一、我國基坑工程的發(fā)展概況

上一世紀九十年代以來我國基坑工程技術(shù)長足發(fā)展。

1、基坑工程技術(shù)的發(fā)展歷程——

第一階段：上一世紀80年代末到90年代末，研究、探索階段；

第二階段：新世紀初的十多年，發(fā)展階段。

1）兩個階段的標志——

第一階段：2000年前后基坑工程的國家行業(yè)標準和地方標準的頒布；

第二階段：2009年《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50497）的頒布、一批相關(guān)的規(guī)范全面修訂。

2)基坑工程設計理念的改變——

早期：設計往往以滿足地下工程施工為主?；蛞越?jīng)驗為主；或以理論為主。

現(xiàn)今：滿足環(huán)境保護已成為設計施工的基本出發(fā)點。理論和經(jīng)驗相結(jié)合。

3)基坑設計方法——

極限平衡法:卜魯姆法、盾恩法、相當梁法等 ；

彈性支點法:解決變形分析問題；

有限元法:平面、空間；土體與結(jié)構(gòu)共同作用；考慮土的彈塑性等

4)對基坑穩(wěn)定性的認識——

基坑事故主要是巖土類型的破壞形式。整體滑動穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性等在軟土中尤其重視。

二、基坑工程的新型支護結(jié)構(gòu)

常用的基坑支護結(jié)構(gòu)

土體加固類——放坡、土釘墻、重力式水泥土墻等。

支擋、拉錨式——圍護墻：排樁、地下連續(xù)墻；支錨體系：拉錨式，內(nèi)支撐。

圍護墻

支錨體系：拉錨和錨桿

1、復合土釘墻

土釘支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)點——施工方便、設備簡單、經(jīng)濟效益顯著等。

土釘支護結(jié)構(gòu)的主要問題——適用有一定限制，僅適用于非軟土場地。軟土地區(qū)：穩(wěn)定性。

土釘支護結(jié)構(gòu)的主要問題——軟土地區(qū)：穩(wěn)定性

復合土釘墻——采用水泥土攪拌樁、預應力錨桿、微型樁等的一類或幾類結(jié)構(gòu)與土釘墻復合而成的支護結(jié)構(gòu)。

軟土地區(qū)的應用——以水泥土攪拌樁、微型樁等“超前支護”，

解決：隔水性；土體的自立性（加大自立高度和持續(xù)時間、提高穩(wěn)定性）。

非軟土地區(qū)的應用——通過微型樁、預應力錨桿等對限制土體的位移。預應力錨桿復合土釘墻，加大預應力可使位移減少40%~50%。使其適應的基坑開挖深度有所增加。復合土釘墻使開挖深度有所增加（12~15m）。

復合土釘墻結(jié)構(gòu)設計中應注意的問題——可計入復合體的共同作用，但復合體的作用：不可過高估計；原位土層、土釘對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的貢獻：應占有主要的份額。

2、雙排樁結(jié)構(gòu)

雙排樁結(jié)構(gòu)——由前、后兩排支護樁和梁連接成的剛架及冠梁組成的支擋式結(jié)構(gòu)。

雙排樁結(jié)構(gòu)的特點——結(jié)構(gòu)：有較大的側(cè)向剛度，無需支撐或拉錨

施工：適應性廣、工藝簡單、與土方開挖無交叉作業(yè)、施工工期短等。

雙排樁的設計——

嵌固穩(wěn)定性驗算：以結(jié)構(gòu)前后排樁與樁間土的整體分析，但嵌固段被動土的抗力作用在總抵抗力矩中占主要部分。

剛架結(jié)構(gòu)受力分析：

1）前、后排樁的受力前排受壓；后排受拉，并引起前、后排樁豎向位移和樁身彎矩。

2）前、后排樁之間土體：考慮其的反力與變形關(guān)系（樁間土看作水平向單向壓縮體，按壓縮模量確定剛度系數(shù)）

考慮開挖后應力釋放引起的初始壓力（按樁間土自重占滑動體自重的比值確定）

3）樁頂梁

3、型鋼水泥土攪拌墻

型鋼水泥土攪拌墻——由水泥土墻和內(nèi)插的型鋼組成的復合支護結(jié)構(gòu)。

特點——支護性能好、造價低、環(huán)保（型鋼可回收）等。我國于2010年頒布了《型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程》JGJ/T199 ，標志了該技術(shù)已較為成熟。

