深基坑工程設計與施工相關問題分析及建議

曾梅

摘要：深基坑工程是一個復雜的動態系統工程。它需要面對的巖土工程條件、環境條件、施工條件存在著諸多不確定性、多元性和時域性。本文從基坑工程設計與施工的基本原則、過程控制、相關問題分析和建議進行了全面的概述。

關鍵詞： 深基坑 設計 施工

中圖分類號：TE42 文獻標識碼：A

前言：

深基坑工程是一個復雜的動態系統工程。它需要面對的巖土工程條件、環境條件、施工條件存在著諸多不確定性、多元性和時域性，如巖土材料的非均勻性、各向異性，外力和環境條件的不確定性、可變性。在工程實踐中，存在著一方面實踐超前于理論，另一方面理論又不能正確反映實際的施工過程和環境效應的問題。

一、深基坑工程設計與施工的基本原則

（1）對地質條件和周邊環境進行充分考察，根據周邊環境的要求制定出經濟合理的支護方案，并據此提出支護結構的水平位移和鄰近地層的垂直沉降標準；

（2）基坑設計階段，要根據基坑所在場地的工程地質報告、土工試驗結果、原位標貫試驗結果、土層含水量、區域地層參數的取值經驗等綜合選取；

（3）在分析支護結構受力和變形時，應充分考慮施工的每一階段支護結構體系和外面荷載的變化，同時要考慮施工工藝的變化，挖土次序和位置的變化，支撐和留土時間的變化等；

（4）基坑設計人員應充分認識到在基坑施工過程中還會遇到很多設計階段難以預測到的問題，因此，設計人員應密切和施工人員聯系，全面把握施工進展狀況，及時處理施工中遇到的意外情況；

（5）基坑施工過程中應該制定完備的監測方案，監測結果應及時總結，一旦發現問題應及時與設計施工等方面及時反映，以便分析異常原因，及時提出解決方法；

（6）基坑工程的施工必須完全按照設計文件的要求去做，需要變更施工工藝和施工順序應提前向設計人員提出，設計人員重新計算分析許可后方可進行變更。

二、深基坑工程設計與施工過程控制

在深基坑工程設計和施工中，采用深基坑動態設計與信息化施工技術。

由于深基坑工程事故的風險性、臨時性和多樣性，近些年來，許多城市的軟土深基坑工程產生了大大小小的事故。由于深基坑工程事故發生原因復雜，引發事故的因素多種多樣，如地質條件、水文地質條件、相鄰建筑物結構、基坑周圍管網分布，以及深基坑本身的支護方式、地下水處理系統的設計施工問題等等。

要實現深基坑工程事故安全性的完全過程控制是一項復雜系統工程，需要進行精心的設計和施工。分析方法如下：

1、制定控制目標：深基坑工程事故過程控制的控制目標，就是在深基坑工程開挖和地下結構施工過程中及土方回填之前，為深基坑開挖和基礎施工提供穩定的工作空間和可靠安全的保障，不發生影響施工工期和施工進度的過大變形、基坑隆起、水土流失和整體失穩破壞等情況，應當針對特定的深基坑工程的工程地質、水文地質條件，確定不同深基坑的控制目標，從支護結構擋土穩定性，地下水處理系統止水效果等多個角度來綜合考慮，根據所確定的控制目標來進行控制方案的實施。

2、選擇監測項目：針對深基坑工程特點確定的預防深基坑工程事故的控制目標，需要選擇監測參數來控制深基坑工程的施工過程，實施相應的控制方案。對于深基坑工程事故預警作用的監測項目主要包括兩方面：一方面是深基坑工程自身的支護結構穩定和安全；另一方面是基坑周圍環境，包括周圍建（構）筑物、道路及地下管線的安全與正常使用，同時深基坑工程監測項目選擇同基坑工程等級，現場條件及基礎等級有關，如建筑地基基礎設計規范（GB5007-2002）規定，見下表：

根據地基基礎等級確定的深基坑監測項目表

注：√為必測項目；△為宜測項目

根據基坑工程等級確定的深基坑監測項目表

注：√為必測項目；○為選測項目

3、確定控制方案：深基坑工程的過程控制方案應當考慮到工程實踐中，深基坑工程事故的設計、施工及監測原因占主要部分的統計情況，針對設計、施工及監測過程控制方案，控制方案的確定原則如下：

