近年來我國深基坑工程技術(shù)的新進(jìn)展(一)

1、近年來我國深基坑工程技術(shù)的新進(jìn)展 一 摘要：近 20 年來，我國各大中城市萬幢高樓拔地而起， 10 層以上的建筑物已逾 1 億平方米； 其中高度超過 100m 的建筑物已有約 200 座。上海金茂大廈高 420.5m ，深圳地王大廈高 325m， 廣州中天大廈高 322m ，它們躋身于當(dāng)今世界 20 座超級巨廈之列，令人矚目。同時，這些 已建和在建的高樓超高大樓，其基坑深度已逐漸由6m、8m開展至10m、20m以上。伴隨著這些工程大實施，深基坑工程的設(shè)計施工技術(shù)已取得了長足進(jìn)步。關(guān)鍵詞：深基坑新進(jìn)展深基坑工程在國外稱為 深開挖工程DeepExcavation，這比稱之為 深基坑"更適

2、宜。因為 為了設(shè)置建筑物的地下室需開挖深基坑， 這只是深基坑開挖的一種類型。 深開挖還包括為了 埋設(shè)各種地下設(shè)施而必須進(jìn)行的深層開挖。 深基坑工程問題在我國隨著城市建設(shè)的迅猛開展 而出現(xiàn)，并且曾造成人們困惑的一個技術(shù)熱點和難點。城市中深基坑工程常處于密集的既有建筑物、 道路橋梁、 地下管線、 地鐵隧道或人防工程的 近旁，雖屬臨時性工程， 但其技術(shù)復(fù)雜性卻遠(yuǎn)甚于永久性的根底結(jié)構(gòu)或上部結(jié)構(gòu)， 稍有不慎， 不僅將危及基坑本身平安， 而且會殃及臨近的建構(gòu)筑物、 道路橋梁和各種地下設(shè)施， 造成巨 大損失。 從另一方面講， 深基坑工程設(shè)計需以開挖施工時的諸多技術(shù)參數(shù)為依據(jù)，但開挖施工過程中往往會引起支護(hù)結(jié)

3、構(gòu)內(nèi)力和位移以及基坑內(nèi)外土體變形發(fā)生種種意外變化，傳統(tǒng)的設(shè)計方法難以事先設(shè)定或事后處理。有鑒于此，人們不斷總結(jié)實踐經(jīng)驗，針對深基坑工程， 萌發(fā)了信息化設(shè)計和動態(tài)設(shè)計的新思想，結(jié)合施工監(jiān)測、信息反應(yīng)、臨界報警、應(yīng)變或應(yīng) 急措施設(shè)計等一系列理論和技術(shù)，制定相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、平安等級、計算圖式、計算方法 等。1 百花齊放的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型 經(jīng)過工程實踐的篩選，形成了適合于不同地質(zhì)條件和基坑深度的經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。 水泥土攪拌樁和土釘墻是我國目前的 5m 以內(nèi)，后者乃至 10m 以內(nèi)首選的支護(hù)形式，土層 條件好時， 15m 左右基坑亦經(jīng)常使用。前者既能擋土又能擋水，后者較多地應(yīng)用于地下水 位較低或

4、者地下水位能夠被疏干降低的場區(qū)。 水泥土攪拌樁有好幾種布置型式： 實體式、 空 腹式、格構(gòu)式、拱型或拱型加鉆孔灌注樁，既可以漿噴也可以粉噴。土釘墻可以單獨(dú)使用， 也可以與其它支護(hù)型式聯(lián)合使用。對于 5-10m 深軟土基坑，常采用鉆沖、挖孔樁、沉管灌注樁或鋼筋砼預(yù)制樁等，并可 作各種布置， 如需防滲止水時， 那么輔之以水泥土攪拌樁、 化學(xué)灌漿或高壓注漿形成止水帷幕， 有時亦用鋼板樁或 H 型鋼樁。當(dāng)基坑深度大于10m時，可考慮采用地下連續(xù)墻，或SMW工法連續(xù)墻，并根據(jù)需要設(shè)置支撐或錨桿。遇特殊結(jié)構(gòu)物如地鐵盾構(gòu)的工作井、排水泵站、取水構(gòu)筑物等那么采用沉井或沉箱。在建 筑物基坑中也有用沉箱的。 上述

