论深基坑的发展探索

曹永红 张春梅 杨志虎

【摘 要】随着我国社会和经济的发展，尤其是寸土寸金的一线大城市，为了高效利用有限土地，向上向下拓展空间，大量高层、超高层建筑以及人防、地铁隧道等大型工程的涌现，必然伴随着深基坑设计、施工技术成为技术探索热点难点问题。本文介绍了深基坑工程的一些发展及探索。

【关键词】深基坑；支护结构；发展探索

1.引言

随着我国社会和经济的发展，尤其是寸土寸金的一线大城市，为了高效利用有限土地，向上向下拓展空间，大量高层、超高层建筑以及人防、地铁隧道等大型工程的涌现，尤其大城市地下设施及管线密集，新项目周边基本都有建筑群体，对深基坑工程的要求越来越高，深基坑工程设计、施工中随之遇到的难题也越来越复杂，迫切需要工程专业技术人员须以更加严格谨慎的工作态度和新的角度去思考深基坑工程这项研究，不断探索新的理论、新的经验或研究方法，去应运到实践中，促进深基坑设计、监测、施工等的发展，为深基坑发展探索提供了宝贵实践经验。

2.深基坑工程的主要特点。

2.1深基坑工程具有较大的风险性。深基坑支护体系一般为临时措施，其荷载、强度、变形、防渗、耐久性等方面的安全储备较小。

2.2深基坑工程具有明显的区域特征。不同区域工程地质和水文地质条件不同，即使同一城市也可能会有较大差异。例如北京市东部与西部地质差异特别大。

2.3深基坑工程是系统工程。深基坑工程主要包括支护体系设计和土方开挖、监测等。土方开挖的施工组织是否合理将对支护体系是否成功具有重要作用。不合理的土方开挖、步骤和速度可能导致主体结构桩基变位、支护结构过大的变形，甚至引起支护体系失稳而导致破坏。

2.4深基坑工程具有环境效应。深基坑开挖势必引起周围地基地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对周围建（构）筑物和地下管线产生影响，严重的将危及其正常使用或安全。大量土方外运也将对交通和弃土点环境产生影响。

3.深基坑支护技术目前的状况。

一线城市的高层建筑基坑具有大、深的特点，挖深一般在15～50m之间，宽度与长度达200m。基坑邻近多有建筑物、道路和管线，施工场地拥挤有限，对安全和环境要求高，深基坑支护结构的选型不再单一，基本上是两种及两种以上的复合形式，并伴随辅助以其他加强安全系数。例如土钉支护尤其是复合土钉支护，在合适的地质条件下有望成为建筑基坑的选型，而逆作法施工目前已日趋成熟，应运更多。

3.1地下连续墙支护。地下连续墙支护是用特制的挖槽机械，在泥浆护壁的情况下开挖一定深度的沟槽，然后吊放钢筋笼，浇筑混凝土。地下连续墙的形状多种多样，一般集挡土、承重、截水和防渗于一体，并兼作地下室外墙。其不足之处是要用专用设备施工，单体施工造价高。对各种地质条件及复杂的施工环境适应能力较强施工不必放坡，不用支撑，国内地下连续墙的深度已达40多米，壁厚1米多。

3.2排桩支护。排桩支护是指队列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻（冲）孔灌注桩，作为主要的挡土结构，其结构形式可分为悬臂支护或单锚杆、多锚杆结构，布桩形式可分为单排或双排布置。悬臂式支护适用于开挖深度不超过10米粘土层不超过8米的砂性土层，以及不超过5米的淤泥质土层。

3.3锚杆或喷锚支护。锚杆与土钉墙支护相似，将锚杆锚入稳定土体中，外端与支护结构连结用以维护基坑稳定的受拉杆件，并施加预应力。支护体喷射混凝土称喷锚支护。锚杆可与排桩、地下连续墙、土钉墙或其他支护结构联合使用。不宜用于有机质土，液限大于50%的粘土层及相对密度小于0.3的砂土。

3.4深层搅拌支护。深层搅拌支护是利用水泥作为固化剂，采用机械搅拌，将固化剂和软土剂强制拌和，使固化剂和软土剂之间产生一系列物理化学反应而逐步硬化，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩墙，作为支护结构适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、素填土等土层，基坑开挖深度不宜大于6m。对有机质土、泥炭质土，宜通过试验确定。

