湖北省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院  袁內(nèi)鎮(zhèn)

一、深基坑工程的定義

基坑工程深淺的界定無明確的法定解釋。有的基坑開挖深度雖然不大，由于土層軟弱，在開挖深度3m左右時(shí)，同樣也發(fā)生事故，因此，不能單以開挖深度來解釋深基坑或一般基坑的定義。

深基坑工程以三個(gè)因素綜合判定其安全等級(jí)，第一個(gè)因素是巖土工程條件(包括工程地質(zhì)及水文條件)，第二是開挖深度，第三是周邊環(huán)境及坑內(nèi)環(huán)境條件。同一基坑可根據(jù)周邊不同情況劃分為幾個(gè)不同安全等級(jí)的區(qū)段。安全等級(jí)共分三個(gè)等級(jí)，不同等級(jí)的基坑，其支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形要求不同，計(jì)算中的安全系數(shù)(分項(xiàng)系數(shù))也不等。

開挖深度根據(jù)基礎(chǔ)型式、大小、周邊地形變化等因素確定，湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程技術(shù)規(guī)程》DB42/159-2005給出了具體的計(jì)算方法。

考慮到深基坑工程受三個(gè)控制因素的影響，DB42/159-2005將開挖深度超過5m(含5m)，或深厚軟弱土層場地挖深超過3m(含3m)以及其他設(shè)有地下室的建筑物基坑工程納入基坑管理范圍，不再單一強(qiáng)調(diào)開挖深度的深淺。

二、基坑工程的特點(diǎn)

1、復(fù)雜性：基坑工程需考慮各種巖土和水的作用以及對(duì)周邊、坑內(nèi)環(huán)境保護(hù)問題，同時(shí)還應(yīng)考慮邊坡穩(wěn)定的時(shí)空效應(yīng)。

2、技術(shù)含量高：基坑工程涉及巖土工程、結(jié)構(gòu)工程及建筑施工等學(xué)科，其參數(shù)的選取、設(shè)計(jì)計(jì)算及施工均有較大難度。

3、高風(fēng)險(xiǎn)及事故突發(fā)性：基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在坑內(nèi)方向?yàn)榕R空面，一旦出現(xiàn)問題，在短時(shí)間內(nèi)即可造成災(zāi)難性后果。

4、地區(qū)性強(qiáng)：各地區(qū)巖土工程條件不同，基坑工程系統(tǒng)的研究和測試工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)踐，計(jì)算方法也不完善，因此設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)占有重要地位，應(yīng)強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)并實(shí)施信息化施工。

5、支護(hù)結(jié)構(gòu)多數(shù)情況為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)：支護(hù)結(jié)構(gòu)大多數(shù)情況是臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，少數(shù)情況為“二墻合一”或“三墻合一”。臨時(shí)性結(jié)構(gòu)有其合理的服務(wù)期，一般情況下服務(wù)期為一年至一年半，湖北省規(guī)定為一年半。因此基坑工程應(yīng)抓緊時(shí)間施工，防止長久停工惡化支護(hù)結(jié)構(gòu)工作條件。

6、造價(jià)昂貴：支護(hù)結(jié)構(gòu)不僅要抵抗巨大的土水壓力，有時(shí)還要設(shè)置防水帷幕，因此造價(jià)很高。沿基坑周邊每延長米的造價(jià)一般情況以下為4000～20000元，特別深大復(fù)雜的基坑，每延米造價(jià)高達(dá)10萬元左右。

7、市政工程的基坑多呈狹長狀，支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法與一般深基坑有差別，需要進(jìn)一步研究總結(jié)。

三、基坑事故的規(guī)律

1、深厚淤泥、淤泥質(zhì)土中的基坑工程事故多發(fā)。

2、基坑坑壁存在飽和粉土、粉細(xì)砂的場地，側(cè)壁流土、流砂和滲流破壞的事故時(shí)有發(fā)生。

3、在強(qiáng)度較高的老粘性土及土巖組合場地，常發(fā)生事故。

4、在深厚淤泥、淤泥質(zhì)土場地基坑開挖，常引發(fā)損壞工程樁的事故。

5、降雨天氣、特別是暴雨常引發(fā)基坑邊坡垮塌事故。

四、關(guān)鍵技術(shù)問題及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

1、深厚軟土中的深基坑問題

我省深厚軟土區(qū)多分布在長江、漢江一級(jí)階地、江漢平原及湖塘陸相沉積區(qū)，此類軟土具高含水量、低強(qiáng)度、觸變性和蠕變性。在此類地區(qū)的基坑工程事故多發(fā)，以邊坡整體失穩(wěn)伴隨坑底隆起引發(fā)的事故最為常見。

為節(jié)省投資，過去常采用水泥土重力式擋墻或復(fù)合噴錨的方式，進(jìn)行基坑支護(hù)，造成了多起重大事故，如天恒大廈、華氏大廈以及1996年控爆拆除的橋苑B棟18層樓，均屬深厚軟土區(qū)邊坡失穩(wěn)的典型事例。

