提出了一些观点和结论。关键词 深基坑，支护体系，工程地质，支护设计1 前言在现代建筑、水利、采矿、路桥等工程建设项目设计中，工程设计人员都会遇到深基坑支护设计的问题。深基坑支护设计是一项技术要求高、操作复杂、涉及内容较广的具体工作内容。针对不同的地质条件，设计人员要在深入了解深基坑工程基本要求、场地工程地质和水文地质条件、场地周边环境条件等资料后，并结合工程项目建设的实际需要，进而制定出科学、合理、正确的设计方案，这对于深基坑支护系统施工，以及建筑物质量的保障都是极其重要的，不容忽视。本文在参考了大量文献的额基础上，对各种地质条件下的基坑支护设计以及需要注意的地方进行了详细的论述，并例举了相应的工程实例。本文主要涉及城市建设中的基坑支护，这类支护一般涉及到淤泥（质土），软粘土，砂土，填土等地质条件，因此，本文主要对这几种条件下的基坑支护作出分析和探讨。2 基坑支护设计中常见地质条件城市建设中经常涉及的地质条件有淤泥质黏土、软土(粘土)，填土，砂土等,以下将分别探讨各种工程地质条件的特点及对工程的影响。2.1 淤泥质黏土淤泥质黏土主要分布于大中型江流湖泊的周边地区，主要是由河流冲刷所带的淤泥而形成。淤泥质黏土层的含水量一般在40%50%左右、孔隙比一般在1.21.6之间，土层的压缩性高，抗剪强度较低，淤泥承载力低、灵敏度高，含水率高，开挖不慎极易造成塌方等安全事故。2.2 软土第四纪沉积的软土在我国分布广泛,在基坑工程中不可避免的经常会遇到软土地基问题。软土层一般包括黏土、淤泥与淤泥质土,其工程特性一般表现为含水量大、强度低、压缩性大、透水性差、土质不均匀、地区之间土性存在较大差异等。2.3 填土填土的深基坑支护设计是较为常见的地质条件之一，在现代大都市中具有较强代表性与典型性。填土是指由人类活动而堆积的土。在工业与民用建筑建设中经常遇到大范围的高填方地段, 由于填土的物质组成复杂, 堆填方式各异, 工程性质十分独特。综合来说，填土的工程性质有：1) 不均匀性，杂填土的不均匀性最为显著，素填土和冲填土的不均匀性较杂填土略好；2) 填土是一种欠压密土，有自行压密的特点，抗剪强度和承载力较低，而其压缩性却很高。2.4 砂土砂土工程性质的评价与砂土的密实度有很大关系，较密实的砂土由于压缩性小，承载能力大，在工程地质评价中一般认为是较好的天然地基。而松散、强度较低的砂土地基, 遇水后颗粒间的有效应力会减少, 构筑物周围应注意排水和防止渗水。另外，砂土遇到水后，极易产生振动液化，有效应力降低，承载力降低。3 常用的基坑支护形式及适用性简介3.1 放坡开挖放坡开挖是选择合理基坑边角坡度，以保证在开挖过程中边坡稳定性。边坡稳定性包括坡面的自立性和边坡的整体稳定性。放坡开挖一般使用于地基土质较好（硬质、可塑性粘土和良好砂性土）、开挖深度不深、以及施工现场有足够放坡区域的工程。边坡高度一般36m，否则分段开挖。放坡开挖特点为最经济，条件满足时宜优先采用。设计时主要是验算边坡稳定性。3.2 挡土支护开挖为了保证基坑周围的建筑物、构筑物以及市政设施安全，或为了满足无水条件下施工，需要设置挡土和截水结构。这种结构称为支（围）护结构。3.2.1 水泥土墙支护水泥搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水率较高且地基承载力标准值120 kPa的粘性土等地基。3.2.2 排桩、地下连续墙支护地下连续墙对多种地质条件和复杂的施工环境使用能力较强，尤其在软土地区应用广泛。造价高，一般适用于开挖深度大于12m的基坑。排桩使用于各种土层条件， 一般应用于开挖深度小于15m的深基坑。3.2.3 钢板桩支护钢板桩为柔性支护结构，变形较大，一般适用于开挖深度小于7m的基坑工程。