综述深基础坑在支护结构中的应用

【摘要】本文综述了深基础在支护结构中的应用,并提出了在邻近建筑物的深基础施工中如何使其影响最低，以及对其设计、施工工艺提出了注意事项，并对其有关问题进行了讨论。

【关键词】深基础施工；土压力；深基坑支护

随着改革开放的不断深入，人民的生活水平不断提高，促进了中、小城市不断的发展；因而在中、小城市的城市建设中，具有多层地下室或补偿式基础的高层建筑日益增多。这些新建筑物很多在其周围有建筑物、道路、地下管道的情况下进行建设的。因此，如何从设计、施工方法上考虑，使新建筑物的基础施工对原有建筑物、道路、地下管道的使用影响降至最低限度，就成为工程实践中一个十分重要而急需解决的问题。

在建筑物的深基础施工中，基坑支护结构种类很多，如排桩、地下连续墙、水泥土墙、土钉墙等。哪种结构类型适宜，就必须根据深基坑的大小、形状、深度、土质、地下水埋深及其与相邻建筑物距离、地面荷载等因素选用。必须着重研究相邻建筑物荷载的相互影响及满足新老建筑物的生产、使用要求。特别是新建建（构）筑物基础深开挖时，更要加倍谨慎，深入研究解决深基坑底部及基坑周围地基土的稳定性，确保相邻建筑物不致遭受损坏。

一般来说，在深开挖的补偿式基础的设计和施工中，最关键的问题是坑侧土向基坑方向的塑性流动（包括基坑壁的侧向位移），基坑底的弹性隆起和随后沉降，以及坑外的地面沉降，而这些均与土的抗剪强度，应力――应变――时间特性及地下水影响密切相关。

1 工程概况：

某高层建筑物地下为 3 层，地上为13层的钢筋混凝土结构。地下室最下层的底面标高为-13.1（即挖土深度），基坑平面尺寸约为93×56m2。在基坑四周：西侧有6 层商业大厦，距坑边约为7.5m；东侧有7层住宅楼，距坑边约8；北侧有施工使用的重型塔吊一台，距坑边约7m。该工程地质情况：±0.000~-5.30m为杂填土；-5.3~-8.20m 为粉质粘土和粘土； -8.20~-10.3m 为粉细砂；-10.3~13.1m 为砂卵石；-13.1m以下为卵石层，地下水位标高约-20m。

2 设计：

根据工程地质资料初步估算，基坑内的弹性隆起及向基坑内塑性流动的可能性不大。因此，主要考虑由于邻近建筑物荷载引起坑外侧土体向坑内位移问题。设计中采用了钢筋混凝土挖孔灌注桩的支护结构（护坡桩）。灌注桩直径 m，桩长19m，入土深度为6m，桩间距1.8m。灌注桩顶部有一道断面为0.6×1.0m2钢筋混凝土圈梁。护坡桩是按照悬臂挡土结构进行设计、计算的。护坡桩所承受的侧土压力，除受土质影响外，还受到护坡桩刚度、邻近建筑物荷载、地面荷载、地下水及施工方法等因素的影响。因此，要精确地确定土压力的值，是比较困难的。现在，国内外进行土压力计算，一般仍按库伦公式或朗肯公式进行计算。

对于砂砾土,内聚力 c=0

朗肯公式的主动土压力EA= )

被动土压力Ep= )

本工程基坑土的物理力学指标为) 内摩擦角 =35o, 内聚力c=0, 密度r=2T/M3。计算结果如附图所示：

从附图看出，在深度为12.9m 处，桩身最大弯距为2m/n的弯矩，即单桩承受2MNm/m×1.8m=3.6MN M的弯矩，但实际每根桩的钢筋用量为1.7t, 最大弯矩断面的配筋面积为170cm2 左右（约可抵抗1.6MN m 的弯矩）。因此计算弯矩(3.6mn m) 是实际配筋抵抗弯距(1.6MN m)的2.25倍。

为了在工程实际中积累资料，我们还进行了桩顶水平位移的测定。当基坑挖土深度为-13.1m时，测得桩顶最大水平位移值为10mm左右，如果位移量按0.001H(H 为挖土深度)控制，也是满足要求的。

3 挖孔灌注桩优点：

几年来，我地区的挡土护坡桩工程大量采用了钢筋混凝土挖孔灌注桩，如商业大厦、邮电大楼、某教学楼群等工程，均采用这一施工技术，效果较好。工程实践表明，钢筋混凝土挖孔灌注桩与钢板桩相比，有下列优点：第一、可以节约资金；第二灌注桩与钢板桩相比，前者桩身刚度大，且与土体密切粘结，能起到桩同作用的效果；第三、安全度大，本工程实测桩顶水平位移仅10mm左右，这可以说明桩后土体尚处在弹性平衡阶段，没有塑性变形，滑动楔块也尚示形成；第四、无噪音，本工程地处繁华闹市，周围临近有商业大厦、居民住宅楼，采用人工挖孔灌注桩的施工技术，可以做到不扰民。此外，挖孔灌注桩在挖孔过程中，还能更进一步地详细了解地层土质的实际资料，为设计、施工方案的修改、补充提供了可靠的依据。

4 注意事项：

4.1 清楚了解拟建建筑物场地的工程地质资料；

4.2 查明周围建筑物的基础设计荷载资料及建筑物的现状；

4.3 调查并收集场地地下水的变迁资料；

4.4 收集拟建建筑物周围场地的地面荷载资料。了解上述资料后，才能初步估算施工时间可能发生的位移变化，事先考虑并准备有效的技术措施，使相邻建筑物的影响降至最低限度。由于地基处理工程的复杂性，影响因素较多，机械化施工是一个很好的技术措施。随着工程的进展，监测资料的分析及地基土质的变化，设计施工方案也需要不断地进行修改与补充。

5 问题的探讨：

相邻建筑物地基处理时，确定侧向土压力是一个重要问题。以前，不少科研人员曾对这一问题进行了大量的研究。侧向土压力问题，大致可分为两种方法，即考虑土体剪切破坏所必须的变形条件的塑性平衡方法和考虑土体局部剪切破坏的弹性塑性理论方法，由于土质条件，地下水及施工方法等许多因素的影响，要准确地确定土压力值是有困难的。本工程按朗肯公式算出基坑侧壁土压力，再按土压力和桩长、排桩间距算出每根桩的最大弯距为 3.6MN m。有关工程技术人员根据当地工程实践经验，对挖孔灌注桩最大弯距断面的配筋面积采用 170cm2（约合28 28mm），其可抵抗弯距为 1.6MN m，仅为最大计算弯距（3.6MN m）的 44%。挖孔灌注桩的配筋量少了（每根桩的钢筋用量为 1.4t），但其支护效果满足了工程要求。这一工程实例说明，对于深基坑的坑壁土压力计算（包括各项物理力学参数选取）和挖孔灌注桩作为受弯构件的计算方法，需待有关专家进一步深入研究，对现行设计、计算方法予以改进、完善。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文