淺談基坑支護以及地下連續墻加錨桿支護在工程中的應用

周恒

隨著我國城市化的進行和基礎設施領域的不斷發展，城市的數量、人口和規模都有了巨大增長，高層、超高層建筑物的數量越來越多。同時，公共交通網絡也越來越密集，這種現象在一線城市中尤其顯著。目前大多數基坑工程周圍，既有建筑、地下管線、道路橋梁、地鐵隧道或人防工程相對密集，基坑施工對周圍環境影響較大。雖然基坑工程屬于臨時性工程，但是相比于永久性的基礎結構或上部結構，基坑工程更加復雜、難度更大。稍有不慎，不但基坑工程的自身安全受到影響，而且會危及周圍環境(相鄰建筑和地下公共設施等)的安全，極易造成群死群傷的工程事故。隨著基坑開挖的越來越深、面積也越來越大，基坑周圍環境的安全對工程的要求越來越高，這對基坑支護結構的設計和施工工作提出了更高要求?；庸こ掏L險性很大，如何對其采取有效的支護措施以保障工程的安全施工及周圍環境的安全是業內普遍關注的問題。    

基坑工程主要包括基坑支護體系設計與施工和土方開挖，是一項綜合性很強的系統工程，不僅涉及到基坑支護結構與土體的相互作用問題，還涉及到強度、變形與穩定問題?；庸こ淌窃诨A設計位置按基底標高和基礎平面尺寸向下開挖一個土坑，四周要設置圍護支撐結構以保證基坑的安全。圍護結構起到擋土、擋水的作用，一般是由有一定嵌固深度的板(樁)墻構成的;支撐結構分為內支撐式和拉錨式，其作用是為了改善圍護結構的受力形式，減小圍護結構的變形。    

基坑支護體系的設計與施工，不僅要保證基坑自身在土方開挖時的安全，還要嚴格控制支護結構和基坑內外土體在施工過程中的變形，以保障周圍環境的安全，與此同時，還要在滿足以上安全要求的前提下控制工程造價。因此，目前基坑支護體系的設計與施工目標就是保證其在施工過程中的安全、經濟。目前，基坑工程設計階段尚且存在一些問題。首先，選用合理適用的支護結構型式是確?；庸こ淌┕ぐ踩?、經濟以及基坑周圍環境(相鄰建筑和地下公共設施等)安全的首要條件?；庸こ讨ёo的方式多種多樣，每種支護方式都有其優缺點和適用范圍。我們應當根據基坑工程的實際需要，綜合考慮支護結構的強度、剛度和整體穩定性等因素，選擇既安全又經濟的支護方式。其次，目前許多設計單位為了保證基坑工程施工安全，盲目的提高安全系數，設計過于保守。導致圍護結構強度過高、嵌固深度過大、錨桿或內支撐設置過多等，造成了許多不必要的浪費并且增加了施工難度。

目前，基坑工程所處環境日趨復雜，周圍環境對基坑的變形控制要求越來越高。我們面臨的問題是:一方面，我們要綜合考慮基坑工程的具體要求和各種支護方式的適用條件，選擇最優的支護形式;另一方面，我們要在確定支護方式的基礎上，對支護結構的設計參數進行優化，做到安全經濟、物盡其用。

作為一個結構體系，基坑工程的支護結構應當滿足穩定和變形的要求，即《建筑基坑支護技術規程》中所規定的兩種極限狀態(承載能力極限狀態和正常使用極限狀態)的要求。對基坑支護結構來說，承載能力極限狀態就是指支護結構的斷裂、倒塌、滑移或周圍環境(相鄰建筑和地下公共設施等)的破壞，支護結構發生較大范圍的失穩破壞。出現這種破壞后果極其嚴重，易造成重大的人員傷亡和財產損失等。因此，一般的設計要求是不允許出現承載能力極限狀態的。所謂正常使用極限狀態，對基坑工程來說就是由于基坑開挖而引起周圍土體產生的變形或是支護結構自身產生的變形過大，影響了支護結構的正常使用，但未產生整體失穩。因此，相對于承載能力極限狀態，基坑支護結構的設計要有一定的安全儲備，以保障支護結構不會出現承載能力極限狀態。在保證支護結構不出現承載能力極限狀態的前提下，還要最大可能的控制支護結構和基坑內外土體的變形，以免影響周圍環境(相鄰建筑和地下公共設施等)的安全及正常使用。

選擇合理的支護型式是基坑工程取得成功的至關重要的一步，一方面我們要了解各種支護型式的特點，包括其合理性，優點和缺點;另一方面要結合地質條件和工程造價進行綜合考慮。隨著施工經驗的不斷積累，基坑的支護形式也變得多種多樣，目前主要分為以下幾種：(1) 鉆孔灌注樁支護；(2)鋼板樁支護；(3)深層攪拌樁支護；(4)排樁支護；(5)地下連續墻支護；(6)土釘墻支護；(7)錨桿支護；(8)內支撐支護。