3.2.4 土钉墙支护（锚喷支护）一般适用于地下水位以上的可塑，硬塑或坚硬的黏性土且深度小于6m的基坑。复合土钉适用于有松散砂土和软土的地层。3.2.5 逆作拱墙逆作拱墙法是目前国内较新的基坑支护施工方法，与其它方法相比，它具有经济合理、施工速度快等特点。3.3支撑3.3.1锚杆或锚喷锚杆应锚入稳定土体，外端与支护结构连接并施加预应力。锚杆可与排桩、地下连续墙或其他支护结构联合使用。不宜用于有机土体，液限大于50%的黏土层及相对密实度小于0.3的砂土。3.3.2 混凝土支撑可用于平面形状复杂的基坑。刚度相对较大，对于减小基坑变形有利，在混凝土支撑上架设施工栈桥也相对较简单。缺点是需要在 强度达到一定值后才可形成支撑，工期长；爆破拆除对周边环境有一定影响；混凝土的收缩和徐变对变形也有一定的影响。3.3.3 钢支撑通长情况下采用相互正交、均匀不知的对撑或对撑桁架体系。钢支撑系统构件可以回收重复利用，减小资源浪费。施工架设速度快，拆除方便。施加预应力可以在一定程度上减小基坑变形。基坑长度超过100m时施工难度增大。3.4 各种支护形式的比较每种基坑支护方式都各有各自的适用条件和一定的局限性。基坑支护方案的选择直接关系到工程造价、施工进度及基坑周边环境安全。现代大都市的高层建筑一般较大且基坑较深，基坑临近有许多建筑物、道路和地下管线，施工场地拥挤，在环境安全上又有很高要求。对于较浅的基坑可采取土钉支护，尤其是符合土钉支护或水泥土搅拌桩自立式支护结构；对于较深的基坑可采用灌注排桩挡墙或地下连续墙作为维护结构，辅以多道内支撑或者多道锚杆的围护形式。4 不同地质条件下支护分析深基坑支护的要点，通常来说，有三方面的要求：支护结构的变形计算、支护结构的强度设计、深基坑挖土施工的组织设计。根据不同地质条件进行分析，合理设计支护方案，并进行及时监测，是十分必要的。以下对不同地质条件下的支护，做一些探讨和对比。4.1 淤泥，淤泥质土条件淤泥承载力低、灵敏度高,压缩性高,含水率高,开挖不慎极易造成塌方等安全事故。因此，本人认为，对于淤泥质土条件下的基坑支护，理想的办法是，换填粘土或砂土，压实后再进行基坑的施工及支护。如果条件不允许，不能进行换填，则应采用水泥土搅拌法，对淤泥质土进行加固处理，待达到一定强度后，再进行基坑开挖施工。如果是深基坑，在开挖过程中，可使用钢板桩加支撑，或逆作拱墙等较经济的支护方式。4.2 软土条件基坑支护中，软土是常见的一种地质情况。软土基坑支护设计与施工是城市基本建设工程中的重要问题,也是岩土工程中比较复杂和困难的问题。据相关文献介绍，近年来，国内对于软土的深基坑支护设计，主要采取悬壁式、单支点及多支点式、圆筒式等支护结构，各种支护结构都有其显著的特点，并被广泛应用于软土地质条件的深基坑项目施工中。由于软土的性质偏软，因此在深基坑支护设计中一定要考虑到深基坑的整体硬度和强度，对于部分土层较软的部分，还要进行必要的加固设计，确保深基坑施工中的安全性与稳定性。4.3 填土条件填土成分复杂，不均匀性较大，压缩性高。因此，本人认为，对于填土地区的基坑支护设计，应该在工程勘察报告的基础上，首先对填土采取一定的人工加固措施：对于较浅的填土，可采取换填法或表层压实等处理方法，如果填土厚度较大，可考虑强夯法或振动挤密桩法进行适当加固，而在基坑开挖的过程中，需时刻注意基坑周壁的安全，分层支护，以免发生安全事故。4.4 砂土条件砂土地区的基坑支护设，应根据砂土的土质，区别对待：对于密实性较差的砂土，多含粉砂及细纱，处理方法多采用表层压实法、砂桩及振冲挤密法对其进行初步加固处理，在基坑开挖时，可采用钢板桩或混凝土护壁，并注意及时分层支护。对于密实性较好的砂土，可稍加压密处理，即可进行基坑开挖，开挖过程中可使用锚杆加深层搅拌桩的方式进行基坑侧壁的支护。另，据文献7介绍，砂土密实度的最佳含水量为10%，过大或过小，均会降低砂土的密实度和承载力。