深基坑工程設(shè)計與施工中的常見問題及解決措施

李 凱

（平?jīng)鍪薪ㄖ辈煸O(shè)計院有限責任公司，甘肅 平?jīng)?744000）

0 引言

深基坑施工工藝技術(shù)對提升建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性有著重要意義，但由于深基坑工程施工工序繁瑣，作業(yè)周期較長，需要在設(shè)計環(huán)節(jié)加強對施工問題的預(yù)測，完善深基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計，做好基坑防排水工作，從而保證基坑穩(wěn)定性與安全性，以及鄰近建（構(gòu)）筑物的安全及正常使用。本文對深基坑工程設(shè)計施工中的常見問題進行分析，并介紹切實可行的解決措施，僅供參考。

1 深基坑施工特點分析

深基坑不僅深度較深，還施工復(fù)雜，易發(fā)事故。

1.1 深基坑深度較深

為滿足城市發(fā)展需求，越來越多的超高層建筑出現(xiàn)，城市地下空間不斷拓展。交通路網(wǎng)的完善使大量高墩大跨度橋梁興建，深基坑建設(shè)工程應(yīng)運而生，且基坑的深度已超過40m。隨著工程規(guī)模的擴大，未來基坑深度還會持續(xù)加深。

1.2 深基坑施工復(fù)雜

深基坑設(shè)計與施工容易受到施工環(huán)境、地質(zhì)條件、水文條件、氣候等因素的干擾，如果地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，或者土體不夠穩(wěn)定，深基坑的穩(wěn)定性也會下降，甚至給項目施工帶來安全隱患。同時，施工時面臨管道鋪設(shè)問題，這些問題都要從設(shè)計角度出發(fā)，通過合理的規(guī)劃設(shè)計規(guī)避施工中的各項問題。

1.3 深基坑事故易發(fā)

深基坑設(shè)計與施工如果未達到預(yù)期效果，在外界環(huán)境因素的疊加作用下，基坑強度會下降，給工程施工帶來安全隱患，甚至引發(fā)施工安全事故[1]。

2 深基坑工程設(shè)計與施工中的常見問題

2.1 深基坑工程設(shè)計問題

2.1.1 深基坑空間的問題

從基坑角度來看，如果基坑穩(wěn)定性不足，后期基坑將有可能發(fā)生位移，這與基坑設(shè)計的參數(shù)不合理有關(guān)，或地質(zhì)勘察的局限性導(dǎo)致實際地質(zhì)情況不明確，使工程設(shè)計時對空間的考慮不足，導(dǎo)致深基坑設(shè)計無法達到基坑的實際受力需求。

2.1.2 與實際受力不相符

部分設(shè)計人員沒有實際分析施工環(huán)境與土質(zhì)條件，更多地考慮了靜態(tài)受力情況，卻忽略了動態(tài)影響因素，導(dǎo)致基坑設(shè)計和實際受力存在明顯的不相符，深基坑設(shè)計與實際施工出現(xiàn)脫節(jié)的情況，土方開挖后受到土質(zhì)的影響產(chǎn)生安全問題。

2.1.3 側(cè)向土壓力問題

深基坑施工中，擋土結(jié)構(gòu)和土層間形成土壓力，但土壓力會受到地下水變化、土質(zhì)條件的影響，如果沒有做好側(cè)向土壓力的分析，后續(xù)深基坑設(shè)計將會出現(xiàn)嚴重問題[2]。

2.2 深基坑施工中的主要問題

2.2.1 降水施工問題

深基坑的降水施工中常會出現(xiàn)排水不到位或者降水不及時的問題，導(dǎo)致土層滲水軟化，或者地基出現(xiàn)不均勻沉降。因此，合理的降水施工對基坑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與地基安全性有著重要意義。

2.2.2 深基坑壁面支護與開挖問題

基坑壁面施工、基坑開挖施工是整個工程的核心工序，合理的基坑支護與土方開挖作業(yè)對工程進度控制與基坑結(jié)構(gòu)安全提供保障。深基坑壁面支護和開挖施工中的常見問題，如施工規(guī)劃設(shè)計不夠合理，不切合實際，導(dǎo)致開挖作業(yè)中壁面支護結(jié)構(gòu)變形或者內(nèi)塌陷，對工程施工質(zhì)量造成嚴重影響。

3 深基坑設(shè)計與施工問題的解決措施

3.1 完善深基坑工程設(shè)計，規(guī)避后續(xù)施工問題

3.1.1 做好基坑設(shè)計前準備工作

深基坑設(shè)計之前應(yīng)科學勘察現(xiàn)場，了解地層結(jié)構(gòu)特性，繪制地質(zhì)分層表，以便明確巖土情況。如果在城市內(nèi)進行深基坑施工，地下管線比較密集，基坑施工難度增加，在設(shè)計階段有必要加深對管線分布情況的了解，合理調(diào)整設(shè)計方案。