①深基坑工程支護結構設計參數選取合適，各種荷載取值得當，考慮周全。對土壓力、水壓力、施工荷載、地面超載、支撐預應力、結構自重以及周圍建筑物和溫度變化引起的荷載均要考慮周全，對于土壓力考慮位移模式、分清靜止土壓力，主動土壓力和被動土壓力的取值，對于水壓力，水土合算采用總應力強度指標，水土分算采用有效應力強度指標，滲透情況下采用動水壓力計算等等。

②深基坑工程支護方案確定因地制宜，采用概念設計指導。對于具體工程，根據地質情況和基坑工程特點，可選用的基坑支護類型有很多種，要綜合考慮基坑自身情況如開挖深度、平面形狀和尺寸、場地條件水文地質和工程地質條件、周圍建筑環境保護要求、建筑物重要程度、地下管線的限制要求等精心設計基坑圍護方案和撐錨方案。

③深基坑支護結構根據不同支護類型進行承載能力、變形、穩定性計算。常用的圍護結構計算有：樁土共同作用分析、水土側壓計算、水平支點力計算、支護結構的嵌固分析、對于樁墻結構的內力變形計算。對于三級基坑，地層較穩定、周圍環境較簡單的二級基坑，一般可采用極限平衡法計算。深基坑支護結構的穩定性計算是深基坑支護結構設計的主要組成，基坑穩定性驗算包括邊坡穩定計算、基坑坑底抗隆起穩定計算、整體穩定性驗算、管涌驗算，坑底滲流量穩定驗算、承壓水穩定驗算。基坑開挖后回彈和抗降起驗算可以采用實用計算法、經驗公式法、有限單元法計算。

④圍護結構的施工中應嚴格按照各種型式支護結構施工的工藝流程進行。

⑤深基坑施工中的監測：根據控制方案中設定的監測項目進行綜合監測，并對監測結果進行整理分析，比較勘察設計所預期的巖土性狀同監測結果差別，定量分析與評價、及時進行險情預報，提出合理化措施和建議。

⑥深基坑工程的事故處理：當深基坑工程監測項目的監測結果超過預警限制，要及時進行事故病害處理，查明導致監測結果偏大，產生病害事故的原因，判斷發展的狀況和動態，正確制定處理方案，迅速組織力量進行處理技術，避免失去時機，釀成更嚴重的后果。處理措施要概念清晰，方法正確、迅速有效，盡量減少事故損失。

三、深基坑設計與施工相關問題分析及建議

深基坑設計與施工中，主要針對淤泥質黏土、軟土和填土等特殊性巖土中遇到的的相關問題分析及建議：

（1）淤泥質黏土的深基坑支護設計上，由于淤泥質黏土層的含水量一般在40%～50%左右、孔隙比一般在1.2～1.6之間，土層的壓縮性高，抗剪強度較低。在淤泥質黏土的深基坑支護設計中，設計人員一定要注意挖掘機械的應用，以及施工人員的具體操作流程等實際問題，并要在設計方案中分別制定出有針對性的解決措施與方法。淤泥質黏土層開挖深度普遍要求小于6 m，也可以根據工程項目實際需求而有所增加，但是要盡量控制在6 m-10m之間，如果超出這個深度數值，就難以保證深基坑施工的安全。

（2）軟土的深基坑支護設計上，由于軟土的成分主要為:深灰色淤泥質黏土、砂質黏土、粉質黏土等。軟土分布較廣地區的年均降水普遍較大，而且常年處于較高的溫度，因此，在軟土的深基坑支護設計中一定要特別注意這一問題。近年來，國內對于軟土的深基坑支護設計，主要采取懸壁式、單支點及多支點式、圓筒式等支護結構，各種支護結構都有其顯著的特點，并被廣泛應用于軟土地質條件的深基坑項目施工中。由于軟土的性質偏軟，因此在深基坑支護設計中一定要考慮到深基坑的整體硬度和強度，對于部分土層較軟的部分，還要進行必要的加固設計，確保深基坑施工中的安全性與穩定性。

（3）填土的深基坑支護設計上，目前填土的深基坑支護設計是國內較為常見的地質條件之一，具有較強代表性與典型性。填土層的地下水主要有三層，即上層滯水、潛水和承壓水。上層滯水埋藏于粘質粉土層、粉土、填土中;潛水埋藏于砂卵石層中;承壓水也埋藏在砂卵石層中。在制定填土的深基坑支護設計方案時，一定要特別注意深基坑施工中對于地下水系統的破壞，還要充分考慮到由于地下水的流動與沖刷對支護系統的腐蝕，要采取有效的措施排除深基坑中的存水量，確保深基坑施工中施工人員的安全，以及機械設備的穩定。

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