探究深基坑支護存在的問題以及控制措施

侯振峰

（核工業(yè)華東建設(shè)工程集團公司，江西 南昌 330000）

近年，我國城鎮(zhèn)化建設(shè)取得了舉世矚目的成就，隨著城鎮(zhèn)化率的不斷提高，城市中高樓林立，城市空間不斷向上向下雙向發(fā)展，高層、超高層建筑的大量出現(xiàn)，基礎(chǔ)埋置越來越深，地下空間開發(fā)規(guī)模越來越大，深基坑工程被廣泛運用，深基坑支護施工技術(shù)亦顯得越來越重要，雖然我國的深基坑工程建筑施工的質(zhì)量和安全相較以往有了很大程度的進步,但是由于深基坑勘察、設(shè)計、施工涉及的影響因素眾多，開挖事故的發(fā)生影響因素具有不確定性、突發(fā)性、危害大，同時施工工期較長、難度大、技術(shù)要求高等特點，為了防止基坑施工中出現(xiàn)事故，有必要對深基坑支護存在的問題及預(yù)防措施進行深入、細致的研究。

1 深基坑支護研究的重要意義

規(guī)范定義開挖深度超過5m（含5m）或開挖深度雖未超過5m，但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜，或影響毗鄰建筑（構(gòu)筑）物安全的基坑（槽）的施工為深基坑施工，為超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程。深基坑工程也是采擋土、支護、防水、降水、和挖土等緊密聯(lián)系的環(huán)節(jié)構(gòu)成的一個系統(tǒng)工程，其中任何一個環(huán)節(jié)失控，均會造成施工事故，深基坑工程從勘察、設(shè)計、施工過程中對如何保證基坑施工的安全采取各種類型的支護體系，一方面是為了充分承受土壓力、水壓力及其他荷載所引起的側(cè)壓力，確保基坑安全，另一方面既保證基坑周圍的地基及基坑底面的地基不受破壞，又保證鄰近建筑物、道路和地下管線等不造成下沉或其他危害[3]。我國深基坑工程發(fā)展理論研究和實踐施工已取得了巨大成就，但在實際施工中仍出現(xiàn)不少問題，如在施工中出現(xiàn)的支護體系變形、垮塌、擋土樁斷裂、錨桿斷裂失效、支撐體系失效、漏水、潛蝕、管涌、地基隆起、鄰近建筑（構(gòu)筑）物變形、損傷及垮塌等事故，故對深基坑支護存在的問題及控制措施進行深入細致地研究具重大現(xiàn)實意義。

2 深基坑支護施工存在的問題

2.1 與支護體系中擋土結(jié)構(gòu)有關(guān)的問題

在支護體系中擋土結(jié)構(gòu)施工不良造成的結(jié)構(gòu)性隱患問題有：擋土墻（樁）深度不到位、地下連續(xù)墻或灌注樁出現(xiàn)嚴(yán)重“蜂窩”“狗洞”、灌注樁縮頸斷裂，鋼筋籠插入深度不夠，鋼板樁咬合不良以及攪拌樁入土深度不夠問題；擋土墻（樁）水密性不好、止水帷幕存在缺損（空洞、蜂窩、開叉等）而造成漏水，引起擋土墻背側(cè)土流失問題；擋土墻（樁）斷面或強度不足，設(shè)計時側(cè)壓力值計算偏小、被動土壓力值計算偏大，各個階段挖土超挖以及基底隆起、涌沙等引起擋土墻（樁）異常變形的問題。

2.2 施工過程中擋土支護結(jié)構(gòu)自立時存在的問題

由于設(shè)計中未考慮的荷載不適當(dāng)?shù)丶釉趽跬两Y(jié)構(gòu)頂部，造成側(cè)壓力增大，引起擋土結(jié)構(gòu)變形、斷裂、垮塌等問題，這類問題的引起有施工中挖機在基坑頂作業(yè)，沒考慮挖機作業(yè)自重和吊運土車等外來擾動引起的外來因素荷載作用；未考慮基坑頂堆放殘土、施工所需材料等外來荷載作用；未詳細調(diào)研基坑周邊鄰近是否存在淺基礎(chǔ)建筑物荷載作用。

施工過程中各個階段超挖引起土體側(cè)壓力增大造成擋土結(jié)構(gòu)變形、斷裂、垮塌等問題，有內(nèi)支撐體系的基坑施工時，在設(shè)置第一道或其他各道支撐時，出現(xiàn)基坑超挖造成支承沒來得及起作用，在開挖過程中集水坑或集水溝開挖過深引起側(cè)壓力增大。

