南昌地區(qū)基坑建設(shè)現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)分析與思考

劉海林，符 曉，余永飛，崔 猛

(1.中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330031；2.南昌工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330099；3.金華市公路管理局，浙江 金華 321013)

基坑工程涉及地下停車場、地下商場、地下酒店、地鐵車站、地下通道、錨錠坑等眾多場所?；咏ㄔO(shè)需要對其進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)方式的種類較多，如排樁、放坡、土釘、水平撐、地下連續(xù)墻、SMW工法樁、咬合樁、新型工法樁等，支護(hù)方式的選取需要結(jié)合基坑所在區(qū)域的地層條件、地下水位高度、地下水類型、基坑平面尺寸、基坑開挖深度、周邊環(huán)境等眾多因素。由于不同區(qū)域的地質(zhì)條件、基坑開挖情況、施工水平等都存在差異，導(dǎo)致基坑支護(hù)形式具有明顯的區(qū)域性。不少學(xué)者針對不同基坑項(xiàng)目開展了一系列研究，取得了較多研究成果[1-5]。于斌等[6]對飽和軟土地區(qū)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中土壓力計(jì)算開展了研究，給出了計(jì)算公式、參數(shù)取值、地下水壓力的確定方法，并結(jié)合實(shí)際工程對其進(jìn)行了驗(yàn)證；俞建霖等[7]對土與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用進(jìn)行了數(shù)值模擬，探討了基坑開挖對圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形與土壓力分布的影響，并對基坑幾何尺寸效應(yīng)開展了研究；馬永琪等[8]提出根據(jù)樁身受力的不均勻配筋方法，并應(yīng)用到實(shí)際工程的設(shè)計(jì)中；Mei Y等[9]結(jié)合西安地區(qū)多個(gè)基坑的監(jiān)測資料，總結(jié)了濕陷性黃土中深長基坑的變形規(guī)律，為該區(qū)域的基坑設(shè)計(jì)提供參考；Yoo C等[10]通過總結(jié)歸納各地的基坑事故案例，提出地下水的下降可以引起周邊土層的沉降，進(jìn)而誘發(fā)工程事故，并建立了地下水水位下降與地層沉降之間的關(guān)系；Wang J等[11]對單井和多井抽水方法進(jìn)行了數(shù)值分析，并通過現(xiàn)場監(jiān)測對其進(jìn)行校核與修正，發(fā)現(xiàn)合適的降水方案可以有效減小基坑沉降量；王建華等[12]系統(tǒng)介紹了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式及在分析方法、變形性狀、設(shè)計(jì)和施工方法等方面的研究現(xiàn)狀；孔德森等[13]對比了傾斜懸臂樁與常規(guī)豎直懸臂樁的受力及對周邊土層的影響，得到同等條件下傾斜懸臂樁的受力性能更好；黃開勇[14]以上海某基坑為例，提出了軟土地區(qū)相鄰超深超大基坑同步開挖條件下，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，利用隔離墻來阻斷兩個(gè)基坑間的相互影響，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明該技術(shù)效果較好；劉暢等[15]以天津地區(qū)的基坑為分析對象，探討了降雨前后基坑整體狀況的變化，得出降雨對軟土基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形影響的主要因素。

以上大部分研究都是基于某個(gè)基坑的自身?xiàng)l件而展開的，研究內(nèi)容非常具體且明確。然而，基于大數(shù)據(jù)對某個(gè)區(qū)域內(nèi)的基坑情況進(jìn)行系統(tǒng)分析的研究成果還鮮有報(bào)道。因此，論文以南昌地區(qū)為研究區(qū)域，全面統(tǒng)計(jì)南昌地區(qū)503個(gè)基坑項(xiàng)目的地層分布、地下水、基坑規(guī)模、基坑支護(hù)方式等數(shù)據(jù)，對南昌地區(qū)的基坑建設(shè)情況進(jìn)行系統(tǒng)分析，并對今后的基坑發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行展望。

1 南昌地區(qū)地層情況

1.1 地形地貌

南昌地區(qū)地處贛江撫河下游，地勢整體西北高、東南低，依次發(fā)育有丘陵、崗地與平原，呈層狀地貌特征。構(gòu)造剝蝕低山丘陵分布于贛江西北部梅嶺一帶，海拔標(biāo)高為300～500 m，主要由花崗巖、片麻巖組成。風(fēng)化剝蝕崗地位于南昌地區(qū)西北部的新建區(qū)、樂華一帶，主要由殘積土、砂巖、砂礫巖、千枚巖、板巖等組成，崗頂標(biāo)高30～50 m。侵蝕堆積平原地形分布在贛江以東地區(qū)，占南昌地區(qū)最大比例，由全新統(tǒng)、中上更新統(tǒng)沖擊層組成，地勢平坦，發(fā)育有II級沖積階地、I級沖積階地和漫灘。

