王永紅

（蘇州市建筑勘察院有限責(zé)任公司，江蘇 蘇州 215002）

上個(gè)世紀(jì)的四十年代，在一些國(guó)家的基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域開(kāi)始出現(xiàn)深基坑的概念。隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，基坑工程在整個(gè)施工過(guò)程中占有相當(dāng)重要的地位，尤其是深基坑支護(hù)技術(shù)在整個(gè)深基坑施工技術(shù)中更是重中之重，是保障施工質(zhì)量的基礎(chǔ)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的的快速發(fā)展，各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也越來(lái)越多，土地資源也日益緊張。為了提高建設(shè)用地的使用率，建筑物的地下空間就需要得到更加充分的利用，因此對(duì)于深基坑工程技術(shù)的要求也越來(lái)越高。除此之外，在巖土工程勘察中深基坑施工技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。面對(duì)日益復(fù)雜的施工環(huán)境，深基坑支護(hù)的安全性與可靠性也面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)。深基坑支護(hù)施工需要復(fù)雜的專業(yè)技術(shù)，在對(duì)深基坑進(jìn)行土方開(kāi)挖的過(guò)程中，由于深基坑支護(hù)的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致基坑內(nèi)部及外部的土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。進(jìn)而導(dǎo)致各類的施工事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)影響。因此在兼顧經(jīng)濟(jì)性與安全性的前提下，制定合理的深基坑支護(hù)方案，并根據(jù)深基坑的施工環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)與評(píng)價(jià)方法是深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向[1]。

1 巖土工程勘察中深基坑支護(hù)技術(shù)特點(diǎn)

深基坑支護(hù)工程一般是指開(kāi)挖深度達(dá)到五米或五米以上，地下室層數(shù)為三層以上的基坑土方支護(hù)工程?；油练介_(kāi)挖、支護(hù)、降水工程。部分工程的開(kāi)挖深度雖然未到5m，但由于施工條件十分復(fù)雜，其也可以視為深基坑支護(hù)工程。目前我國(guó)的深基坑支護(hù)工程的工程開(kāi)挖深度越來(lái)越深，隨著基坑的深度的加大，對(duì)于相關(guān)設(shè)計(jì)與施工的要求也就更高。另外由于深基坑工程與周邊建筑物的距離越來(lái)越近，在施工過(guò)程中一旦出現(xiàn)設(shè)計(jì)或施工問(wèn)題，勢(shì)必會(huì)對(duì)周邊的建筑物產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致更大的損失。另外基坑不但在深度上逐漸加大，基坑的施工規(guī)模也越來(lái)越大。面對(duì)尺寸較大的基坑，對(duì)于其支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工的要求也相對(duì)較高。如何布置支撐系統(tǒng)、如何控制圍護(hù)墻的移動(dòng)以及如何避免基坑底部的隆起等，都需要進(jìn)行考慮。最后，由于各類基礎(chǔ)設(shè)施和其他工程項(xiàng)目越來(lái)越多，基坑施工的場(chǎng)地也越來(lái)越小，這就提高了施工的難度。只有對(duì)施工資源進(jìn)行高度的整合，才能使施工項(xiàng)目順利進(jìn)行。

目前，由于深基坑工程的設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題引起的工程事故有許多，其發(fā)生事故的原因也是多種多樣的。首先深基坑工程在施工過(guò)程中會(huì)對(duì)周圍的土體產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，從而造成周圍土壤的不均勻下沉。例如基坑墻體的移動(dòng)，基坑底部回彈與隆起，抽水引起的砂土損失等等都是造成土壤的不均勻下沉的原因。此外在施工過(guò)程中深基坑支護(hù)體系的破壞也會(huì)造成各類事故的發(fā)生。較為常見(jiàn)的深基坑支護(hù)體系的破壞包括基坑圍護(hù)的斷裂、基坑圍護(hù)失穩(wěn)、踢腳線損壞以及內(nèi)支撐穩(wěn)定性的破壞等等。在施工過(guò)程中的強(qiáng)降雨和土體滲透造成的坑壁流土、坑底突涌和管涌等，也會(huì)造成基坑工程的破壞。嚴(yán)重的降雨還會(huì)導(dǎo)致基坑附近的回填散土產(chǎn)生不均與沉陷，引起管網(wǎng)中的水直沖基坑邊坡，護(hù)樁和擋土墻發(fā)生垮塌。最后由于對(duì)工程和施工情況的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不夠，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與施工難以形成統(tǒng)一，也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的施工事故。這點(diǎn)對(duì)于巖土工程勘察過(guò)程中更加常見(jiàn)，對(duì)于膨脹地質(zhì)情況認(rèn)識(shí)不清而造成的計(jì)算模型和參數(shù)的選取錯(cuò)誤，以及在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中土體沿未探明的軟弱夾層或不利結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生破壞等都是由于設(shè)計(jì)與施工的不統(tǒng)一造成的[2]。

