深基坑支护问题研究与对策分析

深基坑支护问题研究与对策分析

李悦坤

浙江宁波 中国石化镇海炼化分公司 315200

摘要：21世纪开始，随着经济发展，地面以上空间接近饱和，城市建设往地下空间发展，我国已成为世界上隧道、基坑、地铁等地下工程最复杂、数量最多、发展速度最快的国家。随着各家深基坑支护在当地深基坑支护平台深基坑数量和规模的不断增加，将对已有建筑深基坑支护风险造成进一步的聚集。基坑支护工程涉及内容较多，在工程项目施工中采用“理论导向、经验判断、定量测量”结合的方法去设计与施工。如果能对深基坑支护技术中的具体问题进行学术讨论，结合案例应用总结不同土质及其他条件下深基坑支护的成功案例，并提出改进和优化措施，为深基坑支护技术的发展以及安全、经济地完成建设任务将具有重大意义。

关键词：深基坑；支护方式；风险分析；风险控制

前言

随着城市的飞速发展，地上地下建筑空间资源紧缺，使得基坑开挖深度与难度变大，也促使我国深基坑支护技术的发展。基坑支护技术往往涉及结构力学、土力学、基础工程等，还涉及各区域地质条件、地基稳定以及地下水控制等很多因素。

从工程项目的情况看，若采用放坡开挖的施工方式很难把控安全、质量风险，一些不负责任的业主、施工单位经常会忽略基坑支护的重要性，认为基坑支护是施工措施，不属于工程主体施工范围，单纯追求省成本、抢进度，导致安全、质量事故的频发，结果终究是工期延误，经济损失更大。深基坑支护是通过周边环境的状况进行分析，结合专业设计、施工技术和监测技术的一项综合性的系统工程，可以同时保证施工安全、质量、进度和成本。

1基坑开挖方法

1.1无支护开挖

无支护户开挖大多是放坡开挖，主要是能够选择合适的边坡坡度，并且在开发之后将土层能够在没有加固和任何支撑的情况下，根据土体自身的强度，保证边坡的稳定性。其特点是开挖的费用较低，施工工期相对较短，而且技术要求和施工难度都较低。该方法适用于土质较好、地下水不多、场地开阔周边的工程环境不会受到影响、基坑变形要求不高的场地条件，对场地周边的动静荷载、振动较为敏感，可能发生边坡塌方及坑底突涌等情况。

1.2有支护开挖

在开挖过程中，现场可以通过设置钢板桩、土钉墙、锚杆等加固措施，以借助外力的方式来保证基坑能够保持稳定状态，这种开挖方式称为支护开挖。对基坑支护方式的选择，必须要结合基坑的工程情况和环境进行选择。

表1 基坑支护结构方案对比表

2 基坑工程勘察和支护设计准备

开挖深基坑，首先要对当地的天气、地质、水文以及以前的勘探、基坑开挖案例进行分析了解，否则贸然设计多半是要出事故的。近年来深基坑的事故占到基坑总数的20~30%，因此对深基坑现场工程勘探、模拟数值计算的设计准备极其重要。

2.1岩土工程勘察

项目在建设初期处于详细的调查阶段时，必须结合具体的分解内容现场进行勘察，对基坑施工风险进行具体的分析。将勘查范围扩大至整个厂区和场地的岩土环境，并且深度要保证在开挖深度范围内，同时在边界的开发范围1~2米处进行调查点的布置。如果环境是柔软的土壤环境，同时调查的环境和布点范围随时增加，可以保证测点间距在15~30米左右。如果地层的环境变化较大，可以根据现场调查的实际情况进行布点排列，同时过软土地区的土质层进行下一土层的地质分析。

2.2水文地质调查

根据地下水的情况、地质因素繁荣有关情况进行数据分析，通过地下水位动态变化的状态、与周围的水联通状态分析。基坑承压水下水平变化和支持风险结构对环境有一定的影响；分析水位变化，并支持风险结构设计，采取相应的措施解决问题。