3.1.2 基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計選擇

（1）放坡開挖式支護結(jié)構(gòu)，可用于場地開闊環(huán)境，或者對基坑沒有位移控制要求，一般與其他支護結(jié)構(gòu)綜合使用。

（2）支擋式支護結(jié)構(gòu)，分為雙排樁與墻鋼架結(jié)構(gòu)、懸臂式樁與墻結(jié)構(gòu)等，一般需計算結(jié)構(gòu)荷載能力和擋土構(gòu)件實際受力情況，分析內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)受力情況，計算基坑滑動穩(wěn)定性，從而選擇最有效的支擋式結(jié)構(gòu)。

（3）土釘墻，即將型鋼或鋼筋采用鉆孔或者注漿的方式打入深基坑巖土層，隨后在坑壁噴射混凝土，使錨桿和混凝土相互固定，通過形成重力擋墻達到抵抗土壓力的作用，確保工程開挖面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，一般可將土釘墻與支擋式結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以復(fù)合式支護體系提高深基坑支護穩(wěn)定性。

3.1.3 加強變形控制設(shè)計

目前深基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要有兩種極限態(tài)勢，一種是破壞的態(tài)勢，另一種為失效的態(tài)勢。破壞態(tài)勢中，基坑支護結(jié)構(gòu)破壞程度較深，支護結(jié)構(gòu)強度下降；失效態(tài)勢中，支護結(jié)構(gòu)已失效，但是結(jié)構(gòu)強度沒有下降。在支護結(jié)構(gòu)變形控制設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)遵循安全第一的原則，使深基坑結(jié)構(gòu)能夠與周圍環(huán)境相互適應(yīng)，基坑的形變與結(jié)構(gòu)改變必須有相應(yīng)的限制性條件。因此，需合理計算深基坑所能承受的臨界值并進行有效控制，規(guī)避嚴重的變形問題。

3.1.4 加強基坑抗傾覆穩(wěn)定性分析

以實際工程為例，某基坑處周圍環(huán)境復(fù)雜，基坑深度為23.22m，西側(cè)基礎(chǔ)埋深7m，東側(cè)基礎(chǔ)埋深6m，場地內(nèi)土層多為人工填土與第四紀沖積層，具體參數(shù)見表1。

表1 深基坑土層信息參數(shù)

現(xiàn)場共有3層地下水，第一層較穩(wěn)定，地下水埋深在10.8m左右；第二層潛水位的埋深大致在21.3m左右；第三層承壓水的埋深在27.1m處。依據(jù)護坡樁的實際嵌固深度，分析其對深基坑結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性的影響，在計算的同時調(diào)整護坡樁嵌固深度，得出不同抗傾覆系數(shù)。如圖1所示，嵌固深度不斷增大，抗傾覆系數(shù)也會增加，此時深基坑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

圖1 基坑護坡樁嵌固深度與抗傾覆系數(shù)的關(guān)系

預(yù)應(yīng)力錨索豎向間距對于深基坑抗傾覆穩(wěn)定性的影響如圖2所示，當錨索豎向間距加大時，深基坑結(jié)構(gòu)抗傾覆系數(shù)減小，導(dǎo)致基坑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降。為保證深基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應(yīng)盡可能提高抗傾覆系數(shù)，適當縮小應(yīng)力錨索的豎向間距。

圖2 錨索豎向間距和基坑抗傾覆系數(shù)的關(guān)系

針對深基坑樁錨支護結(jié)構(gòu)參數(shù)，了解參數(shù)變化給基坑抗傾覆系數(shù)帶來的影響，從圖2分析可知：

（1）當其他參數(shù)保持不變的情況下，隨著護坡樁嵌固深度與錨索豎向間距某一參數(shù)的變化，深基坑結(jié)構(gòu)的抗傾覆系數(shù)變化較為明顯。其中，基坑抗傾覆系數(shù)會隨著護坡樁嵌固深度的增加而變大，隨著錨索豎向間距的加大而縮小。

（2）在深基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)合理調(diào)整設(shè)計參數(shù)，確保工程設(shè)計的合理性與規(guī)范性，綜合考慮各項影響因素，遵循相應(yīng)參數(shù)與深基坑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的規(guī)律。

（3）在確定錨固體直徑時，場地內(nèi)如果存在一定厚度的卵石層，注漿后水泥漿有可能順著孔隙產(chǎn)生流動，影響錨固體有效直徑。因此要適當加大錨固體直徑，確保深基坑結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性[3]。