II級沖積階地分布于尤口、羅家集、鄧家埠、蓮塘等地，呈南北分布，主要由上更新統(tǒng)下段和中更新沖積層組成，階面標(biāo)高30～54 m，受后期剝蝕破壞，階面有沖溝、陡坎發(fā)育。

I級沖積階地南北向條帶狀分布于贛江、撫河及支流兩岸，由上更新統(tǒng)上段沖積層組成，地勢平坦，階面標(biāo)高20～25 m，與II級沖積階地呈內(nèi)疊式接觸，水系發(fā)育，有青山湖、艾溪湖、瑤湖等湖泊。

漫灘分為高漫灘與低漫灘，高漫灘與I級沖積階地呈內(nèi)疊式接觸，由全新統(tǒng)下段沖積層組成，地勢平坦，階面標(biāo)高18～20 m，低漫灘主要為邊灘和心灘，由全新統(tǒng)上段沖積層組成，標(biāo)高16～18 m。

1.2 工程地質(zhì)

從勘察資料上來看，南昌地區(qū)不同區(qū)域的地層分布存在一定差異，地層分布?xì)w納如下：

(1)人工填土：包括雜填土、素填土、耕植土等，其中人工雜填土在老城區(qū)分布較廣，由生活、建筑與工業(yè)垃圾及黏土碎石組成，堆積在原始地勢低的區(qū)域，填土厚度差異很大，從小于2 m到10 m以上均有分布。

(2)黏土：包括淤泥、淤泥質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)黏土等，厚度變化很大，從紅谷灘中心城區(qū)的小于2 m到揚(yáng)子洲大于5 m都有分布，整體上厚度在2～5 m居多。

(3)黏土：包括粉質(zhì)黏土、一般黏土、老黏土等，分布在贛江、撫河沿岸及山間谷地，一般出露地表，局部伏于人工填土或粉土層之下，粉質(zhì)黏土和一般黏土為可塑態(tài)，厚度一般在2～5 m，老黏土呈硬塑態(tài)，厚度一般在5～10 m。

(4)砂層：包括粉細(xì)砂、中粗砂、礫砂、卵礫石等，粉細(xì)砂多伏于黏性土之下，主要分布在水系周邊，厚度一般在2～10 m；中粗砂主要伏于粉細(xì)砂或老黏性土層之下，厚度分布在2～18 m；礫砂主要伏于粉細(xì)砂層或中粗砂層之下，厚度分布在2～15 m；卵礫石厚度分布在5～12 m。

(5)巖層：出露于贛江西部，有前震旦系變質(zhì)巖，晉寧期、燕山期花崗巖、輝長巖，中、新代碎屑沉積巖，具體包括不同風(fēng)化程度的泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、砂礫巖、千枚巖、片麻巖、大理巖、花崗巖、軟弱夾層等。以粉砂巖、泥巖、砂礫巖為代表的沉積巖，巖性較軟，厚度一般在10 m以上；以千枚巖、片麻巖、大理巖為代表的變質(zhì)巖，完成性較差，軟弱夾層較多，厚度一般在20 m以內(nèi)；以花崗巖為代表的巖漿巖，巖石堅(jiān)硬，完整性好，強(qiáng)風(fēng)化層厚一般為5～12 m。

同時(shí)，論文選取了一些代表性地層，并統(tǒng)計(jì)了其主要物理力學(xué)指標(biāo)，具體見表1。另外，勘察結(jié)果顯示，地下水主要以上層滯水、潛水、孔隙水、基巖裂隙水、承壓水等形式存在，穩(wěn)定水位埋深一般在2～10 m。

圖1 基坑按照時(shí)間跨度的比例分布圖

2 南昌地區(qū)基坑建設(shè)情況統(tǒng)計(jì)

