对基坑深度不同深级支护技术的探讨

　　摘要：对深度适当分级有利于基坑支护技术的交流与使用。下文对基坑深度分级及不同深级支护技术适用性的探讨文中最后对基坑及支护技术的发展前景进行了展望。
　　关键词：深级；深度；分级；基坑
　　1国内基坑工程发展概况
　　随着数量的迅猛增多，基坑规模越来越大。基坑深度越来越大，当初几乎都在中等深度及以下，现在大多在中深级以上，不时有超深级甚至特深级出现：基坑尺寸越来越大，当初几乎都是中小型，现在以大中型为主，时不时有超大型甚至巨型出现；基坑规模越来越大，当初体积大者不过几万m3，现在几十万m3已是常见，甚至有的超过100万m3。
　　2基坑深度分级及适用的支护技术
　　2.1分级标准
　　不同深级适宜的基坑支护技术有所不同。下文探讨的适宜深度不适合以下情况：①岩质（中风化及微风化岩）基坑或土岩混合的基坑；②分级开挖、上下两级坡体之间几乎没有影响或相互影响不大的基坑；③平面尺寸过小、空间效应很强的基坑，如本文后面所谓的微型基坑。基坑支护技术适应性讨论时不考虑这三种情况。
　　表1基坑深度分级表
　　
　　
　　2.2甚深基坑
　　18～23m的甚深基坑已较为多见，尤其在地铁工程中。基坑深度超过18m后数量锐减，故将甚深标准定为18m。甚深基坑目前大多采用桩、墙与撑、锚支护或地连墙逆作（半逆作），北京、河北等地质条件较好的地区，为节省造价，目前不少工程采用上半部分土钉墙或复合土钉墙、下半部分桩锚或桩撑的组合支护形式。
　　土钉墙或复合土钉墙不适用于甚深及以上深级的基坑支护。支护构件按在土体中的空间位置及所起作用大体可分为竖向构件与横向构件两类：竖向构件受力状态以受弯受剪为主，如桩、墙（有嵌固深度）、板（不嵌入土中）、格构等；横向构件以受压受拉为主，受压构件如支撑或起支撑作用的梁、墙、板、肋等，受拉构件如预应力锚杆、土钉、拉锚、拉梁、筋带等。土钉墙类支护以受拉构件土钉作为主要受力结构，充分利用了材料的抗拉强度，受力较为合理，故工程造价相对较低。但与锚杆支护一样，因结构物（土钉与土体形成的复合土体）的刚度较小，支护体系不可避免地要产生较大的变形，在较深的基坑中的安全性较差，故土钉墙类支护深度不能太深。此外，近几年由于建筑业劳务人员工资上涨、设计安全系数越来越大等原因，土钉墙工程造价较低这个较其它支护方法的最大优势已经不再明显，在甚深以上基坑中造价降低程度有限，但风险却过大。
　　单一的双排桩也不适用于甚深及以上深级基坑。双排桩组成的空间刚架结构没有横向受力构件，不像内支撑一样要占用坑内空间，也不像锚杆或土钉一样要占用坑外空间，大大地加深了排桩的支护深度，近几年得到了较多应用。但是如果不与横向构件联合应用，其支护的深度必然受到限制。从已有的工程实例来看，在较好的土层中，双排桩支护深度如果不超过18m，效果还是能够令人满意的。
　　2.3颇深基坑
　　13～18m的颇深基坑已常见，适用的支护方法也较多。除甚深及以上级别基坑支护方法外，复合土钉墙、双排桩、环形地连墙（可设环形腰梁）等也适用于颇深基坑，但基本型土钉墙不适用。此外，无支护开挖深度也应限制在13m以内。一些技术标准、政府条例等把12m作为一个标准，但很多3层地下室基坑深度12~13m，如表1所示，以12m作为划分标准使用不便，故宜将颇深标准定为13m，这样基本不会影响土钉墙等的正常使用。颇深以上深级基坑设计难度较大，安全等级多为一级，应由富有经验的资深设计人员主导设计。
　　2.4中深基坑
　　6～13m的中深基坑数量最多。这一深级的基坑支护难度通常不大，故视为中等深度，适用的支护方法也最多。颇深及以上深级适用的支护方法仍适用，土钉墙、拱形桩（墙）、排桩半逆作、疏桩土钉墙、加筋（一般为型钢或微型桩）水泥土墙支撑、抛撑（即竖向斜支撑）、地面拉锚等方法或构件，或这些形式的组合形式，也均适用。悬臂式桩（墙）、重力式水泥土桩墙等单一竖向构件支护结构很难或不宜适用于这一深级。
　　值得指出的是桩的形式。在颇深及以上深级基坑中，几乎只有钢筋混凝土桩一种形式；在中深及以下基坑中，除钢筋混凝土桩外，钢板桩、钢筋混凝土板桩、钢管桩、水泥土桩墙、加筋水泥桩墙、小桩水泥土墙（单排或双排微型桩与多排水泥土桩联合支护）等多种形式可采用，同时也有一些桩型不再或很少使用，如支盘桩、条桩、十字桩、丁字桩、型钢桩等，逆作拱墙目前也很少使用。
　　2.5稍深基坑
　　4～6m是绝大多数一层地下室的开挖深度。由于深度较浅，一些中深及以上深级的基坑支护方法不再适用，如地连墙、双排桩、逆作法等，但其它支护方法仍适用。还有一些支护结构，如悬臂桩，包括中深基坑适用的各种桩、木板桩、预应力管桩、微型桩等各种桩，中深基坑适用的各种重力式桩墙，木板支撑结构，钢木混合支撑结构，等等，适用于稍深基坑，但很难在更深的基坑中使用。
　　把深基坑起算标准定为4m是基于安全管理角度考虑。一些城市把深基坑的标准定为5m，有些开发商为了规避政府等部门对深基坑的监管，把开挖深度刻意调整在5m以下。但是基本上没有办法把具有一层地下室的基坑深度调整在4m以内。基坑目前早已不再局限于较好的土层放坡开挖，即便不足4m，在土质较差的场地内，也有较大的风险，故对深基坑的起始标准应规定得较为严格一些。
