深基坑工程存在的问题以及发展展望

深基坑工程存在的问题及发展展望

摘要：本文主要对深基坑工程进行了说明，并详细介绍了深基坑工程目前存在的问题，以及深基坑工程今后的发展趋势。

关键词：基坑工程 基坑支护 存在的问题 发展展望

Deep Excavation Problems and Development Prospects

Abstract This article focuses on the deep excavation are described, and details of the deep excavation of existing problems, and deep excavation in the future trends.

Key Words Excavation Excavations Problems Prospect

1、概述

近年来发展，大中城市的高层建筑，地下建筑，还有隧道等工程的大幅度增加，而同时为了节省土地，充分利用地下空间,深基坑工程也随之不断增加。进入90 年代，我国的高层建筑迅猛发展，同时各地还兴建了许多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10 m 的比比皆是。深基坑的发展和安全问题成为我们关注的焦点，而地铁车站基坑工程的主要是根据地质条件和环境保护要求合理地确定围护结构支撑体系、地基加固要求和施工方法及工艺，由此对深基坑进行探讨。 2、基坑开挖与支护结构的选取

深基坑开挖与支护不当，极易引起伤亡，要预防由于深基坑开挖导致基坑边坡失稳，土方坍塌，首先要在基坑开坑之前，按照施工现场不同土质的情况，基坑深度及周边环境确定支护方案，下面根据不同深度的基坑的地质条件和作业条件以及施工机械化程度对不同的支护技术进行基坑支护结构的选型。 2.1深层搅拌桩支护

深层搅拌桩是加固软土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂通过深层搅拌机械，将软土和固化剂（浆体和粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理--化学反应，使软土硬结成具有整体性，水稳定性和一定程度的桩体。深层搅拌最宜于各种成因饱和软粘土等，包括淤泥，淤泥质土、粘土和粉质粘土等。基坑开挖不宜大于6米，对于有机质土，泥炭质土，含有伊里石、氯化物等粘性工及酸碱度较低的粘性土，宜通过试验确定。加固深度从数米到50~60米。 2.2钢板桩支护

钢板桩支护是由钢板桩、锚拉杆（或内支撑、锚碇结构、腰梁等）组成。由于钢板本身刚性不足，其支撑或锚拉系统如果设置不当，会产生较大的变形。但其优点是一种施工简单，投资经济，施工机械化程度要求不高的支护方法。但基坑深度超过7米以上的软土地层，基坑不宜采用钢板桩支护，如要采用此种支护方法，必须设置多层支撑或锚拉杆。 2.3排桩支护

排桩支护是指队列式间隔布置钢筋混凝土挖孔，钻（冲）孔灌注桩，预制桩，作为主要的挡土结构，其结构形式可分为悬臂支护或单锚杆，多锚杆结构，布桩形式可分为单排或双排布置。桩的嵌固深度、桩径和配筋根据坑深、支撑布置和周围环境要求等计算确定。排桩中应用最广泛的是钻孔灌注桩。一、二、三级基坑皆可应用。一般当基坑深6~10m且周围环境要求不高时多考虑采用。悬臂式支护适用于开挖深度不超过10米，粘土层不超过8米砂性土层，以及不超过5米的淤泥质土层。 2.4土钉墙支护

土钉墙支护是近年来发展起来的用于土体开挖和边坡稳定的一种技术。由于施工可靠且

施工快速简便，施工机械化程度要求不高，已在许多国家中迅速推广和使用，所谓\土钉\就是置入于现场原位土体中以较密间距排列的细长金属杆件，通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆体。土钉通长与周围土体接触，依靠接触界面上的粘结力和磨擦力与周围土体形成一个结合体，在土体发生变形的条件下被动受力，且主要通过受拉工作对土体进行加固。 2.5锚杆或喷锚支护

锚杆与土钉墙支护相似，将锚杆锚入稳定土体中，外墙与支护结构连结用以维护基坑稳定的受拉杆件，并施加预应力。锚杆可与排桩，地下连续墙，土针墙，其他支护结构联合使用，不宜用于有机土，液限大于50%的粘土层及相对密度少于0.3%的砂土。喷锚支护是从隧道岩石锚杆引入的一种新型基坑支护技术，当深基抗邻近有建（构）筑物，交通干线或地下管线影响，基坑不能放坡开坑时，采用喷锚支护可以支承挡土墙，维护坑壁稳定，简化坑内支撑，改善施工条件。 2.6 拱圈支护结构