2.3基坑周边环境调查

主要包括以下内容：确定影响范围的层、类型、以及埋藏类型和深度的基础。同时，对周边建筑的上部结构和地基荷载大小进行分析。基坑周边各种地下设施，例如水线，油线，煤气，动力电缆、通讯电缆等分布和投用状态。同时还需确定基坑周边道路条件和车辆荷载，确定周围或附近地区的当前状态和对施工提的需求，地下水对基坑的影响也要在开挖前考虑周全。

3支护选型及要点分析

3.1钢板桩支护

钢板桩支护由钢板桩、内支撑、围檁一种或多种组成的排桩支护体系，是一种施工便捷，经济性高的支护方式，这种支护方式经常用于柔软地基及地下水位较高的场地，同时，它还具有可以重复利用的特点。然而，因为钢板桩本身有良好的柔性，如果长度选择不当或者内部支撑系统不合理，变形增大会引发风险。基坑深度超过7米，往往不采用钢板桩的方式进行支护。

钢板桩应采用“屏风式”施工，最后封闭合拢，内支撑包括水平支撑和竖向支撑，能够平衡钢板桩围护上的水土压力，减小支护的变形。钢板桩机移动快，打设高效， 但要注意累计误差导致向一边倾斜的风险。可在钢板桩上挂重垂线监控，当发现倾斜度超过2%时，应拔出重打，严禁采用拉齐的方式纠偏。施工过程中，需要通过经纬仪、水准仪等设备去测量钢板桩的沉降和水平位移。

3.2锚杆支护

锚杆支护在施工过程中的风险主要存在于表面和深洞，尤其在地下室的墙壁和其他支护问题中出现具体情况，在开挖施工风险的研究时，必须要考虑到开发的深度和土层环境。在开挖的深度保证能够形成柱状和其他形状时，可以对洞口内的钢管或钢梁等进行设计，根据具体的模型保证孔内土壤和钢管等能够稳定的结合，统一的承受外荷载力，进而形成的挡土和外拉的联合支护结构。

目前，锚杆的长度可以达到50米以上，抗拔力超过1000kN，被锚杆固定的挡土墙可达到40米以上，。

3.3土钉墙支护

土钉墙支护是在土坡中植入钢管或钢筋，边开挖边支护，土钉能够弥补土体本身抗压不抗剪的缺陷，可以减少土体变形滑坡，材料较省、造价低、施工快，但土钉的结构特点决定了无法在位移要求严格的工程中使用，而且土钉的使用可能超出用地红线，对已有地管造成破坏。

3.4水泥土重力式挡土墙

水泥土重力式挡土墙通过石灰、水泥等材料作为固化剂，使用高压喷射或者搅拌机械来注浆，水泥浆或者化学浆液和原土发生物理和化学反应，使土质结块形成挡墙，从而提高基坑壁的稳定性。该方式适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉性土等标准值不大于120kPa承载力的地基，开挖深度不大于6米。

水泥土重力式挡土墙最大程度利用原位土，施工时噪音小、振动小、施工简单、成桩工期短，经济性较好，基坑空间灵活，具有一定的隔水作用。对于开挖深度超过7米或周边建筑物较多有保护要求的环境不适用，另高压旋喷桩会有大量泥浆溢出，不利于文明施工规格化，地下水较多的土质也不适合采用。

3.5挡土灌注桩支护

在准备开挖的基坑周围，用桩机钻孔，现场制作成排的灌注桩，桩间距一般为1m至1.5m，上部设置联系梁，用机械或人工开挖基坑，过程中及时装上横撑，在桩背面装上拉杆，与锚桩拉紧形成整体，继续挖土至标高。基础深度若不超过6m，可以通过加密桩间距或加大桩直径的方法，不再设置锚拉杆。灌注桩施工设备比较常见，通用性好，对场地要求不高，噪声小，振动低，刚性大，强度高。但是止水性一般。在有水土保持要求的基坑中，会配合其他支护方式共同使用。

