淺談黃土地區基坑支護設計應注意的一些問題

黨衛紅 王 睿 寇楊軍

隨著城市規模的不斷擴大和人類工程活動的頻繁，城市大型地下空間開發進展迅速，地下商場、地下鐵道、地下倉庫、地下車站等地下工程項目的增多，其深基坑越來越多且向大深度、大跨度發展。在基坑設計理論與施工等方面也有了豐富的實踐經驗，亦帶來了諸多基坑安全及環境影響問題，有些問題是由于基坑設計階段考慮不充分直接導致的。因此在基坑支護設計階段全面考慮支護條件和優化設計尤為重要，筆者結合近幾年基坑設計工作經驗，淺談黃土地區基坑支護設計階段應注意的問題。

1 基坑支護安全等級劃分

首先應根據基坑的實際開挖深度、工程地質條件、水文地質條件、環境條件和使用條件等合理劃分基坑側壁安全等級，然后合理選擇支護類型。基坑側壁安全等級具體執行 JGJ 167-2009濕陷性黃土地區建筑基坑工程安全技術規程(見表 1)。

表1 基坑側壁安全等級劃分

同時對有特殊要求的基坑工程可依據具體情況適當提高重要性系數。對于永久性基坑工程，重要性系數γ0應提高 0.10。

2 獲取相關的設計依據

2.1 工程地質及水文地質條件

首先閱讀和分析巖土工程勘察報告，了解地層信息及物理力學性質，包括所選取的巖土工程參數測試方法、地下水情況分布、水位及其變化規律、地下水類型、補給方式、滲流特性等。

1)巖土工程勘察報告剖面選取:對于建筑物基坑而言，不同邊線應選取不同的地質剖面圖來確定土層分布、埋深、厚度及其物理力學性質指標。

2)力學參數指標選取:在選取力學參數指標時，一定要注意試驗方法對參數以及計算結構的影響，并應充分考慮地下水及工程施工擾動對參數的影響。當土壓力計算模式為水土分算時，理論上應采用三軸固結不排水(CU)試驗中的有效應力抗剪強度指標粘聚力c′和內摩擦角φ′或直剪(固結慢剪)指標，同時采用土體的有效重度。當土壓力模式為水土合算時，理論上應采用三軸固結不排水(CU)的總應力強度指標或直剪(固結快剪)試驗指標，并采用土體的飽和重度。但結合目前黃土地區一般選取不擾動試樣的直剪(固結快剪)強度指標。

3)地下障礙物調查:目前勘察報告很少涉及建筑物外圍基坑變形范圍內被支護土體的地層巖性情況，許多擬建建筑物深基坑被周邊既有建筑物所包圍，甚至被支護土體系原有建筑物的基坑回填土包圍，該部分土體的物理力學性質極差，往往直接威脅基坑安全，應加強調查慎重考慮包括廢棄的人防工程、管道、隧道風井、原有建筑基礎等。西安東郊某工地基坑工程，深 8m，排樁支護形式，樁長 14m。護坡樁施工完后，業主才提出可能存在防空洞影響，經普探及開挖后發現樁端正好位于防空洞邊墻處，其樁端近乎懸空，直接危及基坑及坑邊 6層住宅樓安全。可見對地下障礙物的調查事關重大。

2.2 主體建筑物情況資料

1)建筑物總平面圖包括用地紅線，明確基坑與用地紅線、周邊環境之間的平面位置關系;2)基礎結構與樁基設計資料;3)基坑的幾何尺寸、形狀、深度等。同時充分考慮主體施工時必須提供的腳手架或模板搭設所占用的基坑范圍，特殊情況下還應考慮主體建筑物地基處理時樁基施工設備所需的工作面。

2.3 周邊環境條件調查

1)基坑施工場地及周圍地層巖性，尤其重視周邊黃土層是否受水浸濕發生濕陷現狀及其發展態勢。

2)基坑周圍建筑狀況。查明周圍建筑物與基坑之間的關系，層高、層數、基礎形式及埋深、荷載狀況、使用狀況等。

3)基坑周圍交通狀況。應充分考慮臨近道路的交通荷載。調查內容一般包括道路的性質是否是主要干道、類型、與基坑的位置關系、路基與路面的結構形式、交通流量、荷載等。目前基坑支護規范中并沒有明確設計時車輛靜荷載與動荷載如何考慮，一般結合地區經驗將其等效為基坑均布靜荷載來考慮。

4)基坑周圍公用設施分布及地下構筑物管線狀況。調查時應查明各類地下管道與線路(如雨水污水管、上下水管、煤氣管、通訊等)的平面位置、直徑、材料類型、埋深、建造年代和保護要求等。針對黃土地區應充分重視是否存在漏水管道以及基坑開挖截斷的未封閉的雨污水管道。由于前期易漏水部位未查明，導致邊坡土體在雨季或者管道滲漏后遇水抗剪強度指標急劇降低，導致基坑邊坡變形增加、支護結構破壞、邊坡失穩的基坑事故已屢見不鮮。

