深基坑工程的研究現狀及發展趨勢

劉蕾 于獻彬 李雪莉 周霞

【摘要】基坑工程主要包括基坑支護體系設計與施工和土方開挖，是一項綜合性很強的系統工程。深基坑則專指開挖深度超過5m（含5m），或深度雖未超過5m，但地質條件和周圍環境及地下管線特別復雜的工程。隨著超高層以及高層建筑的大量涌現，為滿足建筑施工各方面的要求，深基坑得到越來越多的發展和應用。本文結合現有研究資料，對深基坑相關資料進行歸納整理和總結，并對深基坑的未來發展方向做出展望。

【關鍵詞】深基坑支護; 支護體系設計;深基坑施工技術

1、深基坑施工技術的研究現狀

基坑工程隨著高層和超高層的涌現，城市地下空間工程迅速發展，以及基礎設施的改建擴建而得到了快速發展。深基坑工程在國內一直保持平穩向前發展，大深度、大面積的基坑，在施工時面臨更多的挑戰和危機，在深基坑施工中，針對不同的施工工況現已采取了不同的措施，積累了一定的施工經驗，使深基坑技術的優勢得到有效發揮，顯著提高工程安全性、經濟性、技術性。但是深基坑實際施工過程中，對深基坑施工質量造成影響的因素較多，亟需深入分析相關施工技術，探討其施工要點，明確控制方法，以確保施工有效性。

1.1深基坑施工技術的發展史

（1）萌芽階段：深基坑常見于一些規劃有一至兩層地下室的建筑物，其基礎形式常采用筏板基礎，開挖深度一般在10m范圍內。由于當時受勘察、設計及施工水平的限制，基坑易于發生失穩破壞。

（2）開挖安全檢測階段：高層及超高層建筑興起，地下室常設計為三至四層，基坑開挖深度顯著增大，常達到15m及以上。此時勘察、設計及施工水平有了較大程度的提升，同時意識到施工工序對基坑穩定性的影響，逐漸形成了適用于深基坑開挖的步驟。

（3）技術躍升階段：隨著科學技術的發展，有限分析方法及有限元計算軟件逐漸應用到深基坑的研究工作中，為深基坑變形預測提供了一定的科學依據。

（4）環境保護階段：隨著基坑工程勘察、設計及施工水平的提高，深基坑本身的安全問題已基本解決。但如何有效的保護周邊環境成了現階段基坑設計及施工的主題，尤其是在繁華市區。

1.2深基坑施工技術的發展現狀

基坑開挖與支護問題早已成為我國建筑業界的熱點問題之一，城市地下空間開挖技術得到了長足發展和提高，現階段深基坑施工技術主要體現在以下兩個方面。

（1）深基坑施工技術中逆作法施工技術應用不斷擴大。在進行深基坑施工的過程中采用逆作法施工可以減少支護結構在外部空間中的暴露時間，進一步在一定程度上減小建筑基坑的變形程度，提高支護結構的承壓性能，在根本上增大深基坑支護結構的剛度性能。

（2）深基坑施工與信息化施工的有機結合。信息化施工技術，尤其是BIM技術在深基坑施工中的應用，極大的降低了深基坑施工過程中可能出現的問題，保證深基坑正常施工及降低工程成本具有極其重要的作用。

2、深基坑設計施工

2.1深基坑支護體系設計要求

（1）安全性。深基坑支護方案應在保證支護結構自身穩定性、強度以及變性要求的同時，通過對周圍土體變形的監測，確保臨近建筑物及地下管道等不受影響，從而保證深基坑工程和周圍環境的安全。

（2）經濟性。支護方案的設計，在確保支護結構以及周圍建筑物安全、可靠度的基礎上，結合工程工期、機械設備、材料、人工以及環境保護等多方面因素進行考慮，以最終確保所設計方案具有較好的經濟性與良好的環境效益。

（3） 便利性。在保證安全性和經濟性的基礎上，深基坑支護方案還應當盡量滿足施工的便利性，以實現工程工期的縮短。

2.2深基坑支護結構

深基坑支護結構根據其工作原理及支護形式，主要可分為排樁式支護，邊坡穩定式支護，水泥土墻式支護三類。但是為滿足實際工況，在實際建筑工程中，深基坑支護方案多采用復合型支護結構，較為常用的支護方案為土釘墻支護和地下連續墻支護。

土釘墻支護是由天然土體通過土釘墻就地加固并與噴射混凝土面板相結合，形成一個類似重力擋墻以此來抵抗墻后的土壓力;從而保持開挖面的穩定，這個土擋墻稱為土釘墻。土釘墻是通過鉆孔、插筋、注漿來設置的，一般稱砂漿錨桿，也可以直接打入角鋼、粗鋼筋形成土釘。土釘墻的做法與礦山加固坑道用的噴錨網加固巖體的做法類似，故也稱為噴錨網加固邊坡或噴錨網擋墻。

地下連續墻支護是基礎工程在地面上采用一種挖槽機械，沿著深開挖工程的周邊軸線，在泥漿護壁條件下，開挖出一條狹長的深槽，清槽后，在槽內吊放鋼筋籠，然后用導管法灌筑水下混凝土筑成一個單元槽段，如此逐段進行，在地下筑成一道連續的鋼筋混凝土墻壁，作為截水、防滲、承重、擋水結構。本法特點是：施工振動小，墻體剛度大，整體性好，施工速度快，可省土石方。

3、深基坑設計及施工技術的發展趨勢

（1）構建變形控制設計方案，著重研究支護結構變形控制的標準、空間效應轉化為平面應變和地面超載的確定及其對支護結構的影響等問題。建立起一套合理有效的基坑圍護變形控制標準，其標準為將深基坑的空間應變轉化成平面應變，繼而從根本上保護地面建筑超載對深基坑支護整體結構的影響在可控范圍內。

（2）優化深基坑支護結構方案，從安全科學、縮短施工工期兩方面著手，在根本上確保建筑深基坑技術施工的順利進行。

（3）轉變原有靜態設計觀念，將原有的靜態設計觀念轉變成動態的二維或三維設計，繼而確保在對建筑深基坑的支護結構進行計算的過程中能夠更加的全面具體。

結論：

深基坑是建筑基礎和地下工程施工中的重要的傳統的課題，也是一個綜合性的巖土工程難題。經歷了漫長的發展歷程，從稚嫩走向成熟，克服了諸多不利因素，降低了工程風險，提高了工程質量，雖然現階段還有一些問題亟待解決。但毫無疑問，隨著我國經濟建設的持續高速發展，通過工程界和學術界的共同努力，我國的深基坑支護體系設計與施工和土方開挖水平會得到不斷完善和提高。

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作者簡介：

于獻彬（通訊作者），男，漢，山東濱州，博士，講師，研究方向：巖土工程減災防災技術。

基金項目：

大學生創新創業訓練項目（項目名稱：考慮流固耦合作用的富水地層深基坑變形特性分析，項目編號：X202010452043）