基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型、事故的原因、 預(yù)防和加固處理方法及設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

陳建梅 孫庭宮 朱凌鋒 潘登

現(xiàn)今國家對(duì)基坑工程越來越重視，對(duì)設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)要求越來越高，我國常用的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要有重力式水泥土墻、土釘墻、支檔式結(jié)構(gòu)，按施工順序有順作法和逆作法施工。基坑破壞的形式主要有土體失穩(wěn)破壞、支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞、土體滲透破壞。基坑人員應(yīng)加強(qiáng)理解能力，提高施工圖閱讀能力,加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)各類信息的發(fā)現(xiàn)、分析、判斷歸納能力，以提高信息化施工的執(zhí)行力。

因地下空間開發(fā)利用的需要，基坑工程越來越多，它是臨時(shí)性的結(jié)構(gòu)，它與永久性結(jié)構(gòu)相比，安全儲(chǔ)備小，風(fēng)險(xiǎn)較大，因地層、土巖的性質(zhì)、地下水等的差異，使基坑支護(hù)工程的區(qū)域性和個(gè)案性較強(qiáng)。它與周邊環(huán)境關(guān)系密切，且對(duì)其影響較大。

一、基坑結(jié)構(gòu)的選型

基坑施工最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的辦法是放大坡開挖，但經(jīng)常會(huì)受到場(chǎng)地條件、周邊環(huán)境的限制，所以需要設(shè)計(jì)支護(hù)系統(tǒng)以保證施工的順利進(jìn)行，并能較好地保護(hù)周邊環(huán)境。綜合考慮安全等級(jí)、基坑深度、土類及地下水條件、環(huán)境條件等各方面的影響因素，目前我國常用的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要有以下幾種：

重力式水泥土墻，是一種剛性的擋土結(jié)構(gòu)，多用于軟土，深層攪拌法（雙軸、三軸）或旋噴法施工，通常基坑開挖深度小于等于7米時(shí)適用，墻寬為0.7～1.0倍的開挖深度，多采用格柵式布置，計(jì)算時(shí)作為剛性結(jié)構(gòu)（重力式）來進(jìn)行計(jì)算。土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于地下水位以上，自穩(wěn)性較好的土層，埋深不是很大，土層變形控制的要求不嚴(yán)格，有較寬松的施工場(chǎng)地。土釘墻的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)輕，柔性大，有良好的延性，抗震性能好，對(duì)凍脹的適應(yīng)性較強(qiáng)。施工設(shè)備簡(jiǎn)單，所需場(chǎng)地小，方便靈活，施工速度快。材料用量及工程量小，工程造價(jià)低（為其它類型支護(hù)三分之二至五分之四）。土釘墻的缺點(diǎn)是：基坑深度有限，土層變形及沉降不易控制。土釘墻可以與樁及止水結(jié)構(gòu)錨索等組合成復(fù)合型土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)分為圍護(hù)結(jié)構(gòu)（排樁、地下連續(xù)墻）和支錨系統(tǒng)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁的類型分為板樁(鋼，鋼筋混凝土預(yù)制樁)、鋼筋混凝土樁（預(yù)制樁、現(xiàn)場(chǎng)鉆孔灌注樁）、鋼筋混凝土-素混凝土咬合樁、型鋼水泥土攪拌樁（smw）。支錨系統(tǒng)分為內(nèi)撐和外錨，內(nèi)撐又分為水平（單向、雙向、桁架式）、豎向（立柱）、豎向斜撐，及外錨:預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿)。它的優(yōu)點(diǎn)是：適用于更深的基坑，能較好地控制土層的變形；較地下連續(xù)墻施工工藝簡(jiǎn)單，成本低，平面布置靈活。它的缺點(diǎn)是防滲及整體性不如地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻優(yōu)點(diǎn)是剛度大，支撐能力強(qiáng)，基坑穩(wěn)定性好，土層變形小，墻身防滲性好，坑內(nèi)降水對(duì)坑外影響小，可作為地下室的外墻，縮短工期，降低造價(jià)。缺點(diǎn)是有廢泥漿處理，粉砂地層中易坍壁，施工技術(shù)要求高，厚度具有固定的模數(shù)，不如灌注樁靈活。