拱圈分闭合拱和非闭合拱，拱圈形成包括圆拱、椭圆拱和二次曲线拱。这种拱圈挡土能承受水平方向的土压力，因拱的内力以受压力为主，弯距很少，能充分发挥混凝土抗压强度高的特性。施工方便，施工机械化程度要求不高，施工速度较快。施工现场要适合拱圈布置，构造应符合圆环受力特点。要特别注意的是拱脚的稳定性，并对其稳定性要有可靠的保证措施。

2.7地下连续墙支护

地下连续墙是在深层地下浇注一道钢筋混凝土墙，既可起挡土护壁，又可起隔渗作用，还可以成为工程主体结构的一部分，也可以代替地下室墙的外模板。地下连续墙也可简称地连墙，地连墙施工是利用特制的成槽机械，在泥浆护壁的情况下，开挖一定深度的沟槽，然后吊放钢筋笼，浇筑混凝土，施工时，可以分成若干单元（5~8米为一段），然后将各段进行接头连接，形成一通地下连续墙。但其缺点为要用专用设备施工，施工机械化程度要求较高，单体施工造价高；其优点为各种地质条件，及复杂的施工环境适应能力较强，施工不必放坡，不用支撑。国内地下连续墙的深度可达36米，壁厚1米。 2.8逆作法支护

逆作法的施工工艺和一般正常施工相反，一般基坑施工先挖至设计深度，然后自下向上施工到正负零标高，然后再继续施工上部主体。逆作法是先施工地下一层（离地面最近的一层），在浇完一层楼板时，进行养护，在养护期间可以向上部施工主体，当第一层楼板达到强度，可以继续施工地下二层（同时向上方施工），此时的地下主体结构梁板体系，就可作为挡土结构的支撑体系，地下室的墙体又是基坑的护壁。这时梁板的施工只需在地面上挖出坑槽放入模板钢筋，不设支撑，在梁的底部将伸出筋插入土中，作为柱子钢筋，梁板施工完结再挖土方施工柱子。第一层楼板以下部分由于楼板的封闭，只能采用人工挖土，可利用电梯间作垂直运输通道。这种支护方法使挡土结构变形较少，节省临时支护结构。并且可以避免由于装拆临时支撑造成的土体变形。适用于较深基坑，对周边变形有严格要求的基坑。要预先做好施工组织方案，及各结构节点的处理。

以上介绍了目前我国大部分地区采用的基坑支护结构，我们要根据深基坑深度、施工现场的地质条件以及施工现场周围的环境等选择基坑支护施工方案。 3、深基坑工程存在的问题

基坑支护工程的设计与施工,既要保证整个支护结构在施工过程中的安全，又要控制结构和周围土体的变形，以保证周围环境(相邻建筑物和地下公共设施等) 的安全。因此，如何确保基坑工程的安全可靠、经济合理、实用可行是当前现代化城市建设中一个非常重要的问题。特别是在近年来，随着大基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多。下面将就深基坑工程存在的几个问题进行讨论：

3.1 设计阶段存在的问题

3.1.1基坑工程结构选型不合理

分析众多深基坑支护工程事故发生的原因，其中最主要的还是基坑工程结构选型不合理，考虑的因素不够全面。总体来说，深基坑工程的支护结构大致可以分为桩式和墙式两种，而桩式的支护结构又可以分为连续的板桩结构和分离的排桩结构，板桩结构因为它的特点目前使用较少，而分离的排桩目前大量地运用在无地下水或者允许坑外降水或者设置止水帷幕的工程。墙式支护结构一般采用钢筋混凝土地下连续墙。同时深基坑支护结构的设计与施工不同于上部结构，通过对大量深基坑支护工程选型的实例总结。 3.1.2基坑工程结构设计土压力的确定