對于寬度和深度較大的基坑，若單一使用懸臂式支護結構，要保證支護結構的剛度和強度，則必須要增大支護結構的嵌固深度和截面厚度，這必然會增加工程造價和施工難度;若采用懸臂式加內支撐支護結構，雖然可以在較小的結構尺寸的條件下有效地控制結構變形，但由于施工工序繁瑣，也會延長工期和增加工程造價。因而，單一采用懸臂式支護結構或采用懸臂加內支撐支護結構顯得越來越不經濟合理，甚至于越來越不可行。而采用懸臂加錨桿組合式支護結構，可明顯減小結構尺寸、降低工程造價縮短工程工期。

   懸臂加錨桿組合式支護結構可分為兩種:樁錨式支護結構和墻錨式支護結構。對于樁錨式支護型式，其止水能力較差，需配合止水帷幕才能保證基坑的安全施工;而地下連續墻加錨桿支護結構則不需要其他輔助結構就可保證工程及周圍建筑物的安全。墻錨式支護結構由地下連續墻和預應力錨桿組成，地下連續墻作為圍護結構，起到擋土和擋水的作用。而預應力錨桿作為支撐結構，一方面與地下連續墻協同作用，改善了墻體的受力方式，由懸臂式改為多支點彈性簡支，大大減小了墻體的彎矩，另一方面，預應力錨桿與墻后土體共同作用，地下連續墻受到的水土壓力很大一部分傳遞給了預應力錨桿，預應力錨桿又通過錨固體與周圍土體的摩擦力傳遞到了錨固體周圍的土體中，進而將荷載分散到坑外遠處的穩定土層，充分發揮了土體的自穩能力。

相對而言，墻錨式支護結構整體性好、強度高、剛度大，預應力錨桿的使用能有效地控制墻體和坑外土體的位移，土方開挖過程中支護結構和周圍土體變形小。

地連墻加錨桿支護結構是由地下連續墻和錨桿錨固系統兩部分組成的聯合支護體系，其主要構件有地下連續墻、錨桿(索)、圍擦、支座等。地連墻加錨桿支護在施工過中的施工流程主要為:在基坑開挖之前先在基坑周邊開挖地連墻的導墻，然后進行地連墻施工，隨后進行基坑開挖，在開挖到指定深度時將錨桿打入土體(巖體)進行加固，從而確?；拥姆€定和安全。

地下連續墻加錨桿支護的優點:

   (1)地下連續墻加錨桿支護強度高、剛度大，結構整體性好，能承受較大的水、土壓力。

   (2)對施工場地環境要求較小，可在建筑物和道路管線密集的地區施工，對周圍環境(相鄰建筑和地下公共設施等)影響較小。

   (3)施工時產生的噪音低，振動小，對鄰近地基擾動少。

   (4)可用于逆作法施工。

   (5)相比于地下連續墻加剛支撐體系，地下連續墻加錨桿支護可節省施工場地，方便施工，縮短工期。

   (6)相比于樁錨支護體系，不僅能承擔臨時性擋土結構而且可以作為地下結構的外墻。防滲隔水性能好，可充當止水帷幕。

綜上所述，采用墻錨式支護結構可有效的縮短施工工期，改善施工條件，有良好的經濟效益。因而，墻錨式支護結構在基坑工程中的應用也越來越普遍，目前主要適用于以下幾種情況的基坑工程:

1.尺寸較大的基坑:基坑開挖深度較深時，若采用懸臂式支護結構，必然會使得支護結構厚度(或樁徑等)及嵌固深度大大增加，經濟性較差;若采用內支撐支護，內支撐又不易于架設。而墻錨式支護結構由于錨桿預應力的作用，改善了墻體的受力形式，其墻體位移比懸臂式地下連續墻的小很多，且相比于內支撐支護結構，可大大的節省施工場地，縮短工期。另外，預應力錨桿與周圍土體共同作用，改變了土體原始的結構形式，充分發揮了土體的自穩能力，延緩了坑外土體破壞的過程，大大地提高了支護結構的穩定性。

   2.變形控制要求嚴格的基坑:緊鄰既有建筑物、市政道路、地下管線且垂直開挖的基坑，這些基坑要求嚴格控制坑外土體水平位移及地表沉降，以保障周圍既有建筑和地下管線等的安全及正常使用。由地下連續墻和預應力錨索組成的墻錨支護體系，因其較大的剛度和強度以及預應力的存在可以有效的控制墻體位移和土體沉降，達到保障基坑工程施工安全及周圍環境安全和正常使用的目的。

地下連續墻加錨桿式支護結構是一種復合基坑支護形式，它具有良好的控制圍護結構變形和坑外土體沉降的能力，對于開挖深度和寬度大以及周圍環境安全要求高的基坑，具有很強的實用性。在深基坑中，運用地下連續墻加錨桿復合式支護結構可改善施工條件、縮短尤其在開挖深度大，位移控制嚴格;開挖寬度大、不適合做對撐;周圍地質情環境安全要求很高等情況的基坑，墻錨式支護結構有很大的優勢和推廣價值。