基坑支护综述
基坑支护综述
0 前言
进入21世纪，经济全球化加速了城市化建设，城市用地日趋紧张，高层、超高层建筑日益增多，开发和利用地下空间成为普遍共识，地铁、地下隧道、地下商场和地下车库等各类地下工程大量涌现。这种趋势与软土工程地质条件制约之间的矛盾日益突出，客观条件决定越来越多的工程建设必须在原有密集建筑物的包围之下进行施工，周边环境(道路、建筑物)、地下管线、地下构筑物等对工程建设的要求愈来愈严格。如何经济合理地进行地下基础工程的建设以保护周边环境已成为当今现代化建设地重要课题。基坑工程是指在地表以下开挖的一个地下空间及其配套的支护体系。基坑支护系统就是为保证基坑开挖顺利进行并确保基坑周边环境的安全，对基坑侧壁采用的支挡、加固等保护措施。图1.1所示基坑工程是南京地铁二号线向兴路站，为南京地铁二号线先期开工的一个地下二层车站，车站主体总长度192.10米，宽度21.30米，高度约13.20米(考虑盾构过站)。车站埋深约3米，故基坑开挖深度约16.20米。今天的基坑工程，或者说，完整意义的基坑工程，包括围护结构(如地下连续墙等);基坑内外土体加固(属于地基处理范畴):撑锚体系;工程降水;土方开挖以及工程监测与环境保护，工程监测与环境保护是基坑工程重要组成部分，应用于围护结构施工、降水、土方开挖等各阶段。可知基坑工程是一门综合性很强的边缘学科〔们，在图1.2所示的基坑施工图可以明显看到基坑工程施工的危险工作环境。基坑工程的设计与施工，不仅保证整个支护系统在施工过程中的安全，还要控制围护结构和其周围土体的变形，以保证周围环境(相邻建筑及地下公共设施等)的安全。在安全的前提下，设计既要合理，又能节约造价、方便施工、缩短工期。实践表明，基坑工程历来被认为是实践性很强的岩土工程问题，影响基坑工程的因素很多，不易分析，例如，地质条件、地下水情况、具体工程要求、天气变化的影响、施工顺序及管理、场地周围环境等多种因素影响。同时基坑的稳定性、围护结构的内力和变形以及周围地层的位移对周边建筑物和地下管线的影响和保护的分析，目前尚不能准确地得出定量的结果，需要通过实施周密的监测工作来解决。基坑支护系统的监测和控制是为了保证支护系统的安全而实施的技术保障措施，它随着基坑工程的发展而发展，并随着大量基坑事故血的教训和沉重代价而使人们逐渐加以重视。上海
作为中国最大的金融、贸易、经济中心，随着2010年世界博览会的临近，许多规划建设都已开始。仅就配套轨道交通这一项，到2010年就要建成条线路，运营里程达400公里以上，按此要求计算，上海仅用于地铁建设的基坑工程的施工工作量就非常巨大。同时，中国作为目前世界上最有经济活力的国家，随着经济的发展，各大城市都加紧现代化城市的建设，大量高层、超高层建筑的涌现，使得基坑工程的规模愈来愈大，基坑的开挖深度己从10m左右发展至ZOm以上，最大的上海港汇广场的基坑平面尺寸己达275mxl82m开挖面积达50000m2。在基坑工程的建设需求加快，基坑工程的规模向深大发展的同时，工程开挖条件日益恶劣，使得施工技术难度愈来愈大。另一方面基坑工程事故时常发生，唐业清教授对全国160项基坑事故〔匀进行的调查表明:因设计不当造成的事故占45%，因施工不当引发的事故占33%，因地下水处理不当引发的事故占22%。特别是重大的深基坑工程事故，尽管进行了补救但造成的经济损失不可估量，教训极其深刻。所以提高我国基坑工程的设计与施工水平，加强基坑工程的监测技术是十分必要的。
1 我国基坑工程中的问题
我国基坑工程存在的主要问题有:
①基坑技术有待尽快发展提高，当前基坑工程以深、大、复杂为特点，特别是沿海地区，地下水位较高，基坑工程施工工艺的改进等问题，均有待进一步的研究与发展。
②基坑工程设计质量较低，一些部门认为基坑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，设计大多由施工单位自己完成，但由于设计人员技术水平、参数取值、计算方法无章可循，使得一些工程隐患较大，导致发生严重工程事故。
③基坑工程缺乏理论研究与计算。目前基坑工程多是边开挖边实践边摸索，往往靠经验来进行，缺乏成熟的技术规范的指导，仍然靠半经验半理论的方法解决问题。
④不必要的浪费。有的基坑工程为了避免事故发生，往往一开始就不考虑围护结构的受力和变形，全面支护，盲目增加安全系数，造成很大浪费。
⑤施工混乱管理不严。少数施工单位不具备技术条件，人力、物力等基本
素质较差，为了追求利润或迁就业主，降低安全度。
