深基坑圍護技術的現狀及研究方向

王萍

（新疆師范大學，新疆 烏魯木齊 830054）

0 引言

隨著城市建設的快速發展以及人口聚集效應的加強，城市土地日益緊張，因此，大型地下空間的有效開發逐漸成為城市建設的發展方向。如地下商場、高層建筑地下車庫、地下交通系統等。越來越多的城市通過采用隧道或地鐵技術解決城市交通擁堵問題，基坑工程常位于城市建筑及人群的密集地區。隨著深基坑項目作業深度及面積的不斷加大，對深基坑圍護結構設計及施工提出更高的技術要求。根據不同的土性及周邊環境的保護等級要求，以保證滿足基坑穩定及變形控制的要求，確保深基坑周邊市政建筑物、地下管線及其他設施的安全，從而對項目基坑圍護結構的變形控制提出更高標準[1]。

1 深基坑圍護技術應用現狀

經多年的工程實踐，已經基本建立了根據地質條件、地形條件和投資概算等因素，進行深基坑圍護結構的設計與施工的技術體系。國內目前深基坑圍護結構主要采用鉆孔灌注樁、地下連續墻、土釘墻支護（見圖1）等技術，這類基坑支護結構的成本高，施工作業場地狹窄，工期長，嚴重的環境污染；部分深基坑圍護工程使用了加勁樁、預應力魚腹梁裝配式鋼支撐、新型水泥土攪拌樁墻（SMW）（施工流程見圖2）等先進技術，這類基坑支護技術具有投資少、工期短、作業場地大、節能環保等優點[2]。

圖1 土釘墻

圖2 SMW 施工流程

2 應用深基坑圍護技術的關鍵問題

2.1 選擇合理土壓力計算方案

在基坑圍護工程中，影響土壓力數值的變量很多，如地基地下水水文特質、圍護結構位移變化量、地下水位的升降值、基坑結構空間效應及土體蠕動造成的時間效應等。

基坑圍護結構上的土壓力值通常應用庫倫土壓力理論或朗肯土壓力理論計算，兩者均基于極限平衡理論。若依據庫倫或朗肯土壓力計算方法得到土壓力值，則擋墻必須達到一定位移值，在基坑施工中，圍護結構的位移變化值時常達不到該計算理論的運用條件，如果未進行必要修正，則計算結果不安全。為此，應重視圍護結構實際位移值的大小對實際所受力土壓值的影響[3]。

在設計計算土壓力時，粘性土與砂性土分別采用水土合算及水土分算。然而，工程實踐中的土層工況往往比較復雜，土中水的形態隨土的成份和土體結構不同而變化。水土合算與水土分算的計算結果往往不一致。所以，在土壓力計算時，應根據土層具體工況、土中水的形態等因素，合理運用水土分算或水土合算設計計算方案[4]。

所以，在基坑圍護結構設計中，選取合理的土壓力值較為困難，合理選擇基坑圍護設計中土壓力值，主要取決于對項目所在地區土質結構、水文狀況等數據的積累及研究，也依賴項目設計人員的綜合判斷能力。

2.2 合理選用深基坑圍護型式

根據工程項目的地質狀況和水文條件，基坑開挖三維參數和周邊環境條件，選出合理的圍護型式是基坑圍護設計的關鍵。首先要著重探究基坑圍護設計的側重點是穩定問題，或者是控制變形問題，其次，認真分析影響穩定與變形問題的主因是土壓力問題或水的問題[1]。在飽和軟粘土工況中，通常應用排樁內支撐組合的圍護型式，著重處理好因土壓力造成的地基失穩與結構變形難題。

在粉砂與粉土地質工況中，首要任務是通過止水與降水解決地下水的問題。止水施工費用高、難度大，尤其基坑內外水位差比較大時，止水帷幕的止水成效很難保證。因此，一般通過降水的方式處理地下水的問題，重點關注好地下水降水方案的設計和施工。若需在粉砂與粉土地基工況條件下解決止水問題，可通過運用排樁加內支撐圍護處理方案，同時須減小基坑內外的水位差，并應備好止水帷幕漏水時的應急措施[5]。