4.深基坑支护技术的发展探索

4.1深基坑支护结构方案优选。

深基坑支护结构的设计与施工和项目工程的上部结构不同，除地基土类别的不同外，地下水位的高低、土的物理力学性质指标以及周围环境条件等，都直接与支护结构的选型有关。支护结构型式选择的合理，就能做到安全可靠、施工顺利、缩短工期，带来可观的经济与社会效益，可见支护结构形式的优化选择是深基坑支护技术发展的必然趋势。为达到方案的最优化，有时根据地层土质的变化、基坑周围环境，也可采用更为灵活的组合支护方案。例如某工程基坑支护体系：基坑边坡整体采用灌注桩、钢管桩的组合桩锚支护体系，一区上部采用土钉墙体系，下部采用多级钢管桩+锚杆支护体系；二区上部采用双排灌注桩+锚杆支护体系，下部采用钢管桩+锚杆支护体系；三区上部采用单排灌注桩+锚杆支护体系，下部采用钢管桩+锚杆支护体系，四区采用岩石锚喷支护体系。项目基坑止水、排水体系：边坡坡顶进行地面硬化并设置挡水台阶防止地表水排入基坑，基坑底部沿周边设置排水沟与集水井进行集水明排。本基坑工程安全等级为一级。自基坑开挖起至回填结束，基坑正常使用期限2年。

4.2施工工艺上的技术探索。

4.2.1土钉墙方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。

4.2.2为减小基坑工程带来的环境效应（如因降水引起的地面附加沉降），或出于保护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外，一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。也有把水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中探索。

4.2.3基坑降水时，为减小因降水引起的地面附加沉降或对邻近建（构）筑物造成的影响，采取井点回灌技术，结合软件及监测数据对现场进行综合监控，合法合理利用和保护地下水资源，做到节能高效。

4.2.4基坑向着深、大、周围环境复杂的方向发展，使得深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。受地下空间所属权的限制，内支撑或新型锚杆（如抗浮抗变形，可重复利用的新式材料及设备、节能的可拆式锚杆、抗拔力较大的全程应力复合型锚杆）将更加推广运用。

4.2.5为减小坑壁土体的侧向变形，可以通过基坑内外双液快速注浆加固土体；对支撑（或拉结）施加预应力；还可以调整挖土进度以及支撑的施工程序等措施来限制基坑的侧向变形。

4.2.6在软土地区，为避免基坑底部隆起，造成支护结构水平位移加大和邻近建（构）筑物下沉，采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固，即提高支护结构被动区土体的强度的方法。

4.3深基坑监测与信息化实施探索。监测内容主要包括：水平位移监测、竖向位移监测、深层水平位移监测、倾斜监测、裂缝监测、支护结构内力监测、土压力监测、孔隙水压力监测、地下水位监测、锚杆拉力监测、坑外土体分层竖向位移监测。监测桩顶位移，桩体位移，地表沉降，桩身内力，支撑轴力，水位沉降，建筑物沉降，基坑回弹等。监测对象及监测项目一般由基坑支护设计方根据基坑支护设计安全等级、支护结构类型及相关规范的要求选定。为了确保工程安全和保护环境，采用现场监测与软件数据相结合，拓展空间，采取平面立面，纵向横向等三维监测，提供施工过程中支护体系及环境的受力状态及变形数据。由于信息技术及加固技术的提高，实现了毫米级的变形控制。如北京通州某工程对附近两条地铁隧道变形控制在6mm。积极探索三维建模模拟技术，把现场采集的数据与软件有效结合，更安全高效的把控现场，为工程服务。

5.结语

深基坑开挖是工程难题，既涵盖土力学中的典型强度问题，又涉及到变形问题，同时还涉及到土与支护结构共同作用。深基坑工程是实用性、实践性、经验性极强的学科，是随着土力学理论、计算技术、测试仪器及施工机械、施工工艺的进步与工程实践增加而逐步完善的学科。作者认为，随着我国经济建设的快速发展，依靠专业技术人员的共同努力，中国的深基坑工程设计和施工水平必将走到世界前列，我们仍需保持谦虚态度，不断探索大型，超大型深基坑的理论和实践经验，为深基坑设计、监测、施工探索出更加安全高效节能的方法。

参考文献：

[1]JGJ120-99.建筑基坑支护技术规程[S]

[2]GJB5055-2006.土钉支护技术规范[S]

[3]GB50086-2001.锚杆喷射混凝土支护技术规范[S]

[4]GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S]

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[6]龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[7]刘建航，候学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.