2 巖土工程勘察中常見(jiàn)的深基坑支護(hù)技術(shù)

2.1 放坡開(kāi)挖技術(shù)

放坡開(kāi)挖技術(shù)是指在施工過(guò)程中不設(shè)置保護(hù)結(jié)構(gòu)，直接在放坡的范圍內(nèi)進(jìn)行施工的技術(shù)。該技術(shù)僅適用于特定的施工環(huán)境，當(dāng)施工地點(diǎn)較為空曠且施工地的土質(zhì)較好時(shí)比較適合使用該種方法。在實(shí)際的深基坑開(kāi)挖時(shí)，一般需要采用多級(jí)放坡的方法。在多級(jí)放坡時(shí)，需要逐級(jí)計(jì)算多級(jí)邊坡的穩(wěn)定性與安全性。放坡開(kāi)挖的施工比較簡(jiǎn)便，施工工期短且施工成本低，可在無(wú)任何障礙的情況下進(jìn)行施工。但是在具體的施工過(guò)程中需要對(duì)放坡的坡面進(jìn)行防水保護(hù)，防止坡面出現(xiàn)滑坡的現(xiàn)象，同時(shí)需要避免因?yàn)榻邓鶎?dǎo)致的邊坡強(qiáng)度下降問(wèn)題。

2.2 內(nèi)支撐支護(hù)技術(shù)

內(nèi)支撐支護(hù)技術(shù)包括內(nèi)支撐和擋土結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分，利用擋土結(jié)構(gòu)來(lái)承受基坑內(nèi)部來(lái)自側(cè)向的壓力，利用擋土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度防止基坑內(nèi)出現(xiàn)坍塌問(wèn)題。由于基坑內(nèi)部土體與擋土結(jié)構(gòu)形成一個(gè)受力整體，因此其可以保持基坑的完整，確保工工的順利進(jìn)行。這種技術(shù)的適用范圍非常，可以應(yīng)用于不同土質(zhì)的工程施工中。同時(shí)該技術(shù)對(duì)基坑形變的控制極為嚴(yán)格，從而確保了基坑開(kāi)挖過(guò)程中的安全性。但是該技術(shù)的施工工期較長(zhǎng)，施工結(jié)束后對(duì)于內(nèi)支撐拆除的工作量較大。另外由于內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)需占用空間大，因此在設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)其布置進(jìn)行綜合考慮[3]。

2.3 連續(xù)墻技術(shù)

地下連續(xù)墻技術(shù)首先需要依據(jù)實(shí)地測(cè)量情況，沿著基坑周圍劃定好不同的溝槽，然后對(duì)溝槽進(jìn)行開(kāi)挖，形成長(zhǎng)約5m的一字型槽段。根據(jù)具體的施工情況對(duì)溝槽側(cè)壁進(jìn)行加固形成連續(xù)的墻體，也就是連續(xù)墻。連續(xù)墻技術(shù)安全可靠，同時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的破壞較小。該技術(shù)適用于大多數(shù)土質(zhì)，但是當(dāng)土層中夾有堅(jiān)硬石塊時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖效率降低。

2.4 拉錨支護(hù)技術(shù)

