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浅谈深基坑开挖支护现状分析及其对策
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摘 要：探讨了深基坑工程开挖支护的特点及现状，分析典型基坑开挖支护出现的一些问题，提出了一些行之有效的建议及措施。（参考《建筑中文网》）
关键词：基坑开挖；施工；支护
1 深基坑工程特点及现状
1.1基坑越挖越深
或为了使用方便，或因为地皮昂贵，或为了符合城管规定及人防需要，建筑投资者不得不向地下发展。过去建1～2层地下室，即使在大城市也不普遍，中等城市更为少见。现在在大城市、沿海地区尤其是特区，地下3～4层已很寻常，5～6层也有。因此基坑深度多在10～16m间，在20m左右的也为数不少。
1.2工程地质条件越来越差
这一点在某些沿海经济开发区较为突出。
1.3基坑周围环境复杂
重要高层和超高层建筑集中在人口稠密、建筑物密集的地方，并紧靠重要市政公路。而此处原有建筑结构陈旧，地上与地下管线密布。因此，基坑开挖不仅要保证基坑本身的稳定，也要保证周围的建筑物和构筑物不受破坏。
1.4基坑支护方法众多
诸如人工挖孔桩，预制桩，深层搅拌桩，钢板桩，地下连续墙，内支撑，各种桩、板、墙、管、撑同锚杆联合支护，此外还有锚钉墙等。
2 深基坑工程事故的分析
通过工程事故实例的调查分析，对其原因提出如下看法：
2.1设计方案失误
（1）方案选择错误。
此类工程事故出现较多，如济南某大厦工程，位于繁华市区，地上23层，地下3层，基坑深12m，场地狭窄，东、南、北三面距建筑物较近。施工单位提出，采用大直径灌注桩，设一土层锚杆，桩顶设混凝土圈梁的桩锚支护体系，需费用约100万元。建设单位提出，部分采用φ800悬臂灌注桩，部分采用φ150钢管悬臂桩，部分放坡方案，费用40万元。结果按建设单位方案：西侧采用1∶0.3放坡。东、南、西北浇筑C30的φ800悬臂灌注桩57根，@1800，桩长18m，悬臂12m，入坑底6m。北部用φ150钢管悬臂桩7根，@1000，桩长15m，悬臂12m，入坑底3m。结果几次断桩，塌方来势凶猛，均在瞬间发生，共造成坑内土方堆积3000m3，断桩23根，桩倾斜2根，7根φ150钢管歪倒。可见，基坑支护必需认真对待，绝不能为节省费用，随便定个方案。经分析，原先施工单位提出的方案还是可行的，建设单位乱定方案，不科学办事，结果是浪费了投资，拖延了工期，欲速则不达。
（2）实施方案与设计方案不符。
（3）止水帷幕力度不当。
如南京交通银行大楼，地上28层，地下室1层，基坑深6.7m。设计方案是：支护采用800悬臂灌注桩，@1000，桩长14m，在桩顶设800×500mm圈梁，桩嵌入坑底8.8m；防水及降水在排桩背后设高压旋喷混凝土，形成止水帷幕。坑东侧42m长，距房屋15m左右，采用1∶1放坡开挖。在坑内设3个深20m管井作为降水井。实施方案是：基坑加深0.7m至7.4m，桩长改为13m，桩嵌入坑底5.6m。放坡面因场地限制改为1∶0.3～0.5。为抢进度，桩顶圈梁未施工即开始挖土，且一次挖到设计标高。基坑开挖后，东南角桩间出现大量涌泥和流沙，支护结构向基坑内侧移位达20cm以上，桩后形成5～10cm地面裂缝，放坡地段滑移失稳，降水井失效，以至东南面的和平电影院严重开裂破坏，被迫停止拆除，北侧湖南路路面开裂，被迫采用土层锚杆加固，直接经济损失100多万元。可见，不按原设计方案施工，灌注桩与喷射混凝土未形成止水帷幕是基坑事故的主要原因。
2.2设计计算错误
（1）锚杆计算错误。