灌注混凝土注意事项：

（1）粗骨料粒径小于40毫米、坍落度20±2公分；

（2）灌砼应在二次清孔后30分钟内进行；

（3）使用法兰式导管，灌注混凝土时导管连结要平直，密封牢固；导管下口宜距离孔底部40±10cm；

（4）首盘浇筑的初灌量应使导管底部埋入混凝土中80cm以上；

（5)正常灌注砼时，导管底部埋入深度宜为2~6m，导管一次拆卸不应超过6m。

3.6沉井

沉井一般用在施工大型基础、盾构拼装井、大型桥墩的基坑、污水泵站、人防掩蔽所等围护中使用。它是井筒状的结构物，通过井内挖土、自身重力克服井壁阻力后下沉，最后达到设计标高，再使用混凝土封底、填塞井孔，让它成为桥梁墩台以及其它基础，沉井的优点是整体性强、稳定性好，施工深度可以很大，能承受较大的垂直荷载和水平荷载。沉井既是基础本体，又能作为施工时的挡土和挡水的临时措施，下沉过程中无需再额外设置坑壁支撑，简化了施工工序，减少建设时间，沉井施工时对邻近建筑物影响较小，但具有施工期较长、施工技术要求高、施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等缺点。

3.7地下连续墙

地下连续墙是在需支护区域外沿的地面上开挖出一条狭长的深槽，在泥浆护壁的配合下，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槽段，如此逐单元、逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁，用作截水、防渗、承重、挡水的支护结构。

经过几十年的发展，地下连续墙的技术已经相当成熟，很多传统的支护方法已经被地下连续墙所代替，其中日本在此项技术上最为发达，最大开挖深度已能达到140米，最薄的地方厚度仅为20cm。

4支护风险及对策

早期的深基坑支护主要考虑为施工创造条件，设计时只需要考虑最大承载能力，依靠以往的施工经验，缺乏设计规范指导，无法做到“理论和经验相结合”。现如今，基坑有开挖更深、地质更差、建筑密集、支护方法多、成功率不高的特点，若是对基坑精心设计和严谨施工，工期和费用可能会有所上升，但工程质量和施工安全可以得到保证。目前基坑存在的风险大体可分为设计和施工两方面。

4.1设计阶段：

设计阶段发生风险的主要原因是基坑工程结构选型不合理，支护选型及撑锚设置的方法很多，可以通过多种方法达到同一目的，每种方法都有独特的优点，有的速度快、有的投资少、有的噪声小等，如果单是追求某一方面而忽视其他功能，导致选型不合理可能会发生致命的事故。设计需要分析地基土的物理力学指标、地下水位的高低以及周围环境条件等，都直接与支护结构的选型有关。

4.2施工阶段：

施工阶段发生的深基坑风险主要是地下水的处理不当以及未按设计方案施工。基坑施工时，由于地下水位存在差异，基坑开挖施工的方法也各不相同，尤其是在沿海地区存在高地下水位，地下水的处理是整个深基坑工程的施工重点。深井降水可能引起地面沉降，对环境造成不良影响影响最大，有很多基坑施工因为地下水的降排水没有处理好，在深基坑工程中失败了，这时候需要引入信息化施工技术，它具有代价小、成效大的优点，深基坑工程施工的三大基本要素是基坑监测、工程设计、工程施工，基坑工程发生事故前或多或少都会有出现一些征兆，在量变到质变过程中，如果有信息化监控，就可以不断地判断设计方案与实际的一致性，确保基坑施工过程中安全风险可控。

4.3注意周边建筑物沉降数据分析

从支持风险工程风险分析，很多事故的原因是因为水造成影响，所以在开挖过程中的裂隙水，土壤水分，沙子在承压水，地漏，管道渗漏水，雨水处理问题的分析，从根本上保证加工是适当的，为满足特定要求的施工风险。

