软土地区深基坑开挖与支护设计分析

软土地区深基坑开挖与支护设计分析软土地区深基坑开挖与支护设计分析上海应用技术学院城建学院（土木工程专业）一、绪论在20世纪30年代，Terzaghi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，基坑工程在我国进行广泛的研究是始于80年代初，那时我国的改革开放方兴未艾，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90年代，大多数城市都进入了大规模的旧城改造阶段，在繁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，比如，金茂大厦和环球金融中心等超高层建筑的建成；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。

深基坑是土木施工技术的特定的主题，尤其是对于软土地区。

21世纪是中国建设彰显活力的伟大时机，对于沿海地区更甚，而中国如何在土质环境不好的条件下更好的发展建设，基础是根本，俗话说的好，基础不牢，地动山摇，而深基坑是基础中的薄弱环节，所以国家和专业人士需要关注深基坑，作为土木专业学生的我们有责任、有必要去关注和学习土木工程施工，了解土木工程施工的具体流程以及研究所带来的问题，以寻求解决土木工程施工问题的方法，为土木施工的发展贡献自己微薄的力量。

因此，我选择软土地区深基坑开挖与支护作为我研究的课题，但何谓深基坑和软土地区呢？深基坑的定义：建设部建质200987号文关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》规定：一般深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。

也就是说，一般定义深基坑为：底面积在27平方米以内（不是20），且底长边小于三倍短边，开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。

目前由于土地资源趋紧，高层建筑不断涌现，城市土地利用对提高容积率的需要以及建筑结构及功能上的要求，地下工程已由过去的一层发展到二层或三层，开挖深度也相应增加。

目前在软土地区深基坑支护方法较多，但问题也不小。

本文通过深基坑开挖、支护设计分析，揭示在软土地区进行深基坑支护设计的特点及难点，并提出了设计、施工防止措施。

2011年3月19日下午1时35分左右，正在西宁市商业巷南市场佳豪广场工程基坑内地坪下12米左右做支护的8名工人被埋在突然坍塌的边坡下，经过救援人员4个多小时的挖掘，8名工人被发现全部死亡。

事故发生当晚，西宁市立即成立由市安全生产监督管理局牵头的事故调查组，对事故原因展开全面调查。

专家在调查中发现，事故现场沙砾层中的锚杆长度未达到设计要求，钢管锚杆设计长度为3－5米，而他们在事故现场随机抽样三根钢管平均长度仅为1．82米，最长的为1．93米，最短的仅有1．64米。

同时，原设计方案中，基坑开挖前要先在边缘打下竖向超前微型柱，起到支撑与固定作用，但是经现场查看证实没有做。

此外，边坡上喷射的混凝土面设计厚度为80毫米，现场随机抽查实际为55－66毫米。

而基坑上部边缘，施工单位设置的临时彩板房，也增加了地面的堆载。

专家还认为，事故发生前，西宁气温回升较快，土体解冻，土质松动，加之事故发生时，正值进行底部护坡施工和采取加固措施，须用冲击锤产生较大的震动，对土体有一定的扰动，也是造成坍塌的诱因。

这个事件的报道引起全国亿万人民的强烈反响，也引起了我们对深基坑开挖与支护问题的关注与思索。

二、研究现状收集前期准备：1、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1/10，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，1980~1989年10年间，我国新建高层建筑1000余幢，1990年~1999年10年间，全国新建的高层建筑超过9000幢，适当发展多层和高层，向空中和地下发展，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关注。

2、基坑开挖与支护状况具有以下特点:①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，即使在大城市建1~2层地下室也不普遍，中等城市更为少见。

现在在大城市、沿海城市，尤其是特区，地下3~4层已很寻常，5~6层也有。

因此，基坑深度多大于10m。

②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。

③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。

④基坑围护方法多诸如人工挖孔桩、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。

⑤基坑工程事故多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，坑深的更出毛病。

有的地区基坑工程成功率大体仅为1/3，另有2/3是出了工程事故的，或多少有毛病的，其结果是,给国家造成巨大经济损失,影响居民安定生活,造成市政交通堵塞,危及四方。

三、资料分析1、深基坑土方开挖深基坑挖土是基坑工程的重要部分，对于土方数量大的基坑，基坑工程工期的长短在很大程度上取决于挖土的速度。

另外，支护结构的强度和变形控制是否满足要求，降水是否达到预期的目的，都靠挖土阶段来进行检验，因此，基坑工程成败与否也在一定程度上有赖于基坑挖土。

在基坑土方开挖之前，要详细了解施工区域的地形和周围环境；土层种类及其特性；地下设施情况；支护结构的施工质量；土方运输的出口；政府及有关部门关于土方外运的要求和规定（有的大城市规定只有夜间才允许土方外运）。