支護體系解除時支承力不足，引起擋土結(jié)構(gòu)變形、斷裂、垮塌等問題有：在地下室建成后，因在擋土結(jié)構(gòu)與地下室之間的空隙填土不實或未設(shè)臨時支撐，致使擋土結(jié)構(gòu)支承力不足問題；臨時支撐斷面或強度不夠，引起臨時支撐壓曲現(xiàn)象問題；具多道支撐的支承結(jié)構(gòu)中，同時撤去支承結(jié)構(gòu)，造成擋土結(jié)構(gòu)懸臂高度過大，造成側(cè)壓力增大問題。

2.3 錨桿抗拔力不夠或失效問題

2.3.1 因勘察設(shè)計原因造成錨桿抗拔力不夠問題

錨桿抗拔力不夠，引起失效問題是勘察對地下水位狀況和地層土資料、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，致使設(shè)計出問題；在設(shè)計階段有如下問題：設(shè)計擋土墻（樁）入土深度設(shè)計不夠，錨桿間距設(shè)計過大，附屬部件（腰梁、圍檁、冠梁等）設(shè)計強度不夠，錨固土體未設(shè)置在良好的土層中，設(shè)計水泥漿配合比及水灰比不適合，未設(shè)計預(yù)應(yīng)力張拉問題，錨桿向下傾角過大造成錨桿水平力過水、豎向力過大，增加了擋土體下沉。

2.3.2 錨桿施工過程中產(chǎn)生的不良問題

錨桿施工過程質(zhì)量問題是引起錨桿失效的主要問題，主要有：干作業(yè)時，未清理附于孔壁上的土屑、松散泥土，水作業(yè)時未用清水沖洗孔壁，成孔時受到鉆具對孔壁土過分?jǐn)_動，引起錨桿抗拔力降低；水作業(yè)時未采用二重管成孔或未使用止水裝置或未采取降水措施等洗孔過度，造成地下水將擋土體背后的粉粒狀土從孔口流失，使周邊地基下沉；施工中水泥漿水灰比調(diào)制不準(zhǔn)確，注漿時壓力不足，預(yù)應(yīng)力張拉力不夠等造成錨桿抗拔力不夠。

2.4 與地下水治理不當(dāng)有關(guān)問題

深基坑工程中為了確?；邮┕さ陌踩仨殞Φ叵滤M行有效的治理，與深基坑有關(guān)的地下水按埋藏條件分為包氣帶的上層滯水、飽和帶的潛水和承壓水，對地下水治理不當(dāng)會對深基坑工程造成嚴(yán)重危害，可以說地下水是深基坑工程的“天敵”。地下水治理不當(dāng)對擋土結(jié)構(gòu)、基坑底面、基坑周邊會產(chǎn)生重要影響。

2.4.1 地下水對擋土結(jié)構(gòu)的危害問題

擋土結(jié)構(gòu)不僅僅起擋土地體作用，也起到擋水作用，在施工中往往不設(shè)置止水帷幕或設(shè)置了止水帷幕但出現(xiàn)止水帷幕缺損（空洞、蜂窩、開叉等），在地下水的作用下，水?dāng)y帶淤泥質(zhì)土、松散粉土、松沙等細顆粒土從基坑以上的擋土結(jié)構(gòu)的背部流入基坑內(nèi)，出現(xiàn)涌泥、流砂，造成坑周地基土流失、地面開裂及下沉，危及周邊建筑（構(gòu)筑）物，情況嚴(yán)重造成坑壁坍塌等擋土結(jié)構(gòu)變形、位移、斷裂、垮塌等問題[1]。當(dāng)基坑以下止水帷幕存在缺損，易造成潛蝕、管涌等現(xiàn)象。

在軟土地區(qū)，當(dāng)坑內(nèi)工程樁和擋土樁采用打入式或壓入式樁時，如基坑降水措施不當(dāng)，形成超靜水壓力破壞坑內(nèi)土體應(yīng)力平衡，將促使淤泥質(zhì)土流動造成樁水平位移。

2.4.2 地下水對基坑底面產(chǎn)生破壞的問題

當(dāng)擋土結(jié)構(gòu)插入深度不夠造成地下水流路長不足或地下水降得不夠時，在無黏性土基坑開挖后，當(dāng)?shù)叵滤南蛏蠞B流力大于土的浮重力密度時，在擋土結(jié)構(gòu)近端的基坑底面處，易發(fā)生管涌現(xiàn)象。