因此，砂土性基坑，不得长期暴露，应及时回填。4.5 复合地质条件工程实际中，大多数遇到的情况，都是复合地质条件，在基坑开挖深度的范围内，会遇到各种地层情况，此时，应根据勘察报告，具体分析，选择既经济，又合理的支护方式。笔者认为，在复合地质条件下，可以根据基坑开挖范围内某一主要岩土层，进行相应的支护设置。例如，某地基坑开挖深度范围内，主要是淤泥质土，夹带少量粉质粘土和细砂，此时，就可以用水泥土搅拌桩的方式，首先对基坑开挖周壁范围进行加固处理，待强度达到要求后再进行基坑开挖，并分层使用钢支撑来进行支护。又如，某地基坑开挖范围内，主要是砂土，夹带少量软粘土，地表处为杂填土，此时，可以先查明砂土的密实度。如果砂土较为密实，则可直接开挖，并及时进行支护，必要时可设置搅拌桩提高周壁的强度；如果砂土密实度较差，则需先用水泥土搅拌桩进行加固，待强度达到要求后，再进行开挖和支护。基坑支护应根据不同的地质条件及周围环境,采用不同的支护形式。有时单一的支护形式不能满足要求,采用多种结构组合更为合理,降低造价。5 工程实例5.1 淤泥地质条件下某基坑工程支护35.1.1 工程概况该工程为广州市某开发区排涝泵站的泵房基坑工程,场地处于淤泥层,淤泥承载力低、灵敏度高,压缩性高,含水率高,开挖不慎极易造成塌方等安全事故,且先期施工的管桩也会受到影响,因此需要在开挖前进行基坑围护。根据地质勘察报告,泵站地面自上而下可分为：(1)上部：主要为淤泥及淤泥质中砂，厚度约1014m ,层位稳定，承载力特征值fak =4060kPa ,呈流塑状态，属软弱土层及严重的液化土层，不适宜直接作为地基的持力层。(2)中部：主要为可塑-硬塑粘性土和中密-密实砂土，厚度约1624m，中部某处夹有淤泥质土等软土层。(3)下部：主要为强风化及微风化花岗岩层,层位稳定,为良好的桩端持力层。5.1.2 基坑支护方案根据地质勘察报告及本地区实际情况和施工现场周围环境条件,并参照类似工程的施工经验,采用水泥搅拌桩支护墙作为开挖时的基坑围护体系,外加以泵房满堂水泥搅拌桩与预制管桩作为泵房的复合地基。基坑围护方案平面图见图1。图1 基坑围护方案平面图5.1.3 支护效果该水泥搅拌桩围护为土、桩框格结合体共同受力体系,在基坑开挖及后期混凝土施工的过程中,无任何明显的弯折破坏；桩体完好无缺陷；桩体最大位移与坑内渗水量满足现场施工要求,大大节约抽降水台班及坑内支护,既达到满足基坑围护功能又降低围护造价的目的。水泥搅拌桩的应用范围越来越广泛,除了作为一种复合地基使用之外,更多是作为一种经济型的基坑围护结构得到推广。5.2 成都地区某基坑工程支护实例45.2.1 工程概述成都地区的地质条件是所谓典型的“二元”土质结构，即03m为土层，以下为卵石层。文献4中所述工程实例是典型的成都“二元”土质结构，即：03m素填土；314m卵石层；14m以下中密卵石；考虑基坑超载2010kN/m2。5.2.2 支护设计方案根据工程概况，结合该工程地质条件特点，并考虑经济实用性，确定采用锚杆支护形式，以满足基坑稳定安全。文献4中,就单排锚杆支护和双排锚杆支护进行比选。 图2 单排锚杆计算简图 图3 双排锚杆计算简图5.2.3 基坑支护效果经有限元软件计算结果显示，采用双排锚杆支护可以减少桩底嵌入深度,同时桩顶位移满足设计要求。相比采用单排锚杆支护,桩顶位移以及周边建筑物的位移变形均较小且基坑安全度高，因此本基坑支护形式采用双排锚杆支护。6 结论1 基坑支护方案的选择，应该根据周围场地地质条件，在保证强度安全的情况下合理选择，并适当考虑经济因素。2 现代都市中进行深基坑支护，往往受多种条件限制，如施工场地狭小、周围管线较多等，此时，应在周围环境限制的条件下，合理选择支护方式。如本文5.3节中所述多种支护体系同