深基坑支护技术现状及发展趋势(一)

基坑与边坡工程
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深基坑支护技术现状及发展趋势 （一）
李 钟
$""$"!） （中建西诺地下工程公司， 北京
［摘 要］ 本文综述了深基坑支护技术现状， 并指出该领域今后重点发展的方向和目标。 ［关键词］ 岩土工程 深基坑 支护结构
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典型支护结构特性及适用条件
空旷场地、 土质条件合适时可选择放坡基坑开挖法。除 此之外， 可按表" 选择适当的支护结构。
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基坑止水、 降水体系和排水措施
概述
为了保证土方开挖和地下室施工处于 “干” 状态， 常需要 通过降低地下水位或配以设置止水帷幕使地下水位在基坑底 面 ( ’ % * + ! ’ ( * 以下。降低地下水位也有利于基坑围护结
# 深基坑支护的目的与要求
确保坑壁稳定， 施工安全； !） 确保邻近建筑物、 构筑物和管线安全； "） 有利于挖土及地下室的建造； #） 支护结构施工方便、 经济合理。 $）
$ 基坑支护体系的选择原则
支护体系的选用原则是安全、 经济、 方便施工， 选用支护 体系要因地制宜。 安全不仅指支护体系本身安全， 保证基坑开挖、 地下结构 施工顺利， 而且要保证邻近建 （构） 筑物和市政设施的安全和 正常使用。 经济不仅是指支护体系的工程费用， 而且要考虑工期， 考 虑挖土是否方便， 考虑安全储备是否足够， 应采用综合分析， 确定该方案是否经济合理。 方便施工也应是支护体系的选用原则之一。方便施工可以 降低挖土费用， 而且可以节省工期、 提高支护体系的可靠性。 一个优秀的支护体系设计， 要做到因地制宜， 根据基坑工 程周围建 （构） 筑物对支护体系变位的适应能力， 选用合理的
! 我国深基坑工程的主要特点及存在的主要 问题
基坑是建筑工程的一部分， 其发展与建筑业的发展密切 相关， 而深基坑是充分利用土地资源的方式之一。由于我国 地少人多， 人均占有土地还不及全世界人均占有土地的 $ 0 为节约土地， 向空间要住房， 向旧房要面积， 许多高层建筑 $"， 拔地而起。据不完全统计， 我国新建 $/." 1 $/./ 年 $" 年间， 高层建筑 $""" 余幢， 全国新建的高 $//" 年 1 $/// 年 $" 年间， 向空中和地下发 层建筑超过 /""" 幢。适当发展多层和高层， 展， 是解决我国土地资源紧张的一条重要出路。 随着城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现， 深基坑 工程越来越多。同时， 密集的建筑物、 大深度的基坑周围复杂 的地下设施， 使得放坡开挖基坑这一传统技术不再能满足现 代城镇建设的需要， 因此， 深基坑开挖与支护引起了各方面的 广泛重视。 基坑开挖与支护问题已经和正在成 尤其是 /" 年代以来， 为我国建筑工程界的热点问题之一。基坑工程数量、 规模、 分 布急剧增加， 同时所暴露的问题也很多。总体来看， 目前我国 基坑开挖与支护状况具有以下特点： 基坑越挖越深。 $） 或为了使用方便， 或因为地皮珍贵， 或为了符合建管规定 及人防需要， 建筑投资者不得不向地下空间发展。过去， 即使 也不普遍， 中等城市更为少见。 在大城市建 $ 1 ! 层地下室， 现在在大城市、 沿海城市， 尤其是特区， 地下 % 1 2 层已很寻 常， 3 1 4 层也有。因此。基坑深度多大于 $"5。 工程地质条件越来越差。 !） 城市建设不像水电站、 核电站等重要设施那样， 可以在广 阔地域中选择优越的建设场地， 只能根据城市规划需要， 随遇 而安， 因此， 地质条件往往较差。这一点在某些沿海经济开发 区较为突出。有些开发区位于填海、 填湖、 淤河、 泥塘或沼泽 地， 工程地质条件十分复杂。 基坑四周已建或在建高大建筑物密集或紧靠重要市政设 %） 施大兴土木不仅要确保本身基坑稳定， 更不能殃及池鱼。 ） 基坑围护方法多。 