當(dāng)基坑內(nèi)外側(cè)的地下水水位差較大時，且基坑下部有承壓水層時，易發(fā)生突涌現(xiàn)象。

2.4.3 地下水對周邊建筑（構(gòu)筑）物影響問題

深基坑降水時常會帶走很多土粒，同時會使軟弱土層產(chǎn)生固結(jié)下沉，加上基坑挖土，將引起基坑周邊一定范圍和不同程度的工程環(huán)境變化，易形成漏斗效應(yīng)，若處理不當(dāng)，嚴(yán)重者將對基坑附近的建筑物產(chǎn)生位移、沉降和破壞。最普遍的是地面建筑和地下建筑（地下室、地下管線等）沉降、變形、位移、傾斜，道路及各種地下管線沉降、斷裂、錯位等。

2.4.4 勘察工作水文地質(zhì)特征不詳實引起的問題

在工程勘察中，部分編錄人員對粉土、粉質(zhì)夾層未作詳細獨立劃分，而地下水位下的粉土、粉質(zhì)夾層往往是引起潛蝕、管涌或流沙的主要物質(zhì)，設(shè)計施工時未引起足夠重視，往往未采取止水措施，坑壁支護措施過于簡陋，在開挖過程中，坑內(nèi)產(chǎn)生較大水位差，形成較大水壓力差，地下水的水動壓力劇增，易出現(xiàn)側(cè)壁滲水、涌水、冒沙，使粉土、粉砂大量流失，造成邊坡坍塌，地面下沉，引發(fā)相鄰近建筑物破壞。

3 深基坑工程支護體系控制措施

3.1 深基坑工程巖土勘察控制措施

深基坑巖土工程應(yīng)與主體建筑的地基勘察同時進行，在制訂方案時，除滿足主體主體結(jié)構(gòu)設(shè)計要求外，應(yīng)同時滿足基坑工程設(shè)計和施工要求，要對基坑周邊建筑物、構(gòu)筑物、道路、江河湖泊、水文地質(zhì)工程地質(zhì)、地下管線等進行全面詳細調(diào)查，準(zhǔn)確提供場地土層的成因類型、土層性質(zhì)及對粉土、粉質(zhì)夾層情況，準(zhǔn)確提供基坑及周圍護墻邊界附近，場地填土、暗洪、古河道及地下障礙物等不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布范圍及深度，表明其對基坑的影響；提供場地淺層潛水和坑底深部承壓水的埋藏情況、滲流特點及產(chǎn)生管涌、流砂的可能性；準(zhǔn)確提供支護設(shè)計和施工中所需要的各類土、水等參數(shù)。對特殊的不良土層，需要查明其膨脹性、濕陷性、觸變性、凍脹性、液化性勢參數(shù)。

要準(zhǔn)確開展水文條件調(diào)查，查明地下各含水層的視見水位、靜水位；地下水補給情況、動態(tài)變化及連通情況；查明基坑底以下承壓水的水頭高度和含水層的界面，地下水是否有腐蝕性。

準(zhǔn)確提供基坑周圍環(huán)境情況，對建筑（構(gòu)筑）物位置、結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及埋深、是否屬于歷史文物；準(zhǔn)確提供地下管線與基坑的相當(dāng)位置、埋深、管徑、管內(nèi)壓力、接頭構(gòu)造、管材、每個管節(jié)長度、埋設(shè)年代等情況；準(zhǔn)確提供周圍道路的性質(zhì)、類型、位置、交通狀況、路基路面結(jié)構(gòu)；準(zhǔn)確提供周邊江河湖泊的位置、水位等。

3.2 設(shè)計單位提供合理的支護方案控制措施

設(shè)計單位應(yīng)當(dāng)根據(jù)勘察提供的資料將理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)與工程地質(zhì)、水力學(xué)、土力學(xué)、地基與基礎(chǔ)、地基處理及原位測試知識綜合運用，結(jié)合深基坑開挖、降水、支護、監(jiān)測監(jiān)控等相關(guān)內(nèi)容為深基坑提供技術(shù)、經(jīng)濟、安全和環(huán)保的支護設(shè)計方案，做到設(shè)計技術(shù)措施得當(dāng)、經(jīng)濟合理、結(jié)構(gòu)安全和對環(huán)境無害。

3.3 深層攪拌樁、排樁、地下連續(xù)墻支護結(jié)構(gòu)主體施工控制措施

要根據(jù)現(xiàn)場情況嚴(yán)格按設(shè)計圖紙和施工規(guī)范科學(xué)編制施工組織設(shè)計，并按方案認(rèn)真執(zhí)行。支護主體一般為層攪拌樁、排樁、地下連續(xù)墻支護[2]。