拉錨支護(hù)由基坑支護(hù)和拉錨固定兩個(gè)部分組成。其中基坑支護(hù)采用之前介紹過(guò)的幾種支護(hù)結(jié)構(gòu)，而拉錨固定可以選擇分為地面拉錨或錨桿進(jìn)行固定。地面拉錨由于需要設(shè)置錨樁和錨固物，因此在設(shè)置時(shí)需要有充足的施工場(chǎng)地，這點(diǎn)也限制了地面拉錨得應(yīng)用范圍。而錨桿則需要地基提供一定的錨固力，因此錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于較密實(shí)和堅(jiān)硬土層，在軟土層使用時(shí)需慎重。拉錨支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是其可靠性較高，便于施工且施工成本低。

2.5 排樁支護(hù)技術(shù)

排樁支護(hù)技術(shù)是在基坑周圍以規(guī)定的形式設(shè)置多個(gè)樁體，通過(guò)樁體的特殊分布規(guī)律形成排樁形式的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。排樁支護(hù)技術(shù)主要針對(duì)施工過(guò)程由于施工空間的限制而無(wú)法使用其他支護(hù)結(jié)構(gòu)的情況。該技術(shù)適用性極強(qiáng)，當(dāng)開(kāi)挖深度在5m~10m時(shí)且基坑側(cè)壁的安全等級(jí)符合要求的情況下可以使用。排樁支護(hù)所使用的樁體的類型有許多種，其排列方式也可以分為柱列式、連續(xù)式以及多種形式組合排列等等。

2.6 土釘墻支護(hù)技術(shù)

土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種利用基坑內(nèi)土體進(jìn)行加固的支護(hù)結(jié)構(gòu)。該支護(hù)技術(shù)的結(jié)構(gòu)包括土體、土釘和混凝土面層組成。在實(shí)際施工中將土釘打入基坑邊坡的土體中，土釘與土體通過(guò)結(jié)合加固，保證邊坡的穩(wěn)定。由于這種方法施工簡(jiǎn)便，質(zhì)量控制相對(duì)容易，土釘墻支護(hù)技術(shù)被廣泛使用。特別是對(duì)于那些臨時(shí)設(shè)置的支護(hù)結(jié)構(gòu)，選用土釘墻支護(hù)技術(shù)比較適合。對(duì)于在地下水位以上或密實(shí)度較好的土層選擇土釘墻支護(hù)，可以充分發(fā)揮其施工簡(jiǎn)便、施工的特點(diǎn)。

2.7 重力墻支護(hù)技術(shù)

重力墻支護(hù)技術(shù)通過(guò)利用攪拌樁與土體之間的攪拌加固，在固定土體的同時(shí)，形成柱狀加固土，進(jìn)而形成重力支護(hù)結(jié)構(gòu)。其主要利用自身的重力來(lái)維持支護(hù)所承受的壓力，保持基坑的穩(wěn)定性。重力墻支護(hù)技術(shù)通常用于基坑深度小于5m的工程施工中。重力墻的穩(wěn)定性是靠墻體的摩擦阻力、墻體的重力以及開(kāi)挖面下方土體的被動(dòng)壓力，其能同時(shí)能保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性、抗傾覆性、抗滑移性等等。重力墻在施工過(guò)程中時(shí)不會(huì)對(duì)無(wú)側(cè)土體產(chǎn)生壓力，且對(duì)周邊環(huán)境影響小。同時(shí)重力墻在具備支護(hù)功能的同時(shí)還具備止水效果。但是這種支護(hù)結(jié)構(gòu)并不設(shè)置支撐，會(huì)產(chǎn)生較大的形變。

2.8 鋼板樁支護(hù)技術(shù)

鋼板樁支護(hù)主要是使用鋼結(jié)構(gòu)樁體，利用其特性對(duì)土體進(jìn)行固定與保護(hù)，支護(hù)的同時(shí)兼具擋水效果。鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)可以用于土質(zhì)較軟，且基坑深度在八米的范圍內(nèi)的施工項(xiàng)目中。鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)中的鋼板在施工結(jié)束之后可從土體中去出，并進(jìn)行循環(huán)與重復(fù)利用，降低施工成本。但是在施工進(jìn)行中，需要考慮鋼板對(duì)與施工地基與地表土壤的影響。另外這種技術(shù)會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲量，對(duì)附近居民的生活造成影響。

2.9 復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)