2 诸如人工挖孔桩、 预制桩、 深层搅拌桩、 地下连续墙、 钢支 撑、 木支撑、 砂袋堆撑、 拉锚、 抗滑桩、 注浆、 喷锚网支护法， 各 种桩、 板、 墙、 管、 撑同锚杆联合支护法， 以及土钉墙法等等， 应 有尽有， 各显神通。 基坑工程事故多。 3） 此问题目前在建筑界显得异常突出， 以致很难举出哪个 地区、 哪个大城市或特区已建基坑工程近年来不出毛病的例 子。地质条件较好的地区 （如北京） 出毛病， 地质条件差的地 区 （如上海、 海口、 惠州等） 更出毛病； 坑浅的出毛病； 坑深的更 另有 ! 0 % 是 出毛病。有的地区基坑工程成功率大体仅为 $ 0 %， 出了工程事故的， 或多少有毛病的。其结果是， 给国家造成巨
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基坑与边坡工程
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构的稳定性， 防止流土、 管涌、 坑底隆起引起破坏。对于渗透 基坑开挖过程中产生的少量积水采用明沟排水处理。 性很小的地基也可既不降低地下水位也不设置止水帷幕， 在 表 ! 典型支护结构的特性及适用条件
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深基坑支护结构分类
支护结构分挡土 （挡水） 及支撑拉结两部分， 而挡土部分 因地质水文情况不同又分透水部分及止水部分。透水部分的 挡土结构需在基坑内外设排水降水井， 以降低地下水位。止 水部分挡土结构主要不使基坑外地下水进入坑内， 如做防水 帷幕、 地下连续墙等， 只在坑内设降水井。 深基坑支护结构分类见表 !。 表 ! 深基坑支护结构分类表
$ 基坑工程发展概况
基坑工程是一个古老而又具有时代特点的岩土工程课 题。放坡开挖和简易木桩围护可以追溯到远古时代。事实 上， 人类土木工程的频繁活动促进了基坑工程的发展。特别 随着大量高层、 超高层建筑以及地下工程的不 是在 !" 世纪， 断涌现， 对基坑工程的要求越来越高， 随之出现的问题也越来 越多， 迫使工程技术人员须从新的角度去审视基坑工程这一 古老课题， 导致许多新的经验、 理论或研究方法得以出现与成 熟。 在 !" 世纪 %" 年代， &’()*+,- 等人已开始研究基坑工程中 的岩土工程问题。在以后的时间里， 世界各国的许多学者都 投入研究， 并不断地在这一领域取得丰硕的成果。基坑工程 那时我国的改革开 在我国进行广泛的研究是始于 ." 年代初， 放方兴未艾， 基本建设如火如荼， 高层建筑不断涌现， 相应地 基础埋深不断增加， 基坑开挖深度也就不断发展； 特别是到了 大多数城市都进入了大规模的旧城改造阶段， 在繁 /" 年代， 华的城区内进行深基坑开挖给这一古老课题提出了的新的内 容和挑战， 那就是如何控制深基坑开挖的环境效应问题， 从而 进一步促进了深基坑开挖技术的研究与发展， 产生了许多先 进的设计、 计算方法， 众多新的施工工艺也不断付诸实施， 出 现了许多技术先进的成功工程实例。然而不容回避的事实 是， 由于基坑工程的复杂性以及设计、 施工的不当， 基坑工程 发生事故的概率仍然很高。 任何一个工程方面的课题的发展都是理论与实践密切结合 并不断相互促进的成果。基坑工程的发展往往是一种新的支护 型式的出现带动新的分析方法的产生， 并遵循实践、 认识、 再实 践、 再认识的规律， 而走向成熟。早期的开挖常采用放坡的形式， 后来随着开挖深支护的增加， 放坡面空间受到限制， 产生了支护 开挖。迄今为止， 支护型式已经发展至数十种。从基坑支护机理 来讲， 基坑支护方法的发展最早有放坡开挖， 然后有悬臂支护、 内 支撑 （或拉锚）支护、 组合型支护等。放坡开挖需要场地有较大 的空间， 且开挖土方量较大。在场地周围条件允许的情况下， 放 坡开挖至今仍然不失为基坑支护的好方法； 悬臂支护是指不带内 支撑或拉锚的支护结构， 其可以通过设置钢板桩或钢筋混凝土桩 形成支护结构。另外， 悬臂支护结构也可以通过对基坑周围土体 进行加固改良形成， 如水泥土重力式挡墙结构； 为了改善悬臂式 支护结构的受力性能和变形特性， 满足较深基坑支挡土体的要 求， 发展了内撑式支护和拉锚式支护结构； 为了挖掘支护结构材 料的潜在能力， 使支护结构型式更加合理， 并能适合各种基坑型 式， 综合利用 “空间效应” ， 发展了组合型支护结构型式。 支护结构最早用木桩， 现在常用钢筋混凝土桩、 地下连续 墙、 钢板桩以及通过加固改良基坑周围土体的方法形成水泥 土挡墙、 土钉墙等。钢筋混凝土桩设置方法有钻孔灌注桩、 人 工挖孔桩、 沉管灌注桩和预制桩等。