深層水泥攪拌樁施工嚴(yán)格控制水灰比（1.5～2.0）及摻入量，水泥摻入比，一般不少于12%，嚴(yán)格控制攪拌樁下沉速度和攪拌提升速度，并保持勻速下沉（提升），下沉速度為1m/min，提升速度為2m/min。攪拌提升時不應(yīng)使孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓造成堤壩周邊地基沉降，在樁機筒身上做好明顯標(biāo)志，嚴(yán)格控制隔水帷幕樁頂和樁底標(biāo)高。

為提高圍護樁的隔水質(zhì)量，采用全斷面重復(fù)套打搭接工序,攪拌樁垂直度允許偏差為0.5%，樁位允許偏差為50mm，樁徑允許偏差為4%，相鄰樁施工間隔時間不宜超過2h，樁排與樁排搭接時間不宜超過24h，施工過程中一旦出現(xiàn)冷縫則采取在冷縫處采用三軸外包一幅進行處理。

為了防止出現(xiàn)排樁、地下連續(xù)墻或灌注樁出現(xiàn)嚴(yán)重“蜂窩”“狗洞”、灌注樁縮頸斷裂，鋼筋籠插入深度不夠、擋土墻（樁）水密性不良問題出現(xiàn)，在擋土結(jié)構(gòu)圍護樁（墻）施工各個階段控制成孔深度，根據(jù)勘察資料嚴(yán)格控制成孔進尺，清孔控制好泥漿比、含砂率不宜大于4%～8%和孔底沉渣不宜超過200mm，鋼筋籠安放前要用探孔器試驗成孔效果，準(zhǔn)確安放鋼筋籠，在混凝土灌注前檢查灌注導(dǎo)管密封性，嚴(yán)格把控混凝土配合比和坍落度，坍落度控制在180mm～220mm為宜，灌注時初灌量要達到埋管深度1.5m以上，拔管時，要準(zhǔn)確測量砼灌注深度和計算導(dǎo)管埋深后，方可拔管。導(dǎo)管埋深不得大于6m，也不得小于2m，確保樁頂質(zhì)量,在樁頂設(shè)計標(biāo)高以上加灌一定高度,一般在0.5m～0.8m?；炷翉姸冗_設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后方可開挖土方。

地下連續(xù)墻加強導(dǎo)墻質(zhì)量管理，成槽施工時，選用粘度大、失水量小，在槽壁上能形成韌性強的優(yōu)質(zhì)化學(xué)泥漿，確保槽段在成槽機械反復(fù)上下運動過程中土壁的穩(wěn)定，施工過程中嚴(yán)格控制地面重載，不使槽壁在施工荷載作用產(chǎn)生變形而造成塌方。鋼筋籠制作時，預(yù)埋鋼筋及鋼筋接駁器要精確定位，其牢固程度、標(biāo)高、位置須準(zhǔn)確無誤，嚴(yán)格控制接頭管垂直度及接頭管背后封墻質(zhì)量，確保混凝土灌注時接頭管不變形和混凝土漿液下流入下一槽段。

槽段挖至設(shè)計標(biāo)高后，用特制的刷壁器清刷先行幅接頭面上的沉碴或泥皮，上下刷壁的次數(shù)應(yīng)不少於10次，直到刷壁器的毛刷面上無泥為止，確保接頭面的新老砼接合緊密。槽段接頭處不允許有夾泥，采用免刷壁復(fù)合接頭管對十字金剛板接頭進行保護。嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋入混凝土中的深度，嚴(yán)禁導(dǎo)管拔空，采用混凝土數(shù)量及實測數(shù)據(jù)確定混凝土導(dǎo)管的埋入深度。開始灌注混凝土前在現(xiàn)場貯備足夠的混凝土，確保剪球后導(dǎo)管埋置深度在0.8m以上，混凝土保證連續(xù)灌注。在施工后行幅時，對接頭作特別處理外，還應(yīng)增加刷壁的次數(shù)，保證接頭質(zhì)量。

3.4 擋土支護結(jié)構(gòu)自立時控制措施

設(shè)計時要考慮施工現(xiàn)場設(shè)備、材料堆放及挖土吊運、周圍運輸車輛等外在荷載的作用，科學(xué)驗算臨時支撐斷面或強度，設(shè)計更科學(xué)合理。同時嚴(yán)禁超挖，集水坑或集水溝設(shè)計深度要科學(xué)合理，開挖后及時安放內(nèi)支撐體系，解除支撐體系時要回填密實后至下而上依次解除。地下室建成后，應(yīng)及時在擋土結(jié)構(gòu)與地下室之間的空隙填土密實或設(shè)臨時支撐體系。