　　2.6浅基坑
　　一般来说，半地下室、浅基础（独立基础、条基、筏基、箱基等）、承台、地基换填、挡土墙基础、路基等开挖深度不超过4m，如果政府管理部门规定4m以上的基坑为深基坑、需岩土工程专业公司设计施工，并不会对上述施工造成不便。浅基坑大多可以采用坡率法开挖，基本以土的自稳为主，可不支护、不护面或采用一些较为简单的处理方式，如堆砂袋、木桩、型钢、挂钢筋网砂浆护面等。
　　2.7稍深基槽
　　设立这一深级是从施工时作业人员人身安全考虑。工程界尚未有“基槽”的准确定义，一般把狭长的基坑称为基槽。市政管线埋设时产生大量基槽，基槽暴露时间较短，通常只有几天至几十天，开挖深度一般在6m以内，部分雨水管、污水管、排洪暗渠或综合管沟等埋深可能会超过。因使用时间短、相关单位及人员不重视、设计施工人员缺少经验等原因，基槽开挖支护措施往往较为简单，存在着较大的安全隐患。因为槽底狭窄，施工人员大部分工作时间都要靠近槽壁作业，一旦槽壁坍塌，后果十分严重，即基槽比基坑的安全风险更大。从深圳市施工安全监督站了解到，深圳地区近几年基坑工程没有发生人身死亡事故，但每年都有2～3起基槽开挖死亡事故，其开挖深度为2～5m（深圳市规定5m以上的基坑支护设计施工方案需进行专家评审），其实这些安全事故只需开挖坡率大一些或采用钢、木等构件简单支挡一下即可避免。笔者认为政府部门、相关单位及人员、技术标准编制者等都应对稍深基槽像深基坑一样足够重视。
　　3基坑面积分级及适用的支护技术
　　基坑的面积比周长更能够表征基坑的规模。对上述样本的面积统计结果如表2所示。由于部分案例有提供基坑面积，故实际样本665个。
　　表2基坑面积分级表
　　
　　巨型基坑罕见，目前了解到的有3个，施工时间均为2005年：中央电视台新址，面积约6.43万m2，深度10.5～23m；宁波科技园1—3号地块，面积约5.99万m2，深度5.5～6.8m；上海仲盛商业中心，面积约5万m2，深度15m。不少大面积地块分期建设、分期开挖，分割减小了每期基坑面积。
　　微型基坑通常空间效应明显，施工空间狭小，有一些较为独特的支护方法，如逆作拱墙法（俗称挖井法）、无隔墙沉井等。因为不经济、不安全、施工不方便等原因，大型及以上基坑基本不采用对撑，超大型及以上基坑极少采用环撑。开挖较深不能采用锚杆时，超大型及巨型基坑大多采用逆作或半逆作法施工。其它支护方法较少受到基坑平面尺寸的影响。
　　4基坑及支护方法发展前景展望
　　（1）由于使用上的不方便及设计施工难度过大，超深及特深级基坑在房屋建筑中今后将增加不多，但在其它行业中的数量及深度还会继续增加。
　　（2）巨型基坑将增加不多，面积过大时开发商倾向于分期开发建设，以利于资金周转。
　　（3）对基坑止水的要求越来越高。基坑工程对周边环境的影响受到了越来越多的关注，基坑开挖造成周边地下水位下降从而引发建筑物下沉开裂产生的纠纷越来越多，给开发商及承建商造成较大的经济及工期损失的风险越来越大，这将使那些对地下水扰动较少的支护方法得到越来越多的应用。
　　（4）随着物权法的实施，人们越来越关注自己的地下空间的使用权利。因为很可能需要占用红线外的空间，锚杆、土钉、拉锚等受拉横向构件的应用将进一步受到限制，内支撑、逆作及半逆作、双排桩等基本不占用红线外空间的支护方法将得到越来越多的应用，一些境外较为常用的工法，如地中壁法、扶壁法将会被引入研究使用。
　　（5）基坑变形问题将越来越受到重视，如前所述。这将促使支护设计理论及计算方法得到进一步完善与发展。
　　（6）土钉墙及复合土钉墙的使用将进一步减少，包括锚杆、拉锚等构件，原因为：锚杆及土钉等构件变形较大，需占用红线外空间，孔口渗水及成孔时易造成水土流失，对周边环境扰动较大等。
　　（7）有限元法及有限差分法等数值分析方法将得到越来越多的应用。尽管短时期内数值分析方法只能作为辅助分析手段，取代不了解析分析法及经验类比法，但因其一些独特的优势，如能够良好地模拟施工过程、能够全面揭示不同工况条件下的应力及位移场、能够通过已有测量监测数据较好地分析及判断以后的发展趋势等，必将在基坑支护中得到越来越多的应用。实际上，不少城市在一些大型基坑工程中已经在应用数值分析法进行辅助设计。
　　（8）工程造价将不再是决定基坑支护方法的最主要因素，以人为本的治国思想在基坑工程中得到体现，基坑支护以安全、尤其是人身安全为第一要素的思想正在深入人心并得到贯彻执行。
　　（9）基坑支护新工艺的推出步伐变缓，支护方法向组合化、联合化、多样化发展，即把两、三种支护形式结合应用，扬长避短，优势互补。新技术的表现形式将主要为新设备及具有低碳、节能、减排特征的环保型技术。

《对基坑深度不同深级支护技术的探讨》

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