5、基坑支護(hù)體系選型完全是在近二十年中在大量的工程實踐中 逐漸形成的。 它與國外及港臺地區(qū)常傾向于采用地下連續(xù)墻有所不同。誠然， 地下連續(xù)墻的優(yōu)越性早已為世界公認(rèn)。 在大深度基坑和復(fù)雜的工程環(huán)境下非它莫屬。唯其造價較高， 需綜合考慮。迄今為止，上海已在高層建筑和地鐵車站等數(shù)十項工程中應(yīng)用地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)，廣州、 北京、深圳、天津、福州、杭州等地都在應(yīng)用中取得了良好效果。為了提高經(jīng)濟(jì)效益，地下 連續(xù)墻有時兼作地下室外墻，甚至可作為主體結(jié)構(gòu)的承重墻，同時承受豎向與水平向荷載。 當(dāng)今中華第一高樓上海金茂大廈地上 88 層，地下 3 層以及天津的金皇大廈地上 47 層，地下 3 層等都是按地下連續(xù)墻兼作

6、上部結(jié)構(gòu)承重墻設(shè)計的。SMW 工法連續(xù)墻在近年應(yīng)用以來，普遍認(rèn)為其性能良好，造價適宜。但我國尚缺乏自制的 能用于大深度的專用機(jī)械。武漢、上海已從日本引進(jìn) SMW 工法專用機(jī)械，正在推廣使用。在此根底上研制了減磨擦劑，能將加勁鋼材拔出后重復(fù)利用，更可以降低造價。2 逆作法施工技術(shù) 最早的逆作法施工技術(shù)應(yīng)用于上海電信大樓地下 3 層，其后如上海特種根底科研樓地 下2層、上海人民廣場地下變電站基坑深23.8m，直徑64m，為我國最大直徑圓筒形地下連續(xù)墻、上海延安東路隧道 1號風(fēng)塔、 福州世界金龍大廈 地下 3層、上海恒積大廈地 下 4 層、天津紫金花園商住樓地下 3 層、北京地鐵大北窯車站、上海地鐵

7、黃陂路車站、 陜西路車站、常熟路車站等，均以地下連續(xù)墻為擋土墻兼作地下室外墻，采用逆作法施工。 也有因地制宜而采用 “半逆作法 施工者，如天津勸業(yè)場新大廈等先明挖一局部土方 。 此外， 還有以鉆孔樁作為擋墻而采用逆作法施工的工程，例如：北京地鐵永安里車站、 撫順賓館地下 2 層、石家莊站前地下商場 2 層、哈爾濱奮斗路地下商業(yè)街 2 層等。 逆作法施工可縮短基坑開挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)大面積暴露的時間，改善支護(hù)結(jié)構(gòu)受力性能， 使其剛度大為增強(qiáng)，節(jié)省支撐或錨桿的費(fèi)用，使支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及對相鄰建筑物的影響大為減少， 從而使總造價降低，一舉多得，是一種先進(jìn)的施工作業(yè)方法。3 一些新的支護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)試用取得成功例如

8、： “閉合或非閉合擋土拱圈 、 “拱形水泥土槽壁結(jié)構(gòu) 、 “連拱式支護(hù)結(jié)構(gòu) 、“樁 拱圍護(hù)體系 等?！伴]合擋土拱圈 用鋼筋砼就地灌筑， 適合于基坑周邊場地允許擋墻在水平向起拱之處。 拱圈 矢高f>0.12L 基坑邊長。拱圈可由幾條二次曲線組成曲線不連續(xù)，也可以是一個完整的橢圓或蛋形拱圈曲線連續(xù) 。作用在拱圈上的土壓力大局部在拱圈內(nèi)自身平衡?！伴]合擋土拱圈 不需要深入至基坑底面以下， 也不需要從地面按基坑全深度配置。 它可以在 坑底以上至地面以下某一高度內(nèi)配置，并可分假設(shè)干道施工，每道高2m 左右。當(dāng)基坑周邊局部因場地限制而不能采用閉合拱圈時， 可采用 “非閉合拱圈 ，而局部采用排樁或其他