3.5 錨桿施工控制措施

勘察時要準(zhǔn)確提供地下水位狀況和地層土資料，針對不同的地質(zhì)條件選擇科學(xué)的錨桿體系。錨桿在成孔嚴(yán)格按規(guī)范操作，擋土墻（樁）入土深度要達設(shè)計標(biāo)高，錨桿間距科學(xué)設(shè)置，附屬部件（腰梁、圍檁、冠梁等）設(shè)計強度要經(jīng)驗算，錨固土體要設(shè)置在良好的土層中，控制好孔徑、鉆進速度控制在0.5m/min，水泥漿水灰比控制在0.45～0.5、壓漿壓力0.3Mpa～0.5Mpa，采用張拉控制好預(yù)應(yīng)力張拉力和伸長量，錨桿向下傾角不超45°。

嚴(yán)格按規(guī)范和施工組織設(shè)計進行錨桿施工，干作業(yè)時，清理好附于孔壁上的土屑、松散泥土，水作業(yè)時用清水沖洗孔壁，水作業(yè)時采用二重管成孔并使用止水裝置，采取降水措施等方式進行洗孔，施工中按配合比調(diào)制水泥漿水灰比，嚴(yán)格控制注漿時壓力，等水泥漿強度達設(shè)計要求時再進行預(yù)應(yīng)力張拉，張拉力按設(shè)計計算書控制張拉力和伸長量。

3.6 地下水治理控制措施

勘察時準(zhǔn)確提供水文地質(zhì)及工程地質(zhì)資料，特別是對粉土、粉質(zhì)夾層的編錄應(yīng)詳細，調(diào)查清場地及周邊地下水分布情況，地下水類型、水位、流量、流速、滲透系數(shù)、補充來源和排泄方向，以及含水層滲水性和含水量，場地是否有淺層潛水和坑底深部承壓水的埋藏情況、滲流特點及產(chǎn)生管涌、流砂的可能性，科學(xué)合理布置降排水施工措施，規(guī)范施工止水帷幕，施工過程中不定期監(jiān)測地下水在基坑內(nèi)外壓力差及水位高度，合理布置降水井點，對地下水位變化及擋土結(jié)構(gòu)內(nèi)外孔隙水壓力差、抽水量、基坑滲、漏水狀況、自然環(huán)境（雨水、洪水及氣溫等）的監(jiān)測。

當(dāng)出現(xiàn)基坑隆起變形情況，及時按需要抽取承壓水，防止基坑隆起；出現(xiàn)輕微的流砂現(xiàn)象，及時堵涌并采取加快墊層澆筑或加厚墊層的方法“壓住”流砂；較嚴(yán)重的流砂應(yīng)及時回土，同時增加坑內(nèi)降水措施，常規(guī)封堵效果不理想時，應(yīng)立即回土，再在地墻背后采取注聚氨酯方式迅速封堵，坑內(nèi)采取降水，雙液注漿加固方式改善下部土體。

3.7 監(jiān)控監(jiān)測管理控制措施

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，合理制定監(jiān)控方案，布置監(jiān)控點、基坑外移監(jiān)控點、基坑周邊建筑（構(gòu)筑）物的監(jiān)控點及水文地質(zhì)監(jiān)控點，監(jiān)測項目以位移為主，同時輔以應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測。在代表性地段布設(shè)監(jiān)測主斷面，綜合測定地表沉降、地面建筑（構(gòu)）物變化、管線變化、墻體水平位移、錨索預(yù)應(yīng)力，地下水位變化等，通過各種監(jiān)測數(shù)據(jù)分析并相互驗證，確保監(jiān)測結(jié)果的可靠性。

發(fā)現(xiàn)測值有明顯異常時，應(yīng)迅速通知設(shè)計、發(fā)包人和監(jiān)理單位，以便采取相應(yīng)措施。要提高監(jiān)控數(shù)據(jù)信息觀測的時效性、可靠性以及準(zhǔn)確性，有利于防止支護出現(xiàn)變形情況，提高施工的安全性。

4 結(jié)語

目前深基坑支護施工工藝在建筑領(lǐng)域廣泛運用，但我們在施工中還存在諸多問題需要解決，由于深基坑支護施工具有不確定性、變化性、動態(tài)性以及復(fù)雜性等特征，需要加強理論研究與實踐總結(jié)，提高基坑設(shè)計、施工的科學(xué)性、合理性、經(jīng)濟性、安全性，為整個建筑施工使用提供可靠的保障。