如石家庄某高层建筑，建筑面积10万多平方米，地上28层，地下4层，基坑深达20.5m，东西长120m，南北宽100m。基坑用φ600灌注桩，@1000，桩长20m，入土5m，混凝土强度为C25，配12根φ22的Ⅱ级钢筋，桩顶设帽梁，帽梁顶砌5.5m高370砖墙作护墙，墙内有构造柱及压顶圈梁。护壁桩设三道130锚杆：第一道锚杆长15.5m，@2000；第二道锚杆长20m，@1500；第三道锚杆长18m，@1000。用槽钢与护壁桩相结合。1993年9月12日，施工完西部坑底垫层，施工管理人员发现基坑西部护壁桩间成片掉土，并有渗水现象，顶部砖墙外倾，顶部地面出现裂缝。9月15日西侧北部有部分腰梁槽钢脱落，部分锚杆螺母松动。施工人员将槽钢补焊接上，拧紧螺母。在坑顶局部挖土卸载。9月16日下午5时左右，基坑西部南北约50m的护壁结构迅速倒塌，折断钢筋混凝土桩48根，倒塌边缘距坑边约13m，护壁桩折成三段，折点分别在第二、三层锚杆处，第一层锚杆从土中完全拔出，第二、三层锚杆锚头拉脱，腰梁扭断开。经分析计算，第一道锚杆的锚固长度需25.6～30m，第二道锚杆的锚固长度需22～25m。可见倒塌的主要原因是设计中完全拔出，第二、三层锚杆锚头拉脱，腰梁扭断开。经分析计算，第一道锚杆的锚固长度需25.6～30m，第二道锚杆的锚固长度需22～25m。可见倒塌的主要原因是设计计算错误所导致。 （2）支护桩嵌入深度不够。
上海某工程基坑采用深层水泥搅拌桩做支护，基坑开挖深度5～7m，桩长12m，嵌入深度5m。开挖到5m时未发生事故，但开挖到7m时，发生管涌，涌砂涌水。由于大量砂土冒出，最终导致支护结构全部倒塌。仅加固费就增加投资30万元（原支护结构费80万元），工期延长2个月。经对管涌计算知，支护桩嵌入深度需7m。
2.3施工管理方面的问题
（1）严重超挖，不遵守分层分段开挖原则；
（2）坑边过量堆载；
（3）管理混乱。
3 建议及对策
3.1坚持分层分段开挖与支护的原则
边坡破坏有一个从局部开始，逐渐扩大的过程。首先产生局部破坏的部位为突破点。当某部位土体应力达到或超过其强度时，突破点开始破坏，并引起周围土体力学性质的变化和临近部位应力的升值，使破坏面扩大。边坡开挖后，破坏了原自然土体的三向受力状态，在开挖面附近产生一个高能区。其中一部分能量传给周围土体，一部就成为使土体变形的动力。对近于直立的边坡，若一次开挖深度太大，积聚的能量就很大，有可能成为破坏的突破点而产生塌方。所以施工中必须控制开挖面的长度与深度，并进行快速支护，使支护尽早发挥效能，达到控制和消灭破坏突破点的目的。分层分段开挖并支护有利于边坡能量的释放。前期开挖掘层段的能量有一部分通过锚体传到土层较深部位，有一部分受已施工面板影响留在坡面浅层部位。当下一层段开挖后，就被后期开挖段吸收并释放。因此，分层分段开挖并支护的施工方法也是一个能量释放的过程，最后总的开挖能量留在坡面的较少，这对整个破面的稳定是有利的。
3.2支护结构的发展
（1）从结构受力改变结构形式。
闭合拱圈挡土、连拱式基坑支护，都是将平面结构改变为空间支护结构，利用拱的作用，一方面减小土对桩的侧向压力，另一方面将结构受弯变为拱圈受压，充分发挥混凝土的受压特性，降低了工程费用。
（2）从施工方法上改变。
桩墙合一地下室逆作法，是将基坑支护桩和地下室墙合在一起，将地下室的梁板作为支护，从地下室顶往下施工，地下室外墙也施工。它的优点是节约投资，在地下水丰富、不易降低水位地区，尚须作防水帷幕。
（3）发展新的支护方法。
喷锚网支护法、锚钉墙法在工程中得到应用，并显示了显著的经济效益。 来源: 《建筑中文网》.