9、支護(hù)結(jié) 構(gòu)，組成混合型支護(hù)體系。采用 “閉合或“非閉合 拱圈，需注意驗算整體滑移和坑底隆起。 拱圈有時尚需采用水泥土攪拌樁或化學(xué)灌漿等方法形成止水帷幕。但即使如此， 其造價仍低于一般的樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。已在廣州、珠海、深圳等地612m深基坑中應(yīng)用，比一般樁墻結(jié)構(gòu)降低造價約 50%.4 支撐體系出現(xiàn)了多種型式目前常用的支撐體系按其受力性能和形狀大致可分為： 單跨壓桿式、 多跨壓桿式、 雙向多跨 壓桿式、水平桁架式、水平框架式、豎向斜撐、平面斜角撐、井字撐與斜角撐結(jié)合、大直徑 環(huán)梁與輻射狀支撐相結(jié)合，或與周邊桁架相結(jié)合等；同時可充分發(fā)揮圓形、橢圓形、拋物線形和拱桿的力學(xué)性能， 從中采用其中一種或多種形

10、狀相結(jié)合的形式。 支撐體系出現(xiàn)了多種型 式，可根據(jù)不同的基坑形狀、平面尺寸、開挖深度、施工方法等需要，靈活地進(jìn)行設(shè)計。 上海虹橋萬都大廈多邊形基坑采用直徑 92.3m 的環(huán)梁與周邊框架相結(jié)合的支撐體系，是迄 今國內(nèi)最大的環(huán)形支撐體系。 此類體系能將不均勻的徑向土、 水壓力轉(zhuǎn)化為環(huán)向壓應(yīng)力， 使 支護(hù)結(jié)構(gòu)處于最正確受力狀況， 在限制土體變形方面也能獲得最正確效果。 為防止整個體系向上 拱起而失穩(wěn)，將整個體系設(shè)計成鍋底形， 使環(huán)梁的標(biāo)上下于坑周圈梁。 同時，對支撐體系的 溫度應(yīng)力不能無視。5 錨桿技術(shù) 錨桿技術(shù)以其能為基坑開挖提供較廣闊的空間優(yōu)勢，在我國從北到南相繼獲得應(yīng)用。 自早年北京地鐵西直門

11、車站、 北京京廣闊廈等及上海太平洋大飯店、 上海展覽中心北館等分 別在北京粉細(xì)中砂地層和上海飽和軟粘土地層作了系統(tǒng)的測試研究后，各地對其施工工藝、 材料選用， 乃至拔除方法等又分別作了深入研究。 上海、 天津先后提出了二次注漿技術(shù)、干 成孔注漿技術(shù)等，有利于在飽和軟土中推廣應(yīng)用。近年施工有許多成功的實例。目前錨桿施工工藝領(lǐng)先于其設(shè)計理論。 但因施工不當(dāng)， 在東北等地曾發(fā)生了假設(shè)干起嚴(yán)重事故，應(yīng)予重視。6 土體的加固 對軟土基坑，特別是深大而周圍環(huán)境條件嚴(yán)峻的基坑，在基坑內(nèi)外一定范圍進(jìn)行土體加固， 可取得防止隆起、穩(wěn)定坑壁、減少位移、保護(hù)環(huán)境的良好效果。工程界已普遍認(rèn)識到， 基坑支護(hù)設(shè)計應(yīng)是支擋結(jié)構(gòu)、 支撐錨拉體系及土體加固三項技術(shù)綜合 運(yùn)用，方可到達(dá)平安、經(jīng)濟(jì)的目的。土體加固除利