論不同地質(zhì)條件下深基坑的變形破壞及巖土工程問題及其支護(hù)設(shè)計對策

摘要：隨著我國房地產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和人防工程建設(shè)的要求越來越嚴(yán)格，高層建筑地下室和地下車庫的數(shù)量和規(guī)模也與日劇增，與此相適應(yīng)的深基坑工程也愈加復(fù)雜?？梢院敛豢鋸埖恼f，中國正在進(jìn)行著人類建筑史上數(shù)量和規(guī)?？涨暗纳罨庸こ?。十幾年來，成千上萬個深基坑工程在各種復(fù)雜的地質(zhì)條件和工程環(huán)境條件下，應(yīng)用了很多既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)形式和地下水處理技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗。為進(jìn)一步總結(jié)深基坑工程的規(guī)律性認(rèn)識，筆者試以宏觀地質(zhì)條件類型劃分及其相應(yīng)的變形破壞機(jī)制為基礎(chǔ)來探索深基坑工程的宏觀規(guī)律，以此指導(dǎo)深基坑工程的實踐。

關(guān)鍵詞：地貌單元;地層時代;組合類型;變形破壞類型;地下水滲透破壞

1"深基坑工程概述

1.1"深基坑工程的基本內(nèi)容

深基坑工程內(nèi)容可分為兩大類：（1）支護(hù)工程：指抵抗土壓力和防止邊坡變形和破壞的防護(hù)工程。（2）防水工程：指防止開挖過程中地下水涌出破壞邊坡或底板穩(wěn)定的防滲（帷幕）工程或疏干工程。

1.2"深基坑工程的防護(hù)目的

（1）防止因基坑開挖引起基坑周圍的建構(gòu)筑物、管線及道路的變形、破壞，統(tǒng)稱為/外環(huán)境0的保護(hù)。

（2）防止基坑內(nèi)的基礎(chǔ)工程，特別是樁基的變形、破壞，統(tǒng)稱為”外環(huán)境”的保護(hù)。

（3）防止因涌水、涌砂而影響地下工程的正常施工進(jìn)程和周邊地面下沉。

1.3"國內(nèi)深基坑工程概況

1.3.1"規(guī)模與深度

一般基坑，為數(shù)千平方米面積，一層地下室深度5m～6"m。大型及超大型基坑，其規(guī)模一萬至幾萬平米，兩層以上地下室，深度超過10"m。超深基坑，直徑70m～80m，深度40m～50m。

1.3.2"常用的支護(hù)形式

（1）放坡及坡面防護(hù)）坡率使坡體自穩(wěn)，坡面采用各種適宜的防護(hù)措施。

（2）加固邊坡土體。其主要形式有：水泥土重力式擋墻、土釘墻、噴錨支護(hù)及復(fù)合式噴錨支護(hù)等。

（3）排樁支護(hù)。主要形式有：懸臂式排樁、樁錨聯(lián)合、門架式雙排樁等。排樁常與防滲帷幕聯(lián)合使用。

（4）排樁加內(nèi)支撐。主要形式有：排樁加鋼管或型鋼內(nèi)支撐和排樁加鋼筋混凝土內(nèi)支撐。內(nèi)支撐有單層和多層。

（5）地下連續(xù)墻支護(hù)。連續(xù)墻有多種工法形成，如抓斗式、SMW式和連鎖樁式。主要支護(hù)形式有：懸臂式、墻加錨（單層或多層）、墻加內(nèi)支撐（鋼管、型鋼或鋼筋混凝土，單層或多層）。

（6）圍筒式支護(hù)。各式連續(xù)墻構(gòu)成圍筒加多層環(huán)

形鋼筋混凝土附臂式內(nèi)撐。

1.3.3"地下水治理方法

（1）明排或盲溝排水;

（2）輕型井點降水;

（3）管井（深井）降水;

（4）隔滲（帷幕））連續(xù)墻、深層攪拌水泥土墻、高壓旋噴水泥土墻、靜壓注漿（雙液）。隔滲帷幕形式）豎向或水平（封底）;豎向分為懸掛式（半截）或落底式;豎向加水平（五面或箱式）。

1.4"深基坑的巖土工程勘察

1.4.1"多數(shù)深基坑工程缺少專門的巖土工程勘察在進(jìn)行基坑支護(hù)方案選擇和支護(hù)與地下水治理設(shè)計時缺少必要的地質(zhì)資料，因此需專門或補(bǔ)充勘探。

