浅谈深基坑支护的现状与发展
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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。特别是在20 世纪,随着大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现,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。
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1P10 ,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,1999年～2009年10间新建高层建筑超过20000余幢。适当发展高层和超高层,向空中和地下发展,是解决我国土地资源紧缺的一条重要途径。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。
尤其是90 年代以来,基坑开挖与支护问题已成为我国建筑业界的热点问题之一。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:
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1P3 ,另有2P3 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:
1)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。
2) 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较多、隐患较大,盲目开挖,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。
3) 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。
4) 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,施工现场检测手段不完备等，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。
5) 深基坑工程对工程勘察没有特殊要求。
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。
6) 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。
深基坑支护技术的发展趋势
深基坑支护结构设计方案优选
深基坑支护结构的设计与施工不同于上部结构,除地基土类别的不同外,地下水位的高低、土的物理力学性质指标以及周围环境条件等,都直接与支护结构的选型有关。支护结构型式选择的合理,就能做到安全可靠、施工顺利、缩短工期,节约投资。可见支护结构形式的优化选择是深基坑支护技术发展的必然趋势。
为达到方案的最优化,亦根据地层土质的变化、基坑周围环境,可采用灵活多样的深基坑支护组合方案,如内支撑+ 锚杆、单排桩+ 双排桩等等。
设计方案的审查：深基坑设计方案的审查应等同于施工图审查，由专家及经验丰富工程技术人员审定后方可施工，尽可能避免设计不足或造成浪费。
施工工艺的发展趋势
1) 土钉墙方案的大量实施,使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要,湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。
2) 基坑向着深、大、周围环境复杂的方向发展,使得深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。受地下空间所属权的限制,内支撑或新型锚杆(如可拆式锚杆、抗拔力较大的全程应力复合型锚杆) 将逐渐得以推广运用。
3) 为减小基坑工程带来的环境效应(如因降水引起的地面附加沉降) ,或出于保护地下水资源的需要,有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外,一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。目前,有将水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中的趋势。
4) 基坑降水时,为减小因降水引起的地面附加沉降或对邻近建(构) 筑物造成的影响,可采取井点回灌技术。
5) 在软土地区,为避免基坑底部隆起,造成支护结构水平位移加大和邻近建(构) 筑物下沉,可采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固,即提高支护结构被动区土体的强度的方法。
6) 为减小坑壁土体的侧向变形,可以通过基坑内外双液快速注浆加固土体;也可以对支撑(或拉结) 施加预应力;还可以调整挖土进度以及支撑的施工程序等措施来限制基坑的侧向变形。
结束语
基坑开挖是基础和地下工程施工中一个古老的传统课题,同时又是一个综合性的岩土工程难题,既涉及土力学中的典型强度问题,又包含了变形问题,同时还涉及到土与支护结构共同作用。基坑工程是实用性、经验性极强的学科,随着土力学理论、计算技术、测试仪器及施工机械、施工工艺的进步与工程实践增加而逐步完善的学科.笔者相信,随着我国经济建设的持续高速发展,依靠学术界、工程界的共同努力,我国深基坑支护工程的勘察、设计、监理、施工水平必将日趋提高。“深基坑工程学”必将日益完善，稳健发展。
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