經(jīng)過分析總結(jié)，近期采用了樁撐(樁端進(jìn)入相對(duì)好土層)、懸臂排樁加被動(dòng)區(qū)水泥土加固或樁撐加被動(dòng)區(qū)水泥土加固等支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，取得了良好的效果。

在深厚軟土區(qū)，除了選用上述合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式外，尚應(yīng)嚴(yán)格控制坑邊超載；仔細(xì)分析判斷基坑周邊軟土的不均勻性，分別選取合理計(jì)算參數(shù)并采取不同對(duì)策；制定合理的土方開挖方案等，方能確保安全。

2、土巖組合基坑

在基坑開挖深度范圍內(nèi)，上層為土層，下部為基巖時(shí)稱為土巖組合基坑。此類基坑往往由于土、巖強(qiáng)度較高，易誤認(rèn)為支護(hù)簡單、安全無虞。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)此種基坑上部老粘土遇水易軟化，土巖交界面常存在強(qiáng)風(fēng)化層、殘積土、紅粘土等，這些土層含水量大，穩(wěn)定性不好，易發(fā)生邊坡滑動(dòng)的事故。如武漢江天大廈、高校綜合樓、火炬大廈、華瑞大廈等均出現(xiàn)了嚴(yán)重問題。

為了防止上述事故的發(fā)生，應(yīng)采取以下措施：

⑴加強(qiáng)勘察工作，特別是對(duì)巖、土結(jié)合面的土層，應(yīng)查明其土性、含水量、坡度以及巖石產(chǎn)狀。

⑵一般采用噴錨、排樁、樁錨或上部噴錨(放坡)與排樁(樁錨)相結(jié)合的方法進(jìn)行支護(hù)。噴錨支護(hù)時(shí)不能完全按計(jì)算結(jié)果確定錨桿長度，應(yīng)適當(dāng)加長錨桿，錨桿長度不宜小于1.5倍基坑開挖深度。

開挖深度很大的基坑，則宜采用樁撐或地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的方案，如地鐵車站明挖支護(hù)。

⑶加強(qiáng)場地排水措施，防止土層浸水軟化。

⑷嚴(yán)格控制巖層的開挖方式，爆破施工時(shí)，嚴(yán)格控制裝藥量，坡腳附近禁止爆破。

⑸結(jié)合巖石產(chǎn)狀及巖性確定坡率，順向坡可將層面直接作為坡面。

⑹對(duì)于存在裂隙、斷層、巖溶等特殊情況的巖坑，應(yīng)制定特殊措施。

3、坑壁滲流及流土問題

當(dāng)坑壁存在飽和粉土、粉細(xì)砂或飽和粘性土與粉土粉細(xì)砂互層土?xí)r，在上層滯水或潛水的滲流作用下，坑壁流土、流砂對(duì)基坑工程的影響巨大。

坑壁流土、流砂往往是通過基坑側(cè)壁止水帷幕不嚴(yán)處及錨桿孔等通道使大量砂、土很快流入坑內(nèi)，造成坑周邊地面急劇下沉，坑外建筑物破壞。坑壁流土、流砂的范圍可波及坑外40m以外的距離。

坑壁流土、流砂在某些工程中雖未造成嚴(yán)重破壞，但造成了某些工藝的施工困難，如采用噴錨工藝時(shí)，由于坑壁土不能保持短期自穩(wěn)，無法進(jìn)行錨桿及噴射砼施工等。

武漢聲直大廈、紅日大廈、泰合廣場、世貿(mào)廣場、聯(lián)合大廈、新世紀(jì)廣場等基坑工程均不同程度地出現(xiàn)了事故和問題。

多頭攪拌的SMW工法施工的止水帷幕及地下連續(xù)墻是防止側(cè)壁流土的有效方法；當(dāng)基坑深度不大時(shí)采用高壓旋噴、擺噴或兩排以上水泥土攪拌樁(漿噴工藝)止水也是可行的方案。

4、承壓水的防治問題

在長江、漢江一級(jí)階地及江漢平原，深基坑工程常遇到承壓水威脅。由于該地區(qū)地層呈二元結(jié)構(gòu)，承壓水與江河水有直接聯(lián)系，水量大，處理困難。

由于承壓水處理不當(dāng)常引發(fā)管涌或突涌。管涌及突涌的過程承壓水將攜帶砂從坑底不斷涌出，基底土受到擾動(dòng)，承載力降低，如管涌、突涌得不到及時(shí)遏制，坑外土體在坑內(nèi)外水頭差的影響下，坑壁土產(chǎn)生滲流破壞而涌入坑內(nèi)，造成坑外地面下沉，危及周邊環(huán)境。

