深基坑工程的研究现状及发展趋势

刘蕾 于献彬 李雪莉 周霞

【摘要】基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖，是一项综合性很强的系统工程。深基坑则专指开挖深度超过5m（含5m），或深度虽未超过5m，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。随着超高层以及高层建筑的大量涌现，为满足建筑施工各方面的要求，深基坑得到越来越多的发展和应用。本文结合现有研究资料，对深基坑相关资料进行归纳整理和总结，并对深基坑的未来发展方向做出展望。

【關键词】深基坑支护; 支护体系设计;深基坑施工技术

1、深基坑施工技术的研究现状

基坑工程随着高层和超高层的涌现，城市地下空间工程迅速发展，以及基础设施的改建扩建而得到了快速发展。深基坑工程在国内一直保持平稳向前发展，大深度、大面积的基坑，在施工时面临更多的挑战和危机，在深基坑施工中，针对不同的施工工况现已采取了不同的措施，积累了一定的施工经验，使深基坑技术的优势得到有效发挥，显著提高工程安全性、经济性、技术性。但是深基坑实际施工过程中，对深基坑施工质量造成影响的因素较多，亟需深入分析相关施工技术，探讨其施工要点，明确控制方法，以确保施工有效性。

1.1深基坑施工技术的发展史

（1）萌芽阶段：深基坑常见于一些规划有一至两层地下室的建筑物，其基础形式常采用筏板基础，开挖深度一般在10m范围内。由于当时受勘察、设计及施工水平的限制，基坑易于发生失稳破坏。

（2）开挖安全检测阶段：高层及超高层建筑兴起，地下室常设计为三至四层，基坑开挖深度显著增大，常达到15m及以上。此时勘察、设计及施工水平有了较大程度的提升，同时意识到施工工序对基坑稳定性的影响，逐渐形成了适用于深基坑开挖的步骤。

（3）技术跃升阶段：随着科学技术的发展，有限分析方法及有限元计算软件逐渐应用到深基坑的研究工作中，为深基坑变形预测提供了一定的科学依据。

（4）环境保护阶段：随着基坑工程勘察、设计及施工水平的提高，深基坑本身的安全问题已基本解决。但如何有效的保护周边环境成了现阶段基坑设计及施工的主题，尤其是在繁华市区。

1.2深基坑施工技术的发展现状

基坑开挖与支护问题早已成为我国建筑业界的热点问题之一，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高，现阶段深基坑施工技术主要体现在以下两个方面。

（1）深基坑施工技术中逆作法施工技术应用不断扩大。在进行深基坑施工的过程中采用逆作法施工可以减少支护结构在外部空间中的暴露时间，进一步在一定程度上减小建筑基坑的变形程度，提高支护结构的承压性能，在根本上增大深基坑支护结构的刚度性能。

（2）深基坑施工与信息化施工的有机结合。信息化施工技术，尤其是BIM技术在深基坑施工中的应用，极大的降低了深基坑施工过程中可能出现的问题，保证深基坑正常施工及降低工程成本具有极其重要的作用。

2、深基坑设计施工

2.1深基坑支护体系设计要求

（1）安全性。深基坑支护方案应在保证支护结构自身稳定性、强度以及变性要求的同时，通过对周围土体变形的监测，确保临近建筑物及地下管道等不受影响，从而保证深基坑工程和周围环境的安全。

（2）经济性。支护方案的设计，在确保支护结构以及周围建筑物安全、可靠度的基础上，结合工程工期、机械设备、材料、人工以及环境保护等多方面因素进行考虑，以最终确保所设计方案具有较好的经济性与良好的环境效益。

（3） 便利性。在保证安全性和经济性的基础上，深基坑支护方案还应当尽量满足施工的便利性，以实现工程工期的缩短。

2.2深基坑支护结构

深基坑支护结构根据其工作原理及支护形式，主要可分为排桩式支护，边坡稳定式支护，水泥土墙式支护三类。但是为满足实际工况，在实际建筑工程中，深基坑支护方案多采用复合型支护结构，较为常用的支护方案为土钉墙支护和地下连续墙支护。

土钉墙支护是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射混凝土面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力;从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。

地下连续墙支护是基础工程在地面上采用一种挖槽机械，沿着深开挖工程的周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽，清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段，如此逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁，作为截水、防渗、承重、挡水结构。本法特点是：施工振动小，墙体刚度大，整体性好，施工速度快，可省土石方。

3、深基坑设计及施工技术的发展趋势

（1）构建变形控制设计方案，着重研究支护结构变形控制的标准、空间效应转化为平面应变和地面超载的确定及其对支护结构的影响等问题。建立起一套合理有效的基坑围护变形控制标准，其标准为将深基坑的空间应变转化成平面应变，继而从根本上保护地面建筑超载对深基坑支护整体结构的影响在可控范围内。

（2）优化深基坑支护结构方案，从安全科学、缩短施工工期两方面着手，在根本上确保建筑深基坑技术施工的顺利进行。

（3）转变原有静态设计观念，将原有的静态设计观念转变成动态的二维或三维设计，继而确保在对建筑深基坑的支护结构进行计算的过程中能够更加的全面具体。

结论：

深基坑是建筑基础和地下工程施工中的重要的传统的课题，也是一个综合性的岩土工程难题。经历了漫长的发展历程，从稚嫩走向成熟，克服了诸多不利因素，降低了工程风险，提高了工程质量，虽然现阶段还有一些问题亟待解决。但毫无疑问，随着我国经济建设的持续高速发展，通过工程界和学术界的共同努力，我国的深基坑支护体系设计与施工和土方开挖水平会得到不断完善和提高。

参考文献：

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[2]王振平.谈深基坑工程的发展历程[J].呼伦贝尔学院学报，2013，21（3）：110-111.

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[6]周博.深基坑支护及开挖[J].工程建设与设计，2020， （6）：45-46.

作者简介：

于献彬（通讯作者），男，汉，山东滨州，博士，讲师，研究方向：岩土工程减灾防灾技术。

基金项目：

大学生创新创业训练项目（项目名称：考虑流固耦合作用的富水地层深基坑变形特性分析，项目编号：X202010452043）