要优化选择挖土机械和运输设备；要确定堆土场地或弃土处；要确定挖土方案和施工组织；要对支护结构、地下水位及周围环境进行必要的监测和保护。

基坑工程的挖土方案，主要有放坡挖土、中心岛式（也称墩式）挖土、盆式挖土和逆作法挖土。

前者无支护结构，后三种皆有支护结构。

①放坡挖土放坡开挖是最经济的挖土方案。

当基坑开挖深度不大（软土地区挖深不超过4m；地下水位低的土质较好地区挖深亦可较大）、周围环境又允许时，经验算能确保土坡的稳定性时，均可采用放坡开挖。

开挖深度较大的基坑，当采用放坡挖土时，宜设置多级平台分层开挖，每级平台的宽度不宜小于1.5m。

放坡开挖要验算边坡稳定，可采用圆弧滑动简单条分法进行验算。

对于正常固结土，可用总应力法确定土体的抗剪强度，采用固结快剪峰值指标。

至于安全系数，可根据土层性质和基坑大小等条件确定，上海的基坑工程设计规程规定，对一级基坑安全系数取1.38~1.43；二、三级基坑取1.25~1.30。

快速卸荷的边坡稳定验算，当采用直剪快剪试验的峰值指标时，安全系数可相应减小20%。

采用简单条分法验算边坡稳定时，对土层性质变化较大的土坡，应分别采用各土层的重度和抗剪强度。

当含有可能出现流砂的土层时，宜采用井点降水等措施。

对土质较差且施工工期较长的基坑，对边坡宜采用钢丝网水泥喷浆或用高分子聚合材料覆盖等措施进行护坡。

坑顶不宜堆土或存在堆载（材料或设备），遇有不可避免的附加荷载时，在进行边坡稳定性验算时，应计入附加荷载的影响。

在地下水位较高的软土地区，应在降水达到要求后再进行土方开挖，宜采用分层开挖的方式进行开挖。

分层挖土厚度不宜超过2.5m。

挖土时要注意保护工程桩，防止碰撞或因挖土过快、高差过大使工程桩受侧压力而倾斜。

如有地下水，放坡开挖应采取有效措施降低坑内水位和排除地表水，严防地表水或坑内排出的水倒流回渗入基坑。

基坑采用机械挖土，坑底应保留200~300mm厚基土，用人工清理整平，防止坑底土扰动。

待挖至设计标高后，应清除浮土，经验槽合格后，及时进行垫层施工。

②中心岛（墩）式挖土中心岛（墩）式挖土，宜用于大型基坑，支护结构的支撑型式为角撑、环梁式或边桁（框）架式，中间具有较大空间情况下。

此时可利用中间的土墩作为支点搭设栈桥。

挖土机可利用栈桥下到基坑挖土，运土的汽车亦可利用栈桥进入基坑运土。

这样可以加快挖土和运土的速度（图1）。

图1 中心岛（墩）式挖土示意图1-栈桥；2-支架（尽可能利用工程桩）；3-围护墙；4-腰梁；5-土墩中心岛（墩）式挖土，中间土墩的留土高度、边坡的坡度、挖土层次与高差都要经过仔细研究确定。

由于在雨季遇有大雨土墩边坡易滑坡，必要时对边坡尚需加固。

挖土亦分层开挖，多数是先全面挖去第一层，然后中间部分留置土墩，周围部分分层开挖。

开挖多用反铲挖土机，如基坑深度大则用向上逐级传递方式进行装车外运。

整个的土方开挖顺序，必须与支护结构的设计工况严格一致。

要遵循开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的原则。

挖土时，除支护结构设计允许外，挖土机和运土车辆不得直接在支撑上行走和操作。

为减少时间效应的影响，挖土时应尽量缩短围护墙无支撑的暴露时间。

一般对一、二级基坑，每一工况挖至规定标高后，钢支撑的安装周期不宜超过一昼夜，混凝土支撑的完成时间不宜超过两昼夜。

对面积较大的基坑，为减少空间效应的影响，基坑土方宜分层、分块、对称、限时进行开挖，土方开挖顺序要为尽可能早的安装支撑创造条件。

土方挖至设计标高后，对有钻孔灌筑桩的工程，宜边破桩头边浇筑垫层，尽可能早一些浇筑垫层，以便利用垫层（必要时可加厚作配筋垫层）对围护墙起支撑作用，以减少围护墙的变形。

挖土机挖土时严禁碰撞工程桩、支撑、立柱和降水的井点管。

分层挖土时，层高不宜过大，以免土方侧压力过大使工程桩变形倾斜，在软土地区尤为重要。

同一基坑内当深浅不同时，土方开挖宜先从浅基坑处开始，如条件允许可待浅基坑处底板浇筑后，再挖基坑较深处的土方。