3.2 做好深基坑施工的要點控制,保證施工安全穩(wěn)定性

3.2.1 做好土方開挖，明確基坑施工要點

土方開挖是深基坑設(shè)計與施工的重要內(nèi)容，為保證開挖質(zhì)量，應(yīng)在開挖之前加強現(xiàn)場勘查與分析，優(yōu)選土方開挖方式，比如分層開挖結(jié)合機械開挖，應(yīng)及時將開挖土體運輸?shù)街付ǖ攸c。防止坑壁出現(xiàn)堆載或者加載的現(xiàn)象，并做好圍巖的科學監(jiān)測，監(jiān)控坑頂處的水平位移情況以及高程變化情況。

深基坑施工兼顧綜合性與臨時性特點，對施工環(huán)境有著較為嚴格的要求。在基坑設(shè)計時應(yīng)科學選擇支護結(jié)構(gòu)，明確基坑施工要點，比如選擇鋼筋混凝土排樁、錨樁或者噴錨支護結(jié)構(gòu)，基坑開挖的深度超過2m時，應(yīng)做好坑邊防護，比如在周圍搭設(shè)防護欄?？颖谥ёo應(yīng)按照基坑深度與地質(zhì)情況，依據(jù)基坑設(shè)計展開施工，如果存在支護墻漏水的現(xiàn)象，當水量較小時，可用混凝土與砂漿材料填補滲水點。一旦滲水現(xiàn)象嚴重，建議圍繞滲漏處開挖1m左右，再用混凝土及時填補，同時做好施工監(jiān)測與分析，以便及時修改工程設(shè)計方案。

3.2.2 加強深基坑內(nèi)部降排水工作

深基坑內(nèi)部施工時常會遇到水滲透的現(xiàn)象，目前常見的有井點降水法和表層排水法。前者通常在基坑內(nèi)或周圍設(shè)置一定數(shù)量的降水井，使周圍土體內(nèi)水位或基坑內(nèi)水位降至設(shè)計水位或基坑底以下。表層排水法一般為表層渠道排水，即表面建設(shè)渠道完成基坑引流排水，這些排水方法可獨立應(yīng)用，也可綜合使用，應(yīng)具體根據(jù)施工地點的氣候與地質(zhì)條件調(diào)整排水方式，強化排水效果。

3.3 加強邊坡修整監(jiān)測，做好水文與地質(zhì)信息勘察

3.3.1 加強邊坡修整監(jiān)測

從深基坑工程施工安全控制入手，對深基坑工程設(shè)計施工中的邊坡變形問題深入研究，做好邊坡的修整監(jiān)測和現(xiàn)場作業(yè)指導(dǎo)，科學防治邊坡坍塌事故，保證基坑整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。實施邊坡修整監(jiān)測作業(yè)，在設(shè)計階段安裝監(jiān)測裝置，采用人工巡檢和系統(tǒng)自動化巡檢方式，對深基坑邊坡變形情況和沉降現(xiàn)狀有效監(jiān)測，根據(jù)邊坡修整中的異常情況做好施工工序的調(diào)整。為了保證后續(xù)工序的開展，要由設(shè)計人員與施工人員聯(lián)合組成指導(dǎo)小組，落實現(xiàn)場施工變動的簽證管理工作，優(yōu)化工序變更監(jiān)管，降低因?qū)I(yè)指導(dǎo)不足造成的安全隱患發(fā)生幾率[4]。

3.3.2 做好水文與地質(zhì)信息勘察

實際施工作業(yè)期間，要完善水文和地質(zhì)信息勘察作業(yè)，加強對降水問題的改善。設(shè)計單位應(yīng)從前期水文和地質(zhì)信息出發(fā)，合理編訂勘察科目，加強勘察全過程的有效監(jiān)管，完成數(shù)據(jù)復(fù)核，確立數(shù)據(jù)列表，全方位展開深基坑工程水文與地質(zhì)信息的數(shù)據(jù)勘察與分析，為后續(xù)降水規(guī)劃作業(yè)的開展提供便利條件。施工單位應(yīng)聯(lián)合設(shè)計單位，根據(jù)設(shè)計單位提供的勘察數(shù)據(jù)與設(shè)計方案進行深基坑降水作業(yè)規(guī)劃，為防止深基坑降水排水反灌，避免土體滲水而引發(fā)的基坑結(jié)構(gòu)坍塌或者地面沉降，在降水排水前期階段，要在深基坑內(nèi)的排水溝處采取防滲措施，落實排水溝加固作業(yè)，避免邊坡坍塌事故。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段我國深基坑工程已普遍應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)及市政工程施工中，且深基坑設(shè)計與施工成為工程建設(shè)的重要部分。為保證施工質(zhì)量，首先要做好地質(zhì)勘查工作，制定合理的施工計劃，優(yōu)化操作流程，降低安全隱患，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，確?；A(chǔ)工程施工順利進行，以及臨近建（構(gòu)）筑物的安全及正常使用。