型鋼和水泥土作用——型鋼：作為擋土結(jié)構(gòu)；

水泥土：作為截水帷幕。

型鋼水泥土攪拌墻的工作特性——

墻體變位較小時：水泥土對提高墻體的剛度有相當貢獻；

墻體的抗彎承載力驗算：不應考慮水泥土的作用；

型鋼間水泥土的受剪：包括型鋼間水泥土的錯動受剪和最弱截面處的局部受剪。

型鋼水泥土攪拌墻的樁身強度——這是目前工程中矛盾比較集中的問題。

設計要求：一般強度為1.0MPa左右，甚至更高；

實際情況：往往難以達到設計要求；

取芯檢測：28d強度值一般在0.4MPa左右。

如何確定水泥土攪拌墻的樁身強度？

工程實際：鮮有因強度較低而造成破壞的事例；

理論分析：要求水泥土28d抗壓強度為0.5MPa左右；

規(guī)范建議：采用不小于0.5MPa較為適宜。

三、深基坑工程施工新設備和新工藝

施工中新設備和新工藝——地下連續(xù)墻、混凝土咬合樁排樁、超深多軸水泥土攪拌樁（SMW工法）、水泥土攪拌連續(xù)墻（TRD工法）、超大型環(huán)形支撐體系、十字鋼支撐雙向復加預應力技術(shù)、混凝土支撐的繩（鏈）鋸切割法、錨桿的回收 技術(shù)等。

1、地下連續(xù)墻成槽機械和工藝

常用的成槽機械——

銑削式成槽機——最大成槽深度可達150m，墻體厚度可達2.5m。

槽壁穩(wěn)定——

粉土、粉砂土等易坍塌土層的技術(shù)措施：

① “夾心”地下連續(xù)墻（水泥土攪拌樁保護槽壁）；

② 改良泥漿性能。

2、灌注樁施工新技術(shù)

1）旋挖鉆孔灌注樁

旋挖成孔：通過桶狀斗式鉆頭回轉(zhuǎn)切削土體。

裝土外運：直接將土裝入鉆斗，提升卸土。

泥漿護壁：易坍塌土層——采用靜態(tài)泥漿護壁泥漿排量僅傳統(tǒng)工藝的1/4~1/5）；

不易坍塌土層——可采用干式或清水鉆進工藝（無需泥漿護壁）。

2）鉆孔咬合灌注樁：由間隔布置的混凝土素樁和配筋樁相互咬合，形成的 “樁墻”。

咬合方法——旋挖鉆機成孔、沖抓鉆成孔、全套管成孔等。

性能——與間隔式灌注樁排樁相比：截水性能良好、不需附加的截水帷幕。

與地下連續(xù)墻相比：功能基本相同，但施工簡便、造價低廉。

素樁和配筋樁——

素樁的混凝土：（超緩凝）初凝時間不小于40~70h；3d強度不大于3MPa；8d強度不小于C15。

配筋灌注樁：素樁混凝土初凝階段施工，咬合素樁。

全套管成孔——適用：除用于咬合樁外，還可用于：淤泥、流砂、地下水富集等不良地層；城市建筑物密集或有地下障礙的地區(qū)。

3、型鋼水泥土攪拌墻施工工藝

1）多軸柱列式水泥土攪拌墻：SMW工法（Soil Mixing Wall）

攪拌樁施工機械：三軸（四軸或五軸）攪拌樁機械；樁徑650~1000mm，最大深度可達60m。

型鋼拔出機械：液壓式拔樁機

關(guān)于水泥土水灰比的討論：我國規(guī)范建議水泥摻量高達20%左右；水灰比為1.5~2.0，砂礫土中為1.2~2.0。

高水灰比的必要性？

不必要——對水泥土強度并無益處；大量原土被置換，施工中難以實現(xiàn)（實際施工中往往出現(xiàn)涌土時便停止注漿）；置換排出的土為水泥含量較高的廢土，造成污染。

