深基坑工程设计与施工相关问题分析及建议

曾梅

摘要：深基坑工程是一个复杂的动态系统工程。它需要面对的岩土工程条件、环境条件、施工条件存在着诸多不确定性、多元性和时域性。本文从基坑工程设计与施工的基本原则、过程控制、相关问题分析和建议进行了全面的概述。

关键词： 深基坑 设计 施工

中图分类号：TE42 文献标识码：A

前言：

深基坑工程是一个复杂的动态系统工程。它需要面对的岩土工程条件、环境条件、施工条件存在着诸多不确定性、多元性和时域性，如岩土材料的非均匀性、各向异性，外力和环境条件的不确定性、可变性。在工程实践中，存在着一方面实践超前于理论，另一方面理论又不能正确反映实际的施工过程和环境效应的问题。

一、深基坑工程设计与施工的基本原则

（1）对地质条件和周边环境进行充分考察，根据周边环境的要求制定出经济合理的支护方案，并据此提出支护结构的水平位移和邻近地层的垂直沉降标准；

（2）基坑设计阶段，要根据基坑所在场地的工程地质报告、土工试验结果、原位标贯试验结果、土层含水量、区域地层参数的取值经验等综合选取；

（3）在分析支护结构受力和变形时，应充分考虑施工的每一阶段支护结构体系和外面荷载的变化，同时要考虑施工工艺的变化，挖土次序和位置的变化，支撑和留土时间的变化等；

（4）基坑设计人员应充分认识到在基坑施工过程中还会遇到很多设计阶段难以预测到的问题，因此，设计人员应密切和施工人员联系，全面把握施工进展状况，及时处理施工中遇到的意外情况；

（5）基坑施工过程中应该制定完备的监测方案，监测结果应及时总结，一旦发现问题应及时与设计施工等方面及时反映，以便分析异常原因，及时提出解决方法；

（6）基坑工程的施工必须完全按照设计文件的要求去做，需要变更施工工艺和施工顺序应提前向设计人员提出，设计人员重新计算分析许可后方可进行变更。

二、深基坑工程设计与施工过程控制

在深基坑工程设计和施工中，采用深基坑动态设计与信息化施工技术。

由于深基坑工程事故的风险性、临时性和多样性，近些年来，许多城市的软土深基坑工程产生了大大小小的事故。由于深基坑工程事故发生原因复杂，引发事故的因素多种多样，如地质条件、水文地质条件、相邻建筑物结构、基坑周围管网分布，以及深基坑本身的支护方式、地下水处理系统的设计施工问题等等。

要实现深基坑工程事故安全性的完全过程控制是一项复杂系统工程，需要进行精心的设计和施工。分析方法如下：

1、制定控制目标：深基坑工程事故过程控制的控制目标，就是在深基坑工程开挖和地下结构施工过程中及土方回填之前，为深基坑开挖和基础施工提供稳定的工作空间和可靠安全的保障，不发生影响施工工期和施工进度的过大变形、基坑隆起、水土流失和整体失稳破坏等情况，应当针对特定的深基坑工程的工程地质、水文地质条件，确定不同深基坑的控制目标，从支护结构挡土稳定性，地下水处理系统止水效果等多个角度来综合考虑，根据所确定的控制目标来进行控制方案的实施。

2、选择监测项目：针对深基坑工程特点确定的预防深基坑工程事故的控制目标，需要选择监测参数来控制深基坑工程的施工过程，实施相应的控制方案。对于深基坑工程事故预警作用的监测项目主要包括两方面：一方面是深基坑工程自身的支护结构稳定和安全；另一方面是基坑周围环境，包括周围建（构）筑物、道路及地下管线的安全与正常使用，同时深基坑工程监测项目选择同基坑工程等级，现场条件及基础等级有关，如建筑地基基础设计规范（GB5007-2002）规定，见下表：

根据地基基础等级确定的深基坑监测项目表

注：√为必测项目；△为宜测项目

根据基坑工程等级确定的深基坑监测项目表

注：√为必测项目；○为选测项目

3、确定控制方案：深基坑工程的过程控制方案应当考虑到工程实践中，深基坑工程事故的设计、施工及监测原因占主要部分的统计情况，针对设计、施工及监测过程控制方案，控制方案的确定原则如下：

①深基坑工程支护结构设计参数选取合适，各种荷载取值得当，考虑周全。对土压力、水压力、施工荷载、地面超载、支撑预应力、结构自重以及周围建筑物和温度变化引起的荷载均要考虑周全，对于土压力考虑位移模式、分清静止土压力，主动土压力和被动土压力的取值，对于水压力，水土合算采用总应力强度指标，水土分算采用有效应力强度指标，渗透情况下采用动水压力计算等等。