1.4.2"深基坑支護(hù)與防水設(shè)計中要事先取得以下重要資料

（1）開挖和支護(hù)設(shè)計所需了解的地層范圍至少要大于2倍開挖深度。

（2）對基坑支護(hù)設(shè)計所涉及的（大于基坑深度2倍）深度內(nèi)的各層土，為取得設(shè)計所需的參數(shù)，須取得足夠數(shù)量的原狀土樣進(jìn)行土層的物理力學(xué)試驗。在諸多的物理力學(xué)指標(biāo)中，除了土的重度，基本承載力和壓縮模量外，最為關(guān)鍵的重要指標(biāo)是各層土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（C、U）。一般情況下采用直接快剪（C、U）或不固結(jié)不排水三軸剪（Cuu，Uuu）指標(biāo)。當(dāng)需采用水土分算土壓力時，宜采用固結(jié)快剪指標(biāo)?？梢娫诳碧诫A段必須有足夠數(shù)量的土樣做強(qiáng)度試驗，一般要求每種指標(biāo)（每層土）不少于6個試驗。

（3）為了準(zhǔn)確、詳細(xì)劃分土層分布和綜合判定土層性質(zhì)，除了必要的室內(nèi)試驗外，應(yīng)做足夠的原位試驗。如靜力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗。原位試驗?zāi)苁雇翆觿澐指鼫?zhǔn)確，Ps和N的指標(biāo)也是土層強(qiáng)度重要參數(shù)。

（4）地下水的埋藏情況、類型和含水層的滲透性是影響基坑穩(wěn)定的最重要因素。查明場地地下水類型（上層滯水、潛水和承壓水），埋深和含水層厚度，水位（或承壓水頭高度）及含水層的滲透系數(shù)（K）是非常重要的。必須做專門的水文地質(zhì)勘探和抽水試驗工作。

（5）查明基坑外圍的建（構(gòu)）筑物類型、距離、基礎(chǔ)形式和埋深，生命線工程如道路、上下水管線、煤氣管線，供電或通訊線路的距離、埋深等，這些“外環(huán)境”條件也是基坑設(shè)計必要的前提資料。

1.4.3"有關(guān)確定開挖深度和支護(hù)計算深度所需要的基礎(chǔ)資料

（1）基坑開挖深度和計算深度的確定：一般情況下，基坑的普挖深度是挖至地下室底板加墊層厚度，從自然地面起計算深度。而支護(hù)設(shè)計計算深度則視基礎(chǔ)承臺及連梁深度的分布和埋深情況來確定。如靠近基坑周邊均為小型承臺且間距較大時，則計算深度可取連梁底加墊層深度，如靠近基坑周邊為大型承臺或相鄰承臺間距很小時，則取承臺加墊層深度，此時開挖深度亦相同。

（2）為上述所需，基坑設(shè)計前必須取得建筑總平面圖、用地紅線圖、地下室基礎(chǔ)平面圖及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖（含樁位圖）等相關(guān)資料。中國各地的大量工程實踐證明，深基坑所處的環(huán)境工程地質(zhì)條件不同，其變形破壞機(jī)制也不同。為防治深基坑失穩(wěn)而作的支護(hù)設(shè)計，包括它的計算理論和

方法、支護(hù)及隔滲方法的選用，特別是防治關(guān)鍵問題的確定及其對策的制定等一系列概念，顯然是應(yīng)由基坑所處的工程地質(zhì)條件和工程環(huán)境相組合而可能出現(xiàn)的變形破壞機(jī)制特點來確定。所謂基坑的工程地質(zhì)條件主要是指巖、土、水三者的物理力學(xué)性質(zhì)、分布、埋藏和

組合特點，所謂工程環(huán)境則是指基坑的空間幾何尺寸、坑內(nèi)構(gòu)筑物、坑外建（構(gòu)）筑物、道路及管線工程等。這兩方面加起來就構(gòu)成了基坑的環(huán)境工程地質(zhì)條件或確切稱為基坑的環(huán)境巖土工程條件。大量的工程實踐證明，環(huán)境工程地質(zhì)條件所限定的變形破壞機(jī)制類型的劃分是鑒別支護(hù)設(shè)計可靠性、合理性的關(guān)鍵。因此，研究和總結(jié)環(huán)境工程地質(zhì)條件類型及其變形破壞機(jī)制，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行支護(hù)的概念設(shè)計是有重要意義的。

2"深基坑地質(zhì)條件的幾種基本類型

2.1"近代沖積平原，大江大河的I級階地主要為全新世Q4時期形成。一般分為兩個大的組合類型。

2.1.1"二元結(jié)構(gòu)地層組合的沖積層

上部以一般粘性土（粉質(zhì)粘土、粘土）、粉土為主，含上層滯水或潛水。地表附近有少量飽和土，其余大部分為非飽和土。下部----以砂土為主夾薄層粘性土，底部為粗礫及卵石層。一般含承壓水，如與江河水體聯(lián)系，則具較高的承壓水頭。

