戏说围护结构设计

戏说围护结构设计〔转贴〕 总结围护结构设计，我实在不够资格，原因有二：第一，我既不是学地下结构的，也不是学岩土的，列位大虾中有不少是“关公”级的人物，我在这儿耍大刀岂不贻笑大方；第二，我做围护结构设计不过4年，工程实践经验实在比不上很多老前辈。所以用“戏说”。 但为了让更年轻的同志少走弯路，我就恬着脸写点东西，全当科普读物。另外，我写的未必全对，有不对的地方请大家指正。 我刚才说了，我围护结构工程经验不多，记得我是从2000年开始接触围护结构设计的，开始是南京的挡土墙，后来是北京的桩锚支护，到2002年接触上海的板式内支撑体系，包括地下连续墙、SMW工法桩，以及2003年接触杭州的钻孔咬合桩。从我接触围护结构这4年里，我个人认为，有四个基本问题是在设计中要搞清楚。 第一：水土问题（也就是工程水文地质情况）。 水土问题不仅是围护结构选型的因素，同时也是确定围护结构侧壁压力的依据。 土的性质和水有非常大的关系。如：含水饱和的粉砂、细砂很容易失稳；而粘性土一旦失去水份，其强度又会很高（例如上海的⑥层土，我桌子上有一块，有兴趣可以去摸摸看）。对于围护结构来说，土中有没有水，对围护结构的选形和设计起重要作用。例如，北京城铁东直门站采用桩锚式支护，桩径1m、间距1.4m，桩间采用钢筋网喷射混凝土。反之，如果地下水位较高，则应考虑采用止水能力强的围护结构形式。象地下水位较高的南京、上海、杭州、天津等地，其围护结构的选择就受到水的因素制约。 但同是地下水位较高的地区，土层条件不同，围护结构的选型范围又有较大出入。如，杭州地区基坑围护可以采用桩锚体系（类似北京）结合轻形井点降水或围护结构自止水实现。而在上海地区，锚杆就很难实施，原因是上海土层较软，能够起作用的锚杆需要打得很长，基坑变形难以控制。听吴老总讲起广州有个李限奎发明了用斜打的工法桩代替锚杆的方法，据说变形还是很大。 在整个基坑开挖过程中，基坑内外的水总是在变化的，既有有利于围护结构的变化，又可能发生不利的变化。根据杭州围护结构专家的说法，围护结构无论采用何种形式，基坑开挖后，基坑外的地下水位均会有不同程度的降低，上海南站施工监测的结果也证实了这种说法。实际上，基坑周遍有条件的话，降低坑外土体内水位是改善围护结构受力条件的好方法。当然，水的变化也可能导致不利的情况出现，如：暴雨、洪水或坑外埋设的水管因土体变形导致的爆裂等等。因此设计中应对地下水的情况予以充分考虑，要认清水是怎么形成的？是上层滞水还是承压水？这都是设计前应该搞清楚的问题。 关于承压水的问题，我想多提两句。我参加过几次地铁基坑围护结构评审（杭州、上海），首要问题往往就是承压水问题。上海南站基坑开挖过程中发生了一次小事故，给我敲了警钟。 我们南锦区间4区局部有一个区间泵房，区间深15.6m，泵房深17.92m，开挖整区间时基底没有出现问题，再挖0.5m即出现涌砂现象。经过紧急处理，情况很快控制住了。为了搞清原因，我们进行了分析。根据地质报告，该段基底以下5.5m处⑤21灰色砂质粉土为弱承压水层，弱承压水头高度在13.2m左右，开挖基坑后，应有至少有8m厚的隔水层才能满足基坑抗承压水的要求。该段区间基底位于④1灰色淤泥质粘土层，局部泵房底距⑤21层顶仅2.3m。可能由于该段基坑均采用了注浆加固措施，因此开挖至区间底部没有发生问题，但开挖局部泵房时，由于隔水层太薄，导致涌砂现象出现。在此前，我也怀疑是此处的一个钻孔回填没有处理好，导致深层可能存在承压水的⑦层土与⑤21层土沟通造成涌砂出现，但从涌砂的点状分布看，排除了钻孔造成的涌砂的可能性。 因此，水的问题是威胁基坑安全的重要因素，应引起年轻弟兄们的足够重视。 第二、围护结构安全等级的确定。 必须深入了解基坑周边情况，包括管线、房屋、构筑物等，以确定基坑安全等级，也是确定围护结构的形式的依据之一。王总已经几次提醒我们，不要把基坑等级定的太高，应该根据周边建筑物、构筑物及管线的情况，有针对性的确定安全等级，以及围护结构的形式。而我们往往为了省事，本来局部是一级、大部可定成二级的基坑，统统定成一级。这次M7线围护结构总体院的会审期间也提到这个问题。 地铁基坑保护等级标准表（上海） 保护等级 地面最大沉降量及围护结构水平级位移控制要求 一级 1.地面最大沉降量≤0.1%H；2.围护结构最大水平位移≤0.14%H；3.Ks≥1.8 二级 1.地面最大沉降量≤0.2%H；2.围护结构最大水平位移≤0.3%H；3. Ks≥1.6 三级 1.地面最大沉降量控制在≤0.5%H2.围护结构最大水平位移≤0.7%H；3.Ks≥1.4 从表中可以看出，不同的等级变形控制值是不同的（注意不同的地区，基坑的安全等级的划分也有可能不同，上表即是《上海地铁基坑工程施工规范》（SZ-08-2000）的划分方法，而《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）与之不同）。基坑等级定高，可能导致基坑变形对围护结构的刚度要求提高、围护结构加深、支撑增加道数，另外可能还要增加坑底加固措施等等，实际上是增加了投资。 关于围护结构的深度，我