由于巖土工程勘察中面對(duì)的工程施工比較復(fù)雜，單一的基坑支護(hù)技術(shù)難以滿足施工的實(shí)際要求。為了選擇合理的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、保證施工安全，越來(lái)越多的工程項(xiàng)目選擇使用兩種或兩種以上的支護(hù)結(jié)構(gòu)組合，組成復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。選擇復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮各支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，從而在基坑內(nèi)形成一種新的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。

3 巖土工程勘察中深基坑支護(hù)技術(shù)分析

3.1 土壓計(jì)算分析

作用在基坑支護(hù)上的負(fù)荷主要為土壓力，在深基坑土方開(kāi)挖過(guò)程中需要精確地預(yù)估基坑支護(hù)所承受的土壓負(fù)載值，這對(duì)基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工具有重大的意義。土壓是指作用在擋土墻后的土體在其自重或外加負(fù)荷的作用下，對(duì)于墻體作用從而產(chǎn)生的壓力。由于土壓是深基坑支護(hù)的主要負(fù)荷，因此在基坑的設(shè)計(jì)中對(duì)于土的力學(xué)性質(zhì)、土壓力大小、方向和作用點(diǎn)等因素都要納入考慮之中。跟據(jù)土壓的大小與分布的規(guī)律，以及對(duì)墻體位移的影響可以將土壓分為主動(dòng)土壓、靜止土壓和被動(dòng)土壓三種。在工程實(shí)際中，通常利用庫(kù)侖土壓力和朗肯土壓力兩種理論對(duì)土壓力進(jìn)行計(jì)算分析。

3.2 深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)分析

目前，靜力平衡法是應(yīng)用較為普遍的一種計(jì)算深基坑穩(wěn)定性的方法。該方法根據(jù)作用在擋土墻前、后土壓力的不同，將土壓分為主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力兩種，并對(duì)不同土壓分別進(jìn)行分析。該方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算過(guò)程中所需要的假定條件較簡(jiǎn)單，但是當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)各參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，其計(jì)算結(jié)果難以做到準(zhǔn)確。另外在計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形以及內(nèi)力的過(guò)程中，彈性抗力法也被廣泛的使用。彈性抗力法是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的分析方法，其不僅完善了靜力平衡法中的不足之處，而且還改進(jìn)了其他算法中無(wú)法進(jìn)行擋墻內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力計(jì)算的不足，使得支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加的科學(xué)性和合理性。最后，隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，有限元分析法憑借著多樣靈活的特點(diǎn)得到廣泛的推廣。有限元分析法利用計(jì)算機(jī)夠?qū)?shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行模擬，通過(guò)計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確的分析各項(xiàng)影響深基坑支護(hù)的因素，同時(shí)將支護(hù)與土體進(jìn)行離散分析，較精確地反映出二者之間的關(guān)系，最終通過(guò)有限元方程式得以實(shí)現(xiàn)。這是一種能解決在實(shí)際基坑支護(hù)工程中產(chǎn)生各類問(wèn)題的有效方法[4,5]。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著我國(guó)在巖土工程勘察領(lǐng)域的施工技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，研究人員和相關(guān)從業(yè)者對(duì)于深基坑支護(hù)技術(shù)的理解也上升到了一個(gè)新的高度，也獲得了許多的研究成果。但是由于我國(guó)開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究起步較晚，目前仍有許多重要問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)需要解決。對(duì)于深基坑支護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、算法優(yōu)化、參數(shù)選擇和評(píng)價(jià)方式等方面的研究仍然比較欠缺。對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)勘察信息及時(shí)反饋到基坑的施工與監(jiān)測(cè)中，以及建立綜合施工難度、施工成本和施工工期等多個(gè)角度的深基坑支護(hù)評(píng)價(jià)體系，仍是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。因此為了避免由于深基坑支護(hù)技術(shù)中存在的缺陷而導(dǎo)致的工程事故，相關(guān)的研究人員以及從業(yè)者還要持續(xù)的投入到深基坑支護(hù)技術(shù)的研究中。為今后的工程施工實(shí)踐提供可靠的理論依據(jù)，確保施工過(guò)程的順利進(jìn)行。