支护型式， 进行支护结构体系设计。相同的地质条件， 相同的 挖土深度， 允许围护结构变位量不同， 满足不同变形要求的不 同的支护体系的费用相差可能很大。优秀的设计， 应能较好 地把握支护结构安全变位量， 使支护体系安全， 周围建筑物不 受影响， 费用又小。 支护体系一般为施工过程中临时构筑物， 设计中不宜采 用较大的安全系数， 但适当的安全储备还是需要的。安全系 对一个工程不一定出问题； 但宏观地看， 对一个地 数取 ! ’ (， 区， 工程事故数量就可能不少。从安全与经济两方面考虑， 可 以在采用较小的安全储备条件下， 在施工过程中加强监测， 并 备有应急措施， 以保证在事故苗头出现时， 采取措施， 确保安 全施工。 一般讲， 软粘土地基中基坑工程要侧重处理支护体系围 护结构的稳定性问题， 或者说处理好挡土问题； 地下水位较高 的砂性土地基中基坑工程要侧重处理好水的问题， 如何降低 地下水位， 如何设置好止水帷幕， 软粘土地基中基坑工程支护 体系失稳往往是支护结构失稳。引起支护结构失稳的原因很 多， 有设计方面的原因， 也有施工方面的原因， 也有对地质条 件了解不清楚的原因。但原理性错误， 也经常遇到。渗透性 较大的地基中基坑工程支护体系失败往往是水的问题未处理 好。要根据地基土质情况合理选用支护体系。
［收稿日期］ ［责任编辑］ 王延忠。 !""" # $" # $$；
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万方数据
第$卷
第!期
岩土工程界
基坑与边坡工程
大经济损失， 影响居民安定生活， 造成市政交通堵塞， 危及四 邻安全， 投诉四起， 新闻跟踪， 打不完的官司， 扯不完的皮， 做 不完的检查， 开不完的事故分析会， 使有关勘察、 设计、 施工、 监理工程技术人员及质检、 建管部门压力如山。 综合起来， 目前存在的主要问题有以下几个方面： 深基坑技术有待尽快发展提高， 以适应当前工程的需要。 !） 当前深基坑开挖支护工程已发展到以深、 大、 复杂为特点的 新时期， 特别是沿海地区， 地下水位较高， 深基坑工程施工工艺的 改进等问题， 均有待于进一步的研究和尽快发展。 ） 一些基坑工程设计质量较低， 是发生事故的主要原因。 " 一些部门误认为深基坑开挖支护工程是施工部门的事， 无 需设计资质， 设计院及岩土工程部门介入较少， 设计大多是由施 工单位自己完成， 由于设计人员的技术水平参差不齐， 参数取值、 计算方法无章可循， 使一些工程设计缺陷多、 隐患较大， 盲目挖 潜， 以致造成安全储备过低， 发生严重工程事故， 或盲目增加安全 系数造成严重浪费。 施工混乱， 管理不力， 对属于岩土工程的地下施工项 #） 目， 资质限制不严格， 基坑支护工程转手承包较为普遍， 少数 施工单位不具备技术条件， 人力、 物力等基本素质较差， 为了 追求利润或为迁就业主， 随意修改工程设计， 降低安全度。现 场管理混乱， 以致出现险情时惊慌失措。 质量检验方面也有不少问题。 $） 基坑支护结构的质量检测、 验收方法也无章可循， 给基坑支 护结构的质量监督和质量评价带来困难， 没有针对基坑支护工程 特点建立竣工验收的质量管理体系， 检测部门资质混乱。 深基坑工程对工程勘察有特殊要求。 %） 基坑工程勘察工作十分重要， 但许多勘察单位常常忽略 对基坑环境地质的勘察， 专门针对基坑的工程地质及水文地 质的勘察重视不够， 对各种计算参数的试验方法及取值也缺 乏科学性或不符合现场实际情况， 对于费时费力的现场试验 及原位测试工作较少进行， 有些勘察深度和勘察点的布置不 符合基坑工程要求， 以致给设计、 施工带来困难和隐患。 监理工作的问题。 &） 目前监理工作在人力、 技术等方面还很不适应深基坑工 程的特殊要求， 要把对基坑工程的监理作为整个建筑工程监 理的一个重点。