2.1 基坑數(shù)量

按照年份將503個(gè)基坑劃分為2017年之前、2017年、2018年與2019年四個(gè)區(qū)間，基坑比例參見圖1。由圖1可以看出：2017年之前的基坑數(shù)量較少，2018年與2019年的基坑數(shù)量增速較大，一方面是因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)時(shí)存在一些疏漏，沒有統(tǒng)計(jì)到所有的基坑資料；另一方面也說明近兩年南昌地區(qū)的基坑數(shù)量在大幅增加，間接反映了南昌市的城市建設(shè)正在快速發(fā)展。

2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

基坑的支護(hù)形式是基坑支護(hù)方案的核心內(nèi)容，關(guān)系到整個(gè)基坑的成本與工期控制。通過統(tǒng)計(jì)得到南昌地區(qū)的基坑支護(hù)形式主要包括排樁(單排或雙排灌注樁)、放坡、鋼板樁、SMW工法樁、地下連續(xù)墻、TRD工法樁等支護(hù)形式，圖2為各支護(hù)形式在基坑中的應(yīng)用數(shù)量，這里說明一點(diǎn)，部分基坑受地層和開挖深度的影響，存在兩種及以上的支護(hù)形式。從圖2可以看出，所有支護(hù)形式中排樁的應(yīng)用最為廣泛，占到了55.3%，其次是放坡開挖，占到了32.6%，二者一共占到了87.9%。另外，鋼板樁與SMW工法樁也有一定的應(yīng)用，占到了全部的10%，但是地下連續(xù)墻與TRD工法樁的應(yīng)用卻非常少，其他新型工法及支護(hù)結(jié)構(gòu)更是鮮有應(yīng)用。

由于地下水可以影響土壓力和土體力學(xué)參數(shù)，所以地下水也是基坑設(shè)計(jì)的一個(gè)核心因素。針對地下水的處理，主要是采用防排水相結(jié)合的處理方法：排水方面，基本都采用坑外與坑內(nèi)明排的方式，通過設(shè)置排水溝、排水管、集水井等結(jié)構(gòu)來完成排水；止水方面，主要采用高壓旋噴樁、三軸攪拌樁、咬合樁等止水方式，具體分布形式參見圖3。由圖3可以看出，三軸攪拌樁由于其止水性能較好，在基坑設(shè)計(jì)中得到了更為廣泛的應(yīng)用，占到了53.8%，其次是高壓旋噴樁，占到了43.1%，二者基本囊括了南昌地區(qū)所有基坑的止水措施。

圖2 各基坑支護(hù)形式分布情況

圖3 各基坑止水方式統(tǒng)計(jì)情況

同時(shí)，基坑設(shè)計(jì)中也會根據(jù)基坑規(guī)模和周邊環(huán)境采用坑內(nèi)與坑外加固的處理方法，坑內(nèi)主要是設(shè)置水平撐，基本采用鋼筋混凝土水平撐和鋼結(jié)構(gòu)水平撐兩種形式?？油饧庸讨饕捎猛玲斉c錨桿(索)，土釘由于其成本和施工工藝的優(yōu)勢，在南昌地區(qū)基坑支護(hù)中應(yīng)用最為廣泛，樣本統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：采用土釘?shù)幕訑?shù)量為157個(gè)，而采用錨桿(索)的基坑數(shù)量為45個(gè)。

2.3 基坑特征

除了基坑數(shù)量和支護(hù)形式以外，每個(gè)基坑還具有自身的特征，可以用基坑等級、開挖深度、基坑周長、基坑面積、支護(hù)方式等參數(shù)來對基坑的特征進(jìn)行描述。

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-2012)和《南昌市深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)文件編制與審查要點(diǎn)》將基坑劃分為一級基坑、二級基坑與三級基坑，圖4為不同時(shí)間段各等級基坑的具體分布情況。

從圖4可以看出，近幾年來除了基坑整體數(shù)量增加以外，一級與二級基坑的數(shù)量在逐步提升，三級基坑的數(shù)量則增幅不大。這主要是因?yàn)榻陙砟喜信f城改造和標(biāo)志性建筑在城市建設(shè)中的比例較高，導(dǎo)致所開挖的基坑深度較大且周邊環(huán)境較為復(fù)雜，比如基坑周邊多存在市政管線、地鐵、道路、建筑物等結(jié)構(gòu)物，基坑建設(shè)容易對這些結(jié)構(gòu)物帶來不利影響。另一方面是基坑的開挖深度較大，根據(jù)開挖深度對基坑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖5所示。