基坑在开发之后，其水平的位移会增加，同时支撑的锚固体系会出现变形，如果对变形进行有效的控制，可以保证基坑的隐患。基坑的变形量逐渐增加是主要是因为在每一次开花深度增加之后，圆头体的侧向约束力变小，而且侧向的约束力逐渐被减弱。所以在开发过程中，前期开挖的土体，因为应力的消散，主体的应力变化相对较为明显。伴随着基坑开挖深度的增加，基坑土体的应力体系会重新组成，所以在对应力重新组成过程中，基坑内侧的影响和开发深度相关。随着开挖深度的增加，基坑内壁的形变相对较大，当增加相应的支货物后，酮体的形变量相对减少。

4.4做好基坑工程监测

建筑施工和桩基设计，施工开挖过程中坡施工风险，因为有许多不安全，不稳定因素，仍有一些突发的灾难性事件。因为地下工程在施工过程中与地质水土有很大的联系。如果在基坑开发过程中，一些临近的基础埋设较多，比如出现一些地下电缆和管道时，在开发过程中很难会预估会出现什么问题。所以在开发过程中，必须要提前对原有的地质环境和设计规划进行了解，确保在开发的地点，没有任何其他的外在影响。在开发过程中更要保证边坡开挖的稳定，通过控制周围环境的稳定和边坡的稳定分析，通过数据处理中心对数据进行研究，确保能够将边坡的施工资金隐患，在萌芽阶段就会处理。根据相关的数据研究，提出针对的应对措施。

（1）监测目的

必须要对基坑的支护结构和周围环境进行研究，同时在过程中必须要保证全过程监控，这样才能够保证基坑的稳定性，而且能够对基坑和周边环境的变化进行了解，能够在出现异常情况和风险隐患时提前进行处理。

（2）基坑变形控制标准

基坑的变形控制指标有：基坑的自由土体变形、构（建）筑物的承受能力、构（建）筑物的附加变形等，主要指标包括：①围护结构的侧向位移②地表下沉量及下沉速率③邻近构（建）筑物的沉降、测斜等。

基坑监测主要是对：基坑的水平位移、边坡顶部水平和竖向位移、深层水平位移；周边地表及建筑物竖向位移；锚索内力。

（3）水平位移、竖向位移监测

水准基点。现场条件具备和工程进度到该阶段后，到现场确定水准基点的具体埋设位置，拟在现场设置稳定可靠基准点3个，基准点距离边坑线不应少于基坑开挖深度的2倍。

5 趋势

今后深基坑支护的发展趋势主要分为几个方面：

（1）深基坑支护的设计选型。设计对支护型式选择合理，就能保证安全可靠、施工顺利、缩短工期，并能够带来可观的经济效益。若支护型式选择不合适，冒险施工会危及基坑以及人员安全，还会影响周边环境，所以支护结构选型已然成为深基坑支护工程的趋势。

（2）深基坑支护的施工工艺。随着深基坑技术的发展，先进的支护技术得到了充分的运用；受地下空间和地下水的限制，土钉墙、内支撑、新型锚杆等技术得到推广和应用，基坑防渗水的水平也得到跟进，同时，在软土地区深层搅拌桩或压密注浆技术也得到大量运用。所以，基坑支护在大量运用新技术时，施工工艺也在飞速跃进。

（3）信息化施工技术和信息监测。信息化施工技术主要是对基坑的土层性状、支护结构变形沉降，以及周边环境的变化进行各种观测及分析，然后将观测到的结果，用来指导设计与施工开展下一步工作。信息化施工技术和信息监测的使用，能够保证基坑开挖时安全、可靠、经济、合理。

随着经济建设的高速发展，深基坑支护技术、理论以及新技术的不断完善，工程项目的基坑支护的理论和施工技术必定能不断发展和提高。

参考文献

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作者信息：李悦坤（1988.10-）男，汉族，本科学历，工程师，主要研究方向：建筑工程类