基坑支护结构设计计算包括外力（土压力及地基超载） 和支护结构内力（弯矩和剪力）、支撑体系的设计计算、基坑整体稳定性和局部稳定性、地基承载力、支护结构顶部位移、结构和地面的变形以及软弱土层的局部加固、对相邻建筑的影响等诸方面的计算。近年来，随着岩土力学理论的发展，提出了多种计算理论和方法,目前的支护结构设计中,一般都以古典的库伦公式或朗肯公式作为计算土压力的基本公式。由于土的物理力学指标的空间各向异性，导致使用这些力学指标时的不确定性。而土压力的计算近年来一直在岩土工程界存在着激烈的争论，争论的焦点有二个：一是古典的库伦公式或朗肯公式计算土压力的适用性问题二是水土压力的分算与合算问题。 3.2 施工阶段存在的问题

深基坑工程数量，规模，分布急剧增加，导致深基坑施工技术以及在施工过程中现场监测技术等还有待尽快提高,而且施工管理不力，施工资质限制不严,所以在施工中暴露出来许多问题值得注意.搞好基坑挖土还需要施工、业主、设计及监测各方面配合和协作。 基坑施工中地下水的处理不当

基坑施工中，地下水的处理是一个难点，因土质与地下水位的差异，基坑开挖施工的方法也随之不同，尤其是在沿海等高水位地区或者表层滞水很丰富的地区，深基坑工程施工中地下水的处理基本是整个工程成败的关键.调查表明，过去几年内我国深基坑挡土支护体系失效或部分失效导致的安全问题和环境问题约占工程总量的10 %～15 % ,高地下水位软土地区可达20 % ，个别地区失效率更高。这些事故，有的后果十分严重，不仅给国家造成了很大的经济损失，而且还造成了不必要的人员伤亡、延误工期以及影响周围居民的正常生活等负面效应损害了施工企业的形象.造成这些事故的一个主要原因是与地下水治理不当有关。

所以，在很多失败的深基坑工程中，有很多是因为基坑施工中地下水的降排水没有处理好，排水主要解决上部土层的滞水和降雨积水的疏排,降水包括采用轻型井点、喷射井点和深井井点降水等.降低地下水位可能引起地面沉降,将对环境造成不良影响，尤以深井降水影响最大。 信息化施工的程度不高

由于深基坑工程的地质条件复杂多变，加之特殊的受力特点，使其在工程设计阶段的预估值与其在施工过程中的实际值存在一定的差异。因此，深基坑工程的安全不仅取决于合理的设计、施工，而且取决于贯穿在工程设计、施工全过程的安全监测.安全监测是深基坑工程安全的重要保证条件之一，基坑监测与工程的设计、施工也被称为深基坑工程施工的三大基本要素。基坑工程在发生事故前或多或少都有预兆，因为基坑工程支护结构的破坏要经历一个由量变到质变的过程，通过信息化施工可以不断优化设计方案,确保基坑开挖安全可靠而又经济合理.基坑信息化施工是指将所采集的信息，经过处理后与预测结果比较，通过反分析推求较符合实际的土质参数，并利用所推求的土质参数再次预测下一施工阶段围护结构及土体的性状，又采集下一施工阶段的相应信息。如此反复循环，不断采集信息，不断修改设计并指导施工，将设计置于动态过程中.通过分析预测指导施工，通过施工信息反馈设计，使设计及施工逐渐逼近实际从而排除险情,实现最佳工程.这是一项很有发展前途的新技术，具有代

价小成效大的优点，目前在一些工程中已初步应用。

目前仍没有进入普及阶段关键是如下两个原因：（1）专家匮乏；（2）反馈信息速度慢。但是随着计算机技术进步和科技的发展，这些问题一定会迎刃而解。 4 、深基坑工程的发展展望

随着基坑工程数量和深度的不断增加,基坑工程的设计和施工技术日益更新,不断出现各种新的基坑支护的结构类型与施工工艺从而促进了基坑工程的设计理论和计算方法. 4.1深基坑支护结构选型应该更加合理

众所周知,深基坑地基土的类别,地下水位的高低,以及周边环境等都是深基坑支护结构选型时需要考虑的十分重要的因素,如果支护结构型式选择合理,就可以做到整个基坑以及整个建筑物的安全可靠,还可以带来可观的经济与社会效益;但是如果支护结构型式选择不合理,不但会危急基坑以及整个建筑物的安全,还会影响周边环境,所以今后深基坑工程发展的一个必然趋势就是如何使支护结构选型更加合理。 4.2新技术的大量运用