圖4 各等級基坑統(tǒng)計(jì)情況

圖5 基坑按深度統(tǒng)計(jì)情況

從圖5可以看出，近幾年基坑建設(shè)的增長量主要集中于開挖深度在5～15 m的基坑，其中以5～10 m開挖深度基坑的增量較大，但10～15 m開挖深度基坑的增速更大，該區(qū)間內(nèi)基坑建設(shè)的具體數(shù)量詳見表2。通過表2計(jì)算可以得到：開挖深度在5～10 m的基坑建設(shè)數(shù)量，從2017年前的21個(gè)增大到2018年的128個(gè)和2019年的125個(gè)，增長率達(dá)到500%；開挖深度在10～15 m的基坑，從2017年前的5個(gè)增大到2018年的36個(gè)和2019年的34個(gè)，增長率達(dá)到600%。同時(shí)，5～10 m開挖深度的基坑數(shù)量在2018年與2019年的占比分別達(dá)到了74.0%和73.5%；10～15 m開挖深度的基坑數(shù)量在這兩年的占比分別為20.8%和20.0%。可見，目前南昌地區(qū)所建設(shè)基坑的深度主要分布在5～10 m，且10～15 m深基坑的數(shù)量正在快速發(fā)展，這也在很大程度上體現(xiàn)了南昌地區(qū)地下空間的利用情況和發(fā)展趨勢。

表2 基坑開挖深度在5～15 m間的統(tǒng)計(jì)明細(xì)

根據(jù)基坑規(guī)模(即基坑周長和基坑面積)對基坑進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，詳見圖6與圖7。從圖6可以看出，不同時(shí)間內(nèi)周長在1 000 m以下的基坑占據(jù)了絕大比例，2017年之前、2017年、2018年、2019年周長在1 000 m以下的基坑比例分別是92.3%、94.7%、85.1%、85.7%。另外，四種周長條件下的基坑數(shù)量都增加明顯，但相對來說周長在1 000 m以上基坑數(shù)量的增速更大，從2017年之前到2019年擴(kuò)大了12倍，并且所占的比例也在不斷提升?？梢?，目前南昌地區(qū)周長在1 000 m以下的基坑居多，但是周長1 000 m以上的大基坑也在逐步涌現(xiàn)。由于基坑的形狀各異以及分類區(qū)間的不同，圖7中各類基坑的變化情況與圖6略有差異，但整體來看，圖7反應(yīng)的規(guī)律和圖6是一致的，即面積在30 000 m2以下的基坑居多，但30 000 m2以上基坑的增速更大。

圖6 基坑按周長統(tǒng)計(jì)情況

圖7 基坑按面積統(tǒng)計(jì)情況

3 現(xiàn)狀分析與思考

3.1 現(xiàn)狀分析

從基坑數(shù)量來看，近幾年基坑整體建設(shè)數(shù)量增速很快，所統(tǒng)計(jì)的樣本中，2017年之前、2017年、2018年與2019年建設(shè)的基坑數(shù)量占比分別為7.55%、17.7%、38.17%、36.58%。

從基坑支護(hù)設(shè)計(jì)來看，支護(hù)形式采用了排樁(單排或雙排灌注樁)、放坡、鋼板樁、SMW工法樁、地下連續(xù)墻、TRD工法樁等，其中以排樁和放坡為主，二者占到了全部支護(hù)形式的87.9%；止水措施采用三軸攪拌樁、高壓旋噴樁、咬合樁等方式，其中以三軸攪拌樁和高壓旋噴樁為主，二者占到了所有止水措施的96.9%；坑外加固主要采用土釘與錨桿(索)的方式，采用土釘設(shè)計(jì)的基坑占絕大比例，其數(shù)量是采用錨桿(索)加固基坑數(shù)量的3倍以上。

從基坑特征來看，所建基坑的環(huán)境更為復(fù)雜，一級基坑的數(shù)量從2017年的31個(gè)增加到2019年的82個(gè)，占比從35.6%增長到46.9%；基坑開挖深度主要集中在5～15 m，其中5～10 m開挖深度的基坑占比最大，在2018年與2019年占比分別達(dá)到了74.0%和73.5%，但10～15 m開挖深度基坑增速更大，在2018年與2019年占比也分別達(dá)到20.8%和20.0%；從基坑周長和面積的統(tǒng)計(jì)來看，中小基坑如周長1 000 m以下或面積30 000 m2以內(nèi)占絕大比例，超大基坑占比較小，但增速較快，2019年 30 000 m2以上的基坑占比也達(dá)到了23.5%。