按支護(hù)與主體結(jié)構(gòu)的施工順序可分為順作法和逆作法施工，在新材料應(yīng)用方面，目前有幾種非金屬復(fù)合材料，如碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維等作為復(fù)合筋在基坑中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。玄武巖纖維復(fù)合筋的特性是密度小，抗拉強(qiáng)度高，不生銹，耐腐蝕，與水泥混凝土結(jié)合性能好，電絕緣性、非磁性，可預(yù)制形狀、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)配筋，生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生有害物質(zhì)，環(huán)保性能好，脆性材料、可切斷，價(jià)格較鋼筋低。

二、基坑設(shè)計(jì)選型的原則

滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變形穩(wěn)定性的要求，保證周圍環(huán)境的安全，有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，施工方便安全。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)上述提了幾種方案，精心選用或組合使用。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)綜合考慮以下因素：（1）基坑深度；（2）土的性狀及地下水條件；（3）基坑周邊環(huán)境對(duì)基坑變形的承受能力及支護(hù)結(jié)構(gòu)失效后的后果，有重要保護(hù)對(duì)象的基坑以變形控制貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程；（4）設(shè)計(jì)方案需要適當(dāng)?shù)陌踩取＃?）支護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝的可行性；（6）施工場(chǎng)地條件及施工季節(jié)；（7）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，環(huán)保性能和施工場(chǎng)地的要求。

三、基坑破壞的形式

主要有土體失穩(wěn)破壞、支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞、土體滲透破壞。土體失穩(wěn)破壞，主要原因是開挖坡度過陡，土釘長度不夠，樁（墻）入土深度偏淺，無法給土體提供足夠的阻力，導(dǎo)致整體失穩(wěn)破壞。支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞，主要是因支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠，在土壓力作用下發(fā)生破壞，進(jìn)一步導(dǎo)致土體的破壞。土體滲透破壞，主要是因地下水的滲流導(dǎo)致管涌、流沙、承壓水導(dǎo)致突涌等導(dǎo)致基坑土層發(fā)生破壞。基坑支護(hù)中土體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、降水系統(tǒng)組成了復(fù)雜又相互緊密關(guān)聯(lián)的圍護(hù)體系，破壞形式可能是這其中的一種或幾種，隨著時(shí)間的推移也會(huì)不斷發(fā)生變化，它們相互制約又相互聯(lián)系作用。

四、基坑工程事故的原因常常有以下幾個(gè)方面

勘察方面的因素有：（1）巖土層位劃分不細(xì)，不精確。預(yù)防措施是：交互層的分布與特征，應(yīng)采用原位測(cè)試與鉆探取樣相結(jié)合的方法和手段，連續(xù)貫入的原位測(cè)試能準(zhǔn)確查清地層縱向上的分布規(guī)律和微小變化準(zhǔn)確查明土層的分布規(guī)律和變化，雜填土及碎石類土則采用動(dòng)力觸探。（2）天然地基土體是各向異性的，分布不均勻，所取的土樣、獲取的土層參數(shù)不能真正代表現(xiàn)場(chǎng)土層的實(shí)際情況。（3）土體的區(qū)域性強(qiáng)、對(duì)各種土體的土性特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和把握不夠。（4）缺乏具有針對(duì)性水文地質(zhì)條件調(diào)查與分析，對(duì)因基坑開挖引起的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)問題分析不足，工程建議無針對(duì)性甚至不合理。（5）勘察不仔細(xì)查明土巖結(jié)合面的部位、各結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系及軟質(zhì)巖開挖暴露后工程性能惡化對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響。（6）實(shí)際工作中很難做到，按照基坑外一倍至兩倍范圍布置勘探點(diǎn)。

設(shè)計(jì)計(jì)算理論的缺陷：常規(guī)設(shè)計(jì)方式法中采用經(jīng)典土力學(xué)理論計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力，《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》砂質(zhì)粉土、碎石土、砂土采用水土分算，粘質(zhì)粉土，粘性土采用水土合算，主動(dòng)土壓力在開挖面上下均采用三角形分布模式計(jì)算，但在基坑土方開挖過程中，由于降水、卸土等導(dǎo)致不同部位土體的應(yīng)力路徑完全不同，在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中還無法考慮和體現(xiàn)這種變化。采用彈性抗力法，計(jì)算與實(shí)際符合與否取決于基床系數(shù)的選取，但此值很難定得精確。