⑥质量检验不完善。基坑工程的质量检验、验收的方法无章可循，给基坑工程的质量监督和质量评价带来困难，没有针对基坑工程特点建立竣工验收的质量管理体系。
⑦不注重工程勘察。基坑工程的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，专门针对基坑工程的地质及水文地质的勘察不够，以致给设计和施工带来隐患。
⑧施工过程中的监理不够，不能做到随时监测。
⑨目前，监理工作在人力、物力等方面还不适应基坑工程的特殊要求。
⑩缺乏地域性规范、规程及标准。
有鉴于此，人们不断总结实践经验，针对基坑工程，萌发了信息化设计和动态设计的新思想，结合施工监测、信息反馈、临界报警、应变(或应急)措施设计等一系列理论和技术，制定相应的设计标准、安全等级、计算图式、计算方法等。在基坑工程的众多革新设计思想中，对开挖过程实施跟踪监测，并
将信息及时反馈这一技术显得尤为重要。这一技术的应用可以掌握支护系统和基坑内外土体移动，随时调整施工参数，优化设计，或采取相应措施，以确保施工安全，顺利进行。施工监测的作用还在于检验设计的正确性，并有利于积累资料，为今后改进设计理论和施工技术提供依据。
但是目前基坑工程的综合监测水平尚不够理想。尽管有了计算机和遥控等先进设备，而测试元件的质量及其标定、埋设、保护和施工配合等方面存在不少问题，有待改进，且基坑具有深度宽度大，开挖风险大，支撑围护要求高等特点。针对这些难点，急需一套适合大型基坑开挖的可视化监测管理系统，以满足大型基坑的开挖、支撑管理、自动压力调节、故障报警、数据记录等需要，在经济效益最高的情况下确保基坑的安全。研究一种可实时监控的基坑开挖的监测管理系统有着十分重要的意义，该课题的研究必将对未来超深基坑工程的施工起到积极的推动作用，可视化基坑管理系统研发完成后将在上海乃至全国的深基坑工程中推广应用。
基坑工程是一个古老而又有时代特点的课题。早在远古时代，人类就开始进行放坡开挖和简易木柱围护。20世纪以来，伴随着土木工程的发展，大量高
层建筑以及地下工程不断涌现，基坑工程数量迅速增多。地下空间作为一种尚未开发的资源引起人们的广泛关注，基坑支护系统的设计与施工问题成为岩土工程的重要问题。
在基坑工程中，分析方法已经接近成熟，但是在检测方面应该有待提高。
2. 基坑围护现状
随着基坑工程向大深度、大规模方向发展，其支护型式也变得多样化，基坑围护结构主要有以下几种：
(1)放坡开挖。如图1所示这种型式，放坡开挖适用于开挖深度浅，周围场地开阔，无重要建筑物，只要求稳定，对位移控制无严格要求的场合，其价格最便宜，但回填土方大。
图1 放坡开挖
(2)水泥土重力式挡墙。如图1.8(a)所示，该型式用于软弱土层基坑开挖，深度一般小于6～7m为宜。平面布置有密排式和格构式两种，见图2。
a b
图2 水泥土重力挡墙
(3)排桩支护。如图3(a)所示，排桩是采用密排或一定间距排列的桩组成的围护结构，当基坑不太深时可采用悬臂式，当基坑较深时可与支撑、锚杆等配合组成支护系统。根据土质条件设定桩的间距，当地下水丰富时，可在桩间用旋喷桩或定喷止水用于有止水要求的场地，图3(b)所示;当桩的间距过大，为保护桩间不致塌落，也可在桩间加土钉支护，图3(c)所示。排桩的桩型通常有钻孔桩和人工挖孔桩。排桩特点是采用排桩支护刚度好，适用性广，结合桩间止水也可用于砂层，止水效果没有连续墙好，造价低于连续墙。
a
b c
(4)地下连续墙。地下连续墙是一个整体结构，加上现浇墙壁厚度不少于
60cm，钢筋保护层又较大，故耐久性好，抗渗性能亦较好，如图4所示。地下连续墙是围护结构中最强的围护型式，适用于复杂和差的地质条件，基坑深度大，周边环境要求高的基坑围护，但造价较高，要求专用设备施工。
a b
3 结论
基坑工程保持稳定，需要高精度的监测技术，用科学仪器、设备和手段对支护系统、周边环境(如土体，建筑物，道路，地下设施等)的位移、倾斜、沉降、
应力、开裂、基底隆起以及地下水位的动态变化、土层孔隙水压力变化等进行综合监测。然后，根据前一段开挖期间监测到的结构和土体变位等各种信息，对勘察、设计所预期的性状与监测结果及时比较，对原设计进行评价并判断施工方案的合理性，修正原设计的不足，预测下一段施工可能出现的新行为、新动态，为进行合理组织施工提供可靠的信息，对后续的开挖方案与开挖步骤提出建议，对施工过程中可能出现的险情进行及时的预报，当发现有异常情况时立即采取必要的工程措施，将问题抑制在萌芽状态，以确保基坑工程的安全施工。
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