②深基坑工程支护方案确定因地制宜，采用概念设计指导。对于具体工程，根据地质情况和基坑工程特点，可选用的基坑支护类型有很多种，要综合考虑基坑自身情况如开挖深度、平面形状和尺寸、场地条件水文地质和工程地质条件、周围建筑环境保护要求、建筑物重要程度、地下管线的限制要求等精心设计基坑围护方案和撑锚方案。

③深基坑支护结构根据不同支护类型进行承载能力、变形、稳定性计算。常用的围护结构计算有：桩土共同作用分析、水土侧压计算、水平支点力计算、支护结构的嵌固分析、对于桩墙结构的内力变形计算。对于三级基坑，地层较稳定、周围环境较简单的二级基坑，一般可采用极限平衡法计算。深基坑支护结构的稳定性计算是深基坑支护结构设计的主要组成，基坑稳定性验算包括边坡稳定计算、基坑坑底抗隆起稳定计算、整体稳定性验算、管涌验算，坑底渗流量稳定验算、承压水稳定验算。基坑开挖后回弹和抗降起验算可以采用实用计算法、经验公式法、有限单元法计算。

④围护结构的施工中应严格按照各种型式支护结构施工的工艺流程进行。

⑤深基坑施工中的监测：根据控制方案中设定的监测项目进行综合监测，并对监测结果进行整理分析，比较勘察设计所预期的岩土性状同监测结果差别，定量分析与评价、及时进行险情预报，提出合理化措施和建议。

⑥深基坑工程的事故处理：当深基坑工程监测项目的监测结果超过预警限制，要及时进行事故病害处理，查明导致监测结果偏大，产生病害事故的原因，判断发展的状况和动态，正确制定处理方案，迅速组织力量进行处理技术，避免失去时机，酿成更严重的后果。处理措施要概念清晰，方法正确、迅速有效，尽量减少事故损失。

三、深基坑设计与施工相关问题分析及建议

深基坑设计与施工中，主要针对淤泥质黏土、软土和填土等特殊性岩土中遇到的的相关问题分析及建议：

（1）淤泥质黏土的深基坑支护设计上，由于淤泥质黏土层的含水量一般在40%～50%左右、孔隙比一般在1.2～1.6之间，土层的压缩性高，抗剪强度较低。在淤泥质黏土的深基坑支护设计中，设计人员一定要注意挖掘机械的应用，以及施工人员的具体操作流程等实际问题，并要在设计方案中分别制定出有针对性的解决措施与方法。淤泥质黏土层开挖深度普遍要求小于6 m，也可以根据工程项目实际需求而有所增加，但是要尽量控制在6 m-10m之间，如果超出这个深度数值，就难以保证深基坑施工的安全。

（2）软土的深基坑支护设计上，由于软土的成分主要为:深灰色淤泥质黏土、砂质黏土、粉质黏土等。软土分布较广地区的年均降水普遍较大，而且常年处于较高的温度，因此，在软土的深基坑支护设计中一定要特别注意这一问题。近年来，国内对于软土的深基坑支护设计，主要采取悬壁式、单支点及多支点式、圆筒式等支护结构，各种支护结构都有其显著的特点，并被广泛应用于软土地质条件的深基坑项目施工中。由于软土的性质偏软，因此在深基坑支护设计中一定要考虑到深基坑的整体硬度和强度，对于部分土层较软的部分，还要进行必要的加固设计，确保深基坑施工中的安全性与稳定性。

（3）填土的深基坑支护设计上，目前填土的深基坑支护设计是国内较为常见的地质条件之一，具有较强代表性与典型性。填土层的地下水主要有三层，即上层滞水、潜水和承压水。上层滞水埋藏于粘质粉土层、粉土、填土中;潜水埋藏于砂卵石层中;承压水也埋藏在砂卵石层中。在制定填土的深基坑支护设计方案时，一定要特别注意深基坑施工中对于地下水系统的破坏，还要充分考虑到由于地下水的流动与冲刷对支护系统的腐蚀，要采取有效的措施排除深基坑中的存水量，确保深基坑施工中施工人员的安全，以及机械设备的稳定。

参考文献： [1]刘国彬,王卫东主编.  基坑工程手册（第二版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2009 .[2]建筑基坑工程监测技术规范 GB50497-2009[S]. 北京：中国计划出版社，2009 .[3]龚晓南主编.  深基坑工程设计施工手册 [M]. 北京：中国建筑工业出版社，1998 .[4] 林鸣，徐伟主编.  深基坑工程信息化施工技术 [M]. 北京：中国建筑工业出版社，2006 .

[5]滕春生.深基坑支护技术在工程中的应用[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2008.

[6] 孙加保.高层建筑施工[M].化学工业出版社，2005（2）.