基于上述統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，南昌地區(qū)基坑建設(shè)的數(shù)量、深度和規(guī)模都在逐步提升，這是城市建設(shè)的需要，也是地下空間建設(shè)發(fā)展的需要。同時(shí)，基坑的建設(shè)會帶動設(shè)計(jì)與施工水平的不斷提升，這些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的提高也會帶動周邊地區(qū)地下空間的發(fā)展。

3.2 思考

將南昌地區(qū)基坑建設(shè)情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與發(fā)達(dá)地區(qū)進(jìn)行比較，并結(jié)合南昌地區(qū)今后的發(fā)展趨勢，不難發(fā)現(xiàn)南昌地區(qū)的基坑建設(shè)在取得一定成績的同時(shí)，也存在一些不足，比如基坑支護(hù)方式過于單一導(dǎo)致設(shè)計(jì)與施工技術(shù)缺乏創(chuàng)新，開挖深度過小為后期整體規(guī)劃帶來困擾等。基于此，筆者做如下三點(diǎn)思考：

(1)地下空間規(guī)劃。規(guī)劃指導(dǎo)建設(shè)，如果規(guī)劃具有較好的前瞻性，那么后續(xù)建設(shè)也會避免系列問題。目前南昌中心城區(qū)的基坑建設(shè)項(xiàng)目較多，相比遠(yuǎn)郊的基坑建設(shè)存在諸多難點(diǎn)，如設(shè)計(jì)中基坑支護(hù)方式需充分考慮周邊環(huán)境，施工中需要考慮噪聲、振動、出土等對周邊居民、環(huán)境和交通的影響，如果前期規(guī)劃好，很多類似問題是可以避免的。整體來看，目前南昌地區(qū)地下空間利用還處于初步階段，現(xiàn)階段的地下空間規(guī)劃意義重大，應(yīng)結(jié)合南昌地區(qū)的長遠(yuǎn)定位和發(fā)展方向，以及地下空間的發(fā)展趨勢和在城市建設(shè)中的地位進(jìn)行規(guī)劃。

(2)基坑建設(shè)技術(shù)。從統(tǒng)計(jì)情況來看，南昌地區(qū)的基坑支護(hù)方式過于單一，導(dǎo)致在項(xiàng)目成本和工期控制上很難達(dá)到最優(yōu)，這主要是由建設(shè)方人員的整體水平造成的，如設(shè)計(jì)人員喜歡套用自己熟悉的支護(hù)方案，施工隊(duì)伍的施工水平也很難滿足新型支護(hù)方式的工藝要求。結(jié)合這一情況，一方面需要加強(qiáng)與發(fā)達(dá)地區(qū)的交流和學(xué)習(xí)，另一方面也需要結(jié)合自身?xiàng)l件(如地貌、地質(zhì)、地下水等)對基坑建設(shè)技術(shù)進(jìn)行思考、總結(jié)與創(chuàng)新。

(3)基坑建設(shè)管理。基坑建設(shè)的管理應(yīng)該是一個(gè)持續(xù)的過程，但目前來看，南昌地區(qū)的基坑管理工作只注重于建設(shè)期，回填之后對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析、研究、探討做得不夠。例如基坑監(jiān)測工作得不到重視，監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和連續(xù)性就無法保障，基坑監(jiān)測工作意義重大，基坑設(shè)計(jì)階段很多計(jì)算參數(shù)的取值比較保守，而通過監(jiān)測數(shù)據(jù)去校核這些參數(shù)取值則是一個(gè)有效途徑，經(jīng)過分析、研究還可為后續(xù)的基坑建設(shè)提供參考。同時(shí)，管理人員也要敢于嘗試，讓技術(shù)人才發(fā)揮作用，這樣基坑建設(shè)才能更加科學(xué)、全面、深入。

4 結(jié)束語

近年來，南昌地區(qū)基坑建設(shè)發(fā)展迅速，基坑數(shù)量、開挖深度、基坑規(guī)模等指標(biāo)都在逐步提升，表明南昌地區(qū)地下空間的利用情況在逐步改善，基坑設(shè)計(jì)與施工水平在不斷進(jìn)步，并帶動了周邊地區(qū)基坑建設(shè)的發(fā)展。但是，整體而言，相較于發(fā)達(dá)地區(qū)，南昌地區(qū)的基坑建設(shè)在前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測等方面仍存在一些不足，需要通過交流、學(xué)習(xí)并結(jié)合本地區(qū)的實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，提升規(guī)劃、管理、設(shè)計(jì)、施工等各參與方的整體水平。