新技术的普及推广也是深基坑工程的一个发展趋势

（1） 土层人工冻结围护深基坑技术是利用软土含量高的特点,在拟开挖的场地周围土体中插入冻结管,通过冻结土体形成具有一定结构强度的墙体,以此作为基坑施工的围护结构.该技术具有土体强度提高幅度大、良好的防渗性能、适应性强、环境影响小及造价低于常规方法等优点。该方法设计中可实现冻结管布设、温度及墙体厚度的优化配置. 目前国内许多应用常规支护方法施工的基坑都不同程度地出现过基坑倒塌失稳事故,造成了巨大经济损失。而人工冻结施工的冻结墙体兼具有结构强度和防渗性双重作用, 对于挖坑较浅,方便于常规支护方法的基坑,冻结法的效益不十分显著;但对于挖深超过10 m 的深基坑,其造价显著低于常规方法,而且效果甚好,此方法在国外广泛使用, 目前国内还尚未采用,应该在国内大力推广,以促进我国的基坑工程技术的发展。

（2）SMW特殊工法

于20世纪70年代在日本问世的SMW ( SoilMixingWall)工法,又称劲性水泥土搅拌桩,是把水泥土的止水性能和芯材(一般为H型钢,也可为混凝土等其他劲性材料)的高强度特性有效地组合而成的一种抗渗性好、刚度高、经济的围护结构,具有很大的经济潜力.国内的研究与应用也取得了一定的进展.SMW 工法是在深层搅拌桩和地下连续墙工法基础上发展起来的,同其它围护型式相比,具有大壁厚、大深度、技术经济指标好、环保等优点,广泛用于地下建筑基坑围护、地下坝、地下处理场、环境保护工程等许多领域。

尽管SMW工法挡土墙构造简单,但其受力机理却相当复杂,目前,对SMW工法形成的H型钢和水泥土这种复合材料的工作机理认识不足,不能从一个客观的理论角度来分析该组合结构的工作机理.如何考虑桩体组合结构的复合刚度,在确保工程安全性的基础上最大限度利用水泥土的刚度贡献是工程设计中的一个难点.我认为SMW工法应该在以下几个方面进行深入研究:首先,型钢- 水泥土间的相互作用关系。包括型钢-水泥土接触界面摩擦、滑移及水泥土失效机理,SMW组合结构从共同协调作用到水泥土开裂破坏演化过程与演化机理。其次，建立更符合工程实际的H型钢拔出力的物理模型,考虑由于侧向水土压力作用而在型钢- 水泥土接触面上存在弯曲变形阻力,分析H型钢的拔出作用机理,以及SMW 工法在软土地区深大基坑工程中的应用技术研究。

（3）信息化施工技术

由于技术人员与资金等方面的不足,信息化施工没有遍布在基坑工程的各个角落.但是鉴于深基坑工程事故的增多,以及由此造成的严重的损失,所以在今后应该大力普及信息化施工.实现信息化施工可以通过计算机对基坑施工过程中的变形进行监测,它可以提供施工过程中支护体系及环境的受力状态以及变形数据,并且可以及时反馈数据,通过分析数据,适时地进

行加固,可以实现毫米级的变形控制,通过这样毫米级的变形控制,就可以保证基坑工程的稳定安全,发挥它的真正作用。 5 结语

深基坑工程是一个很有发展潜力的工程，不断增加的工程数量，复杂多变的工程环境为深基坑的发展提供了一个广阔的舞台。本文主要针对近年来出现的深基坑工程中的问题进行了讨论,以及对深基坑工程今后的发展进行了展望.为了满足社会主义现代化建设的需要,相信在以后的基坑工程实践中,随着支护理论的不断发展和支护技术的不断进步,新技术的不断推广,基坑工程技术水平将会不断提高和发展，深基坑工程必将日益完善。

参考文献

1 刘建航，侯学渊. 基坑工程手册（第二版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2009. 2 赵志缙，应惠清. 简明深基坑工程设计施工手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2000. 3 陈辉. SMW工法中型钢- 水泥土共同作用的研究[D ]. 天津:天津大学, 2003.

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