施工因素：施工組織設(shè)計(jì)施工順序不當(dāng)，先挖后撐而不是先撐后挖，打樁后即開挖土方，開挖分層過大，施工機(jī)械行走振動(dòng)過大、碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周圍堆載或作為施工場(chǎng)地，在已完成的基坑內(nèi)施工工人挖孔樁或沖鉆孔樁形成臨空面降低了被動(dòng)區(qū)的主動(dòng)土壓力，施工質(zhì)量低劣或方法不當(dāng)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不達(dá)設(shè)計(jì)，或嵌固深度不夠?qū)е率Х€(wěn)破壞。地下連續(xù)墻槽之間聯(lián)結(jié)及垂直度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，相鄰結(jié)構(gòu)施工對(duì)本基坑施工影響因素等都會(huì)引起工程事故的發(fā)生。所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工的技術(shù)交底，讓施工人員從意識(shí)上重視基坑工程，按規(guī)范和要求施工，確保質(zhì)量。

五、深基坑事故的處理

主要考慮削坡減載或堆載反壓、加固與止水、降水、盡快澆筑混凝土墊層穩(wěn)定周圍地面土體、加強(qiáng)內(nèi)支撐、加設(shè)錨桿土釘?shù)葞讉€(gè)方面進(jìn)行補(bǔ)救。

六、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

（1）認(rèn)真研讀勘察報(bào)告，認(rèn)真踏勘，充分了解工程地質(zhì)資料和水文地質(zhì)條件，有條件時(shí)可收集臨近基坑的地勘及支護(hù)資料，對(duì)地勘有疑問處及時(shí)反饋給建設(shè)方和地勘單位，特別重視地勘報(bào)告中關(guān)于土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、承壓含水層及水頭高度等數(shù)據(jù)。（2）充分了解和掌握基坑周邊的環(huán)境條件：主要包括既有建筑物的各項(xiàng)情況、各種既有地下管線、地下構(gòu)筑物、道路、最大車輛荷載等。基坑開挖期內(nèi)施工材料、施工設(shè)備等臨時(shí)荷載的要求，雨期時(shí)的場(chǎng)地周圍地表水匯流和排泄條件，還應(yīng)注意地形圖可能采用的不同的高程系統(tǒng)。（3）充分了解主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件與施工條件。（4）正確地選用設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)參數(shù)。（5）設(shè)計(jì)中要注意的幾個(gè)細(xì)節(jié):達(dá)到一定深度的坑中坑，應(yīng)設(shè)置針對(duì)性的支護(hù)結(jié)構(gòu)和止水帷幕，如有必要，還應(yīng)做封底處理。立柱樁應(yīng)結(jié)合坑中坑的實(shí)際挖深，施工棧橋及運(yùn)輸車輛行走路線等進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。受力不均衡、異常部位、圈梁鋼筋應(yīng)做加強(qiáng)處理。支護(hù)結(jié)構(gòu)陽角部位，錨桿（索）、土釘出現(xiàn)交叉，易出現(xiàn)群錨效應(yīng)，應(yīng)在錨桿的長度、角度上采取一定的措施，同時(shí)加大陽角外側(cè)拉板的范圍，厚度和配筋，如有必要，可在靠拉板外側(cè)增加適量的支護(hù)樁。（6）施工過程中注重技術(shù)服務(wù)：現(xiàn)場(chǎng)巡視，復(fù)核地勘資料、復(fù)核現(xiàn)場(chǎng)土方運(yùn)輸通道、出口位置等、把握圍護(hù)體系、止降水體系施工質(zhì)量等，不符合立即采取措施。

七、結(jié)語

作為基坑從業(yè)人員應(yīng)加強(qiáng)理解能力，仔細(xì)研讀勘察報(bào)告分析現(xiàn)場(chǎng)情況，排除潛在隱患。加強(qiáng)信息化施工的執(zhí)行力，加強(qiáng)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)能力，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)各工序及施工條件的驗(yàn)收工作。扎實(shí)做好分內(nèi)工作，并以更寬和更遠(yuǎn)的視野思考和理解基坑工程，穩(wěn)步提高基坑工程認(rèn)知與工作能力。