在我省深基坑發(fā)展初期，唯恐大量降水造成地面沉降，引發(fā)周邊環(huán)境破壞，因此，大多采用封堵的辦法以求安全，武漢廣場和世貿(mào)廣場分別采用四邊落底帷幕和五面圍封以及近期地鐵金色雅園站水平封底均未成功，少量的滲漏點(diǎn)足以造成施工難以進(jìn)行的局面。不得已在坑內(nèi)和坑外補(bǔ)打降水井，獲得成功，這種封降結(jié)合的方法可以減小對(duì)周邊環(huán)境的影響，但耗資巨大，僅在基坑面積較小，周邊環(huán)境特別緊張的情況下方宜采用，如地鐵青年路站只在換乘節(jié)點(diǎn)局部區(qū)段采用了連續(xù)墻落底垂直圍封輔助降水的辦法予以處理。

目前大多采用深井大降水的方案解決承壓水問題。對(duì)于開挖深度尚未揭穿隔水層的基坑，可采用降低承壓水頭，保證隔水層穩(wěn)定的減壓降水方法。此時(shí)可打少量深井進(jìn)行減壓降水，是一項(xiàng)成功的經(jīng)驗(yàn)。

規(guī)模較大的天一廣場、武漢會(huì)展中心、地鐵范湖車站、時(shí)代廣場等數(shù)以百計(jì)的工程均采用了大降水或減壓降水的方法獲得成功。

雖然大降水和深井減壓降水取得了成功，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但是長期大量抽水對(duì)環(huán)境的影響也是不容忽視的。

經(jīng)驗(yàn)表明，每深低1m承壓水頭，地面沉降約2～8mm，且波及范圍很廣。如位于軟土場地的萬松園小區(qū)，由于周邊多個(gè)深基坑降水的影響，整個(gè)小區(qū)整體下沉量超過140mm，但因降水水力漏斗的坡降很緩(一般在2‰以內(nèi))，地面下沉基本均勻，一般情況下不致影響周邊建筑物的正常使用，人也難以覺察。當(dāng)周邊建筑物結(jié)構(gòu)型式特殊，如主樓采用樁基、裙樓采用天然地基時(shí)，由于降水引起土的固結(jié)沉降，使裙樓天然地基沉降大于主樓樁基沉降，往往造成主裙樓連接部位開裂破壞。降水也常引起建筑物進(jìn)出口臺(tái)階、門樓下沉開裂。

近期地鐵工程將全面開工，地鐵車站降水施工對(duì)原輕軌高架橋及其他建筑物的影響問題，已經(jīng)顯現(xiàn)，需要采取措施保證降水引起的高架橋及周邊建筑物的沉降在容許范圍內(nèi)。

五、基坑工程的發(fā)展趨勢

1、考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)—土—支撐結(jié)構(gòu)共同作用的空間設(shè)計(jì)計(jì)算方法將會(huì)得到進(jìn)一步完善和推廣應(yīng)用。

2、逐步推廣地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)，特別在多層地下室施工中，地下連續(xù)墻配合逆作法施工將有廣泛的應(yīng)用前景。

近幾年上海市開發(fā)的中部塔樓地下室順作，周邊地下室逆作的方法取得了良好的效果。

3、解決深井降水對(duì)環(huán)境的影響，當(dāng)前深井降水及大量高層建筑物荷載作用，軟土區(qū)的地面下沉的危害已逐步顯現(xiàn)。上海市于上世紀(jì)為解決機(jī)井大量抽水引起的地面沉降問題，曾作了大量的調(diào)查研究，提出并實(shí)施了適時(shí)回灌的措施，有效遏制了地面的下沉。近年來上海市建設(shè)急劇升溫，抽水及各種建筑物荷載的作用加大了地面沉降速率，威脅著上海市的發(fā)展。武漢市的漢口地區(qū)已有必要將防止降水對(duì)環(huán)境的影響的問題提到議事日程之中。采用行之有效的回灌技術(shù)控制降水對(duì)環(huán)境的影響。

4、推廣使用工具式內(nèi)支撐及可回收的型鋼支護(hù)技術(shù)以及可回收的錨桿技術(shù)。鋼板樁(包括型鋼樁)配合工具式內(nèi)支撐在國外及港、臺(tái)地區(qū)早已被廣泛使用，當(dāng)基坑面積不大時(shí)，此種支護(hù)方式是一種快速、安全且經(jīng)濟(jì)的方案，應(yīng)予借鑒推廣。

5、深基坑工程監(jiān)測工作是保證信息化施工的基礎(chǔ)，測斜管、全站儀、各種應(yīng)力應(yīng)變傳感器等測試儀器以及其它先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)將更多地應(yīng)用于深基坑工程。

6、對(duì)大型基坑，土壓力及變形在基坑的不同部位將隨時(shí)間變化，即所謂的“時(shí)空效應(yīng)”?！皶r(shí)空效應(yīng)”的研究將有助于更加全面、準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)深基坑工程的實(shí)際工作狀況，是深基坑工程研究領(lǐng)域中的新課題。