基坑圍護型式多種多樣，每種基坑圍護型式都有一定的適用范圍。因此，必須根據基坑工程地質和水文狀況、基坑形狀大小，以及基坑周邊環境等影響因素，研究選用合理的圍護型式。

2.3 基坑工程環境影響及變形控制計算

基礎工程降水可能導致周邊地下水位的下降，應該重視由此產生的環境影響。應對由地下水位下降引起的地基面沉降評估方法深入探究。地表水下降造成的地面沉降的原因：①土層的地質特性；②該地區地下水位變化值[6]。

地基變形可能會影響到周邊建筑物、市政道路及管道的使用，進而造成基坑失穩甚至引發重大工程事故。在基坑圍護結構的設計中，控制基坑變形以保證基坑穩定至關重要。同時，控制基坑變形既不是越小越好，也不能僅僅制定變形允許值，應根據工程實際情況確定地基變形控制量，以工程地基變形未影響周邊建筑的正常使用為標準。基坑結構變形控制設計是基坑圍護工程設計的重要方面，因此，應加強對深基坑圍護結構變形控制設計的探究[7]。常見的對基坑變形的控制方法有：對基坑被動區土體采取加固措施，減少開挖圍護結構周邊土體的范圍和時間，增加圍護結構深度和剛度，采取相應措施控制因降水而產生的變形影響。

3 深基坑圍護技術的發展方向

3.1 研究更完善的基坑工程設計理念

在基坑變形控制設計中，變形控制量的確定，以不影響周邊市政建筑物及地下管線正常使用為最低標準。因此，須提出更合理、更系統的變形控制計算設計方案。①及時制定出基坑圍護結構的形變控制的設計規范；②在基坑圍護設計中，準確地將開挖空間效應轉化為平面應變問題；③核實地基荷載的具體數值及荷載對圍護結構形變的具體影響[8]。

3.2 探索新型圍護系統地設計標準

為解決大量高層及超高層建筑基坑圍護工程的設計與施工難題，則對基坑圍護技術提出更高的標準，促使確立許多新型基坑圍護結構類型，如預應力鋼筋混凝土穿孔板、拱式帷幕組合、雙層排樁等。當前這類新型基坑圍護設計與計算結構急需解決以下問題，如何建立計算模型、如何合理繪制計算簡圖等問題。目前，深基坑圍護結構設計技術逐步向一體化整體解決方案轉變，如基坑圍護結構與地基土方開挖方式、整合臨時圍護結構與項目本體結構、整合止水結構與受力結構。這種整合致使基坑圍護結構的荷載、工況等因素復雜化，為此，工程技術人員必須深入研究新型圍護系統設計方法[2]。

3.3 深基坑工程的信息化監測技術

按照施工原則，需先進行基坑支護，再進行基坑開挖，并采取相關措施進行信息化施工及安全監測，保證施工任務順利進行。基坑圍護結構施工過程的難預測性及設計參數的不確定性，導致出現基坑圍護工程的設計方案和實際地質條件不符的狀況，因此，需通過準確的結構監測信息及時修正基坑圍護的設計方案。基坑施工相關技術人員依據及時采集的圍護結構施工中的監測信息，準確預判基坑工程對周邊環境的影響，并合理估算繼續施工對基坑圍護結構的變形及穩定狀態造成的影響，繼而制訂出進一步施工的有效方案[3]。

4 總結

影響基坑穩定和變形的因素較多，如地基地質特征、圍護結構受力條件及結構組合型式等。深基坑圍護結構的設計需考量基坑圍護工程的經濟型、節能環保等因素。基坑圍護結構設計工作的每一個環節，如土壓力值及圍護型式的合理選取，均不能僅憑計算機數值模擬計算確認施工方案，應結合工程技術人員工程實踐經驗，提出整合各影響因素綜合設計方案。只有基坑工程技術人員在工程實踐中不斷總結，才能解決日益復雜的基坑圍護技術課題。