2.1.2"河湖相軟土，分布在沖積平原的低洼地帶或近代湖、沼地帶以淤泥或淤泥質(zhì)粘性土為主，往往夾薄層粉土或粉砂。含上層滯水。

2.2"北方江河的II、III級階地或黃土高原為更新世Q2-3時代。主要為黃土狀土或黃土，下

部為砂土或卵石層。地表以下相當(dāng)深度內(nèi)為非飽和土下部有潛水或承壓水埋藏。

2.3"南方高階地或隆崗、丘陵地帶為更新世Q1-3時代。以老粘性土為主，夾砂、卵石

層或呈二元結(jié)構(gòu)分布（上部為老粘性土，下部為砂層至卵礫石層）。地表下較大深度內(nèi)非飽和土，具二元結(jié)構(gòu)組合時，下部含承壓水。

2.4"濱海平原或三角洲主要為全新世Q4，下部為更新世Q2-3時代，上部為較厚的海陸交互相軟土，其下為一般粘性土、粉土、粉砂互層。含上層滯水和多層層間水（一般為微承壓）。

以上四類地貌單元所包含的地層組合都不是絕對的，有時互相包容，有時還存在過渡類型。如濱海平原或三角洲中往往存在河流沖積層等等。

從幾個大的地貌單元所包括的各類土層及地下水特征就不難看出，沿江、沿?；蚋咴蚵?、丘陵的城鎮(zhèn)在開挖深基坑時，所遇到的巖土工程問題，不但是土的類別不同、更重要的是不同土層的組合特征和地下水埋藏特征的影響更是顯著不同。為便于分析，不妨把這些地貌單元的地質(zhì)條件組合簡化為以下幾種具代表性的類型：

（1）二元結(jié)構(gòu)的沖積平原一般粘性土與粉土、砂、礫土組合型;

（2）河湖相軟土型;

（3）北方高階地黃土狀土或高原黃土型;

（4）南方高階地或隆崗、丘陵老粘性土型;

（5）濱海平原或三角洲軟土、一般粘性土、砂、粉土互層型;

（6）其他類型（殘積土、紅粘土、坡積、崩積土等）。

3"深基坑變形破壞機(jī)制類型、其主要巖土工程問題和支護(hù)形式

上述的幾種地質(zhì)條件組合類型，因其各自的地層特性和組合形式及地下水特點不同，則在深基坑開挖過程中的變形破壞機(jī)制也各自呈現(xiàn)不同形式。其開挖深度和基坑內(nèi)外環(huán)境的不同，則各自存在的主要的巖土工程問題也不相同。這里僅就I至V種類型概述其變形破壞機(jī)制特點和主要巖土工程問題和支護(hù)形式。

3.1"二元結(jié)構(gòu)沖積平原的一般粘性土與粉土、砂、礫土組合型

3.1.1"變形破壞機(jī)制

在通常的開挖深度內(nèi)，絕大多數(shù)情況下是涉及到粘性土為主的地層。在不支護(hù)條件下，其變形破壞形式為邊坡土體呈漸進(jìn)式”堆坍”，破壞區(qū)范圍一般限定在與開挖深度相近的范圍內(nèi)，。在有支護(hù)條件下，則土壓力服從朗肯土壓力模式。

3.1.2"主要巖土工程問題

（1）基坑外側(cè)主動土壓力及其相應(yīng)的側(cè)向變形和坑底內(nèi)側(cè)底板的豎向及水平變形。

（2）一般情況下地下水埋藏很淺，如地表附近有粉土或粉砂含水層時，其基坑涌水尤其是“管涌”或“流砂”是重要問題。

（3）二元結(jié)構(gòu)地質(zhì)組合的下部砂性土及卵礫石土中的承壓水會因頂板過薄或挖穿而產(chǎn)生“突涌”。

4"結(jié)語

綜上所述，在中國這樣地域廣闊，地質(zhì)條件千變?nèi)f化和周邊環(huán)境紛繁復(fù)雜的條件下，進(jìn)行深基坑的設(shè)計與施工時，必須充分認(rèn)識地質(zhì)條件（巖、土、水）特點和周邊環(huán)境特點，進(jìn)行周密分析、科學(xué)地劃分類型、預(yù)測其變形破壞機(jī)制、認(rèn)真選擇對策措施、合理組織施工，才能盡量避免失誤，取得深基坑工程的成功。

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