5)基坑周圍已有的基坑支護結構形式以及類似基坑支護結構在施工中的成功、失敗原因、教訓等。在西安曲江某工地基坑開挖施工中發現相鄰已有建筑物基坑土釘已伸入該基坑中，經抗拉試驗發現該土釘承載力完全滿足設計要求，因此在施工時將其作為本工程土釘使用，使其與土釘墻加強筋、網片筋焊接連接，為本工程節約造價、縮短工期。

3 深基坑支護設計方案的選擇

深基坑支護工程是保證基坑內安全作業，防止基底及坑壁土體移動，保證基坑周邊建筑物及管線正常運行。因此要求設計者必須充分結合現場實際情況，選取安全可靠、經濟合理、使用可行的方案，并應進行篩選與優化。下述幾點原則可供參考:

1)若基坑深度不大而環境條件又許可時，優選放坡方案。在同一基坑內當環境條件有所限制時也可考慮局部放坡或部分放坡方式。

2)若無放坡條件，可采用放坡與土釘墻相結合的支護方式。

3)在完全無放坡條件且經驗算垂直開挖土釘墻或土釘墻與預應力錨桿相結合支護方式不能滿足基坑穩定性要求時，考慮采用微型樁結合土釘或預應力錨桿支護方式。具體可采用微型樁。在西安曲江地區 11m的深基坑垂直開挖支護設計中筆者曾使用成孔孔徑 400mm，先澆筑混凝土后在樁孔間安插 14號工字鋼的微型樁結合土釘墻的支護形式。實踐證明支護結構滿足設計要求，并且工期快、造價低。

4)在不具備上述三種情況時，且對基坑及周邊建筑物變形要求嚴格的基坑工程設計時應采用鋼筋混凝土灌注樁結合預應力錨桿支護形式。當受周邊環境條件影響時，也可采用雙排樁支護形式或者復合支護結構形式。

4 其他應注意事項

1)對安全等級為一級且易受水浸濕的坑壁以及永久性坑壁，設計中應采用天然狀態下的土性參數進行穩定和變形計算，并應采用飽和狀態(Sr=85%)條件下的參數進行校核，校核時其安全系數不應低于1.05。

2)對周邊環境條件復雜、抗變形能力差的建筑物必須做好專項變形監測工作，以提前預警以及為加固處理提供依據。

3)基坑支護設計軟件應用。目前使用的商業軟件眾多，軟件代替了手算又解決了手算無法實現的復雜計算問題，但是也常常帶來一些不合理的結果，甚至是錯誤的結果。要克服上述問題必須確保輸入數據的工程意義，同時結合巖土工程師的基本理論、工程經驗、綜合判斷方能制定出合理的可行的基坑支護設計方案。

4)由于預應力錨桿應力會隨時間推移，因錨桿件松弛以及受荷地層徐變而損失，因此在側壁安全等級為一級基坑使用過程中應加強對錨桿應力的測試，必要時可重新張拉。同時對于臨時性基坑支護設計一定要明確基坑支護結構體的使用年限。

5 結語

現實中深基坑支護工程技術的發展隨著土力學理論、分析方法、計算機應用技術、施工技術、測試技術等方面的進展特別是工程成功與失敗經驗的積累和豐富而逐步加以深化和提高。一個經濟合理的基坑支護設計方案往往取決于設計人的巖土工程理論和地區經驗教訓。因此，在具體工作中，應根據不同的實際情況，通過實用的可行性分析，對比找出最佳的方案以解決基坑的安全可靠與經濟合理兩者之間的關系。

西北綜合勘察設計研究院的趙云剛等同志也參與了本論文的編寫、整理和校對工作。

[1] 呂扶君，趙云剛，寇楊軍.西安北郊深基坑開挖中的環境巖土問題初探[J].陜西建筑，2010(8):21-22.

[2] 王松泉.黃土地區深基坑支護結構設計研究[D].蘭州:蘭州理工大學，2003.

[3] 王覲光.黃土型直壁深基坑銷桿支護坍塌事故及坑壁穩定性分析[J].電力學報，1994(1):15-16.

[4] 鄒科華.深基坑土釘墻支護技術在濕陷性黃土地區應用[J].建筑技術，2004，5(35):47-48.

[5] 《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[M].第 4版.北京:中國建筑工業出版社，2007.

[6] JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程[S].

[7] JGJ 167-2009，濕陷性黃土地區建筑基坑工程安全技術規程[S].