基于水泥土強度0.5MPa可滿足要求的前提，

建議——水泥摻量取15%~18%； 水灰比取0.8~1.0。改用震動插入型鋼的方法。

日本有關(guān)資料：水泥摻量15%左右，水灰比0.8~1.0之間。

型鋼插入：

型鋼插入時間？

規(guī)范規(guī)定：水泥土攪拌后30min內(nèi)插入；

工程經(jīng)驗；水泥土攪拌后1~2h內(nèi)插入，并無影響。

振動插入對型鋼與水泥土的粘結(jié)力的影響？

在攪拌樁施工后1~2h內(nèi)（水泥初凝前），振動插入型鋼不會影響粘結(jié)力。

2）水泥土攪拌連續(xù)墻：日本稱TRD工法（Trench Cutting Re-mixing Deep Wall）

特點——與多軸柱列式水泥土攪拌墻相比：成墻連續(xù)；表面平整；深度大。

攪拌連續(xù)墻施工機械——

成墻：采用鏈鋸式攪拌刀具；

成墻深：刀具用銷栓連接，深度可達數(shù)十米；

高度?。?/strong>整體高低僅10m左右。

施工工藝——主機所帶的鏈鋸式攪拌刀具沉入地基土中并沿刀架移動，作往復運動，并在深度方向灌入水泥漿液，與土體攪拌、混合成墻。

四、逆作法和利用“時空效應”的開挖技術(shù)

1、地下結(jié)構(gòu)的逆作法建造

逆作法——地下工程由上向下施工的方法。

特別適用：超深地下結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護要求高。

優(yōu)點——

①以主體結(jié)構(gòu)作為“支撐”，剛度大，基坑變形較??；

②無需支撐，大大節(jié)約資源、降低能耗；

③可實現(xiàn)上、下結(jié)構(gòu)同步施工，不同程度縮短工期；

④地下結(jié)構(gòu)頂板較早形成，施工現(xiàn)場布置方便。

逆作的幾種方法——

1)上下結(jié)構(gòu)是否同步施工

2）平面區(qū)域是否全部逆作施工

3）頂板以下結(jié)構(gòu)是否采用逆作

4）圍護結(jié)構(gòu)是否兼作主體結(jié)構(gòu)外墻

逆作法的土方開挖——

2、軟土地區(qū)利用“時空效應”的開挖技術(shù)

軟土地區(qū)土的特點——含水率高、強度低，在開挖時有很大的流變性。開挖易引起基坑過大變形，甚至危及周邊環(huán)境。

基坑工程的“時空效應”——基坑支護結(jié)構(gòu)的變形和周邊地層的變形：隨時間推移而發(fā)展；因開挖的空間尺度、坑底暴露面積而不同。這在軟土地基的條件下尤為突出。

利用“時空效應”的開挖技術(shù)——“分層、分塊、對稱、平衡、限時”。超大深基坑中，分塊開挖是最基本的措施。

分塊開挖典型方式之一 ——超長線性基坑

采用分段分層開挖方法，及時設置支撐、施工墊層。

在前區(qū)段的基礎底板完成后進行后續(xù)區(qū)段的開挖。形成線性的流水作業(yè)。

分塊開挖典型方式之二——無內(nèi)支撐的大面積基坑

利用后澆帶進行分塊施工，在前一區(qū)塊基礎底板施工完成后進行后一區(qū)塊的土方開挖。

各塊之間可采用跳倉施工法以加快進度。

分塊開挖典型方式之三——大面積采用內(nèi)支撐的深基坑

采用分層盆式開挖或分層島式開挖的方式。

分層盆式開挖示例

分層盆式開挖示例——豎向分層盆式開挖

分層盆式開挖示例——平面分塊開挖

五、結(jié)語

我國基坑工程的新技術(shù)、新工藝、新設備不斷涌現(xiàn)。

地下工程規(guī)模將向大面積、超深度方向發(fā)展——需要基坑工程技術(shù)的不斷提升和創(chuàng)新。

基坑工程地域性、復雜性、綜合性和不可預見性的特點——需要在設計與施工中給予加倍重視和精心。

來源：豆丁施工。