关键词：基坑开挖；施工；支护
1 深基坑工程特点及现状
1.1基坑越挖越深
或为了使用方便，或因为地皮昂贵，或为了符合城管规定及人防需要，建筑投资者不得不向地下发展。过去建1～2层地下室，即使在大城市也不普遍，中等城市更为少见。现在在大城市、沿海地区尤其是特区，地下3～4层已很寻常，5～6层也有。因此基坑深度多在10～16m间，在20m左右的也为数不少。
1.2工程地质条件越来越差
这一点在某些沿海经济开发区较为突出。
1.3基坑周围环境复杂
重要高层和超高层建筑集中在人口稠密、建筑物密集的地方，并紧靠重要市政公路。而此处原有建筑结构陈旧，地上与地下管线密布。因此，基坑开挖不仅要保证基坑本身的稳定，也要保证周围的建筑物和构筑物不受破坏。
1.4基坑支护方法众多
诸如人工挖孔桩，预制桩，深层搅拌桩，钢板桩，地下连续墙，内支撑，各种桩、板、墙、管、撑同锚杆联合支护，此外还有锚钉墙等。
2 深基坑工程事故的分析
通过工程事故实例的调查分析，对其原因提出如下看法：
2.1设计方案失误
（1）方案选择错误。
此类工程事故出现较多，如济南某大厦工程，位于繁华市区，地上23层，地下3层，基坑深12m，场地狭窄，东、南、北三面距建筑物较近。施工单位提出，采用大直径灌注桩，设一土层锚杆，桩顶设混凝土圈梁的桩锚支护体系，需费用约100万元。建设单位提出，部分采用φ800悬臂灌注桩，部分采用φ150钢管悬臂桩，部分放坡方案，费用40万元。结果按建设单位方案：西侧采用1∶0.3放坡。东、南、西北浇筑C30的φ800悬臂灌注桩57根，@1800，桩长18m，悬臂12m，入坑底6m。北部用φ150钢管悬臂桩7根，@1000，桩长15m，悬臂12m，入坑底3m。结果几次断桩，塌方来势凶猛，均在瞬间发生，共造成坑内土方堆积3000m3，断桩23根，桩倾斜2根，7根φ150钢管歪倒。可见，基坑支护必需认真对待，绝不能为节省费用，随便定个方案。经分析，原先施工单位提出的方案还是可行的，建设单位乱定方案，不科学办事，结果是浪费了投资，拖延了工期，欲速则不达。
（2）实施方案与设计方案不符。
（3）止水帷幕力度不当。
如南京交通银行大楼，地上28层，地下室1层，基坑深6.7m。设计方案是：支护采用800悬臂灌注桩，@1000，桩长14m，在桩顶设800×500mm圈梁，桩嵌入坑底8.8m；防水及降水在排桩背后设高压旋喷混凝土，形成止水帷幕。坑东侧42m长，距房屋15m左右，采用1∶1放坡开挖。在坑内设3个深20m管井作为降水井。实施方案是：基坑加深0.7m至7.4m，桩长改为13m，桩嵌入坑底5.6m。放坡面因场地限制改为1∶0.3～0.5。为抢进度，桩顶圈梁未施工即开始挖土，且一次挖到设计标高。基坑开挖后，东南角桩间出现大量涌泥和流沙，支护结构向基坑内侧移位达20cm以上，桩后形成5～10cm地面裂缝，放坡地段滑移失稳，降水井失效，以至东南面的和平电影院严重开裂破坏，被迫停止拆除，北侧湖南路路面开裂，被迫采用土层锚杆加固，直接经济损失100多万元。可见，不按原设计方案施工，灌注桩与喷射混凝土未形成止水帷幕是基坑事故的主要原因。
2.2设计计算错误
（1）锚杆计算错误。
如石家庄某高层建筑，建筑面积10万多平方米，地上28层，地下4层，基坑深达20.5m，东西长120m，南北宽100m。基坑用φ600灌注桩，@1000，桩长20m，入土5m，混凝土强度为C25，配12根φ22的Ⅱ级钢筋，桩顶设帽梁，帽梁顶砌5.5m高370砖墙作护墙，墙内有构造柱及压顶圈梁。护壁桩设三道130锚杆：第一道锚杆长15.5m，@2000；第二道锚杆长20m，@1500；第三道锚杆长18m，@1000。用槽钢与护壁桩相结合。1993年9月12日，施工完西部坑底垫层，施工管理人员发现基坑西部护壁桩间成片掉土，并有渗水现象，顶部砖墙外倾，顶部地面出现裂缝。9月15日西侧北部有部分腰梁槽钢脱落，部分锚杆螺母松动。施工人员将槽钢补焊接上，拧紧螺母。在坑顶局部挖土卸载。9月16日下午5时左右，基坑西部南北约50m的护壁结构迅速倒塌，折断钢筋混凝土桩48根，倒塌边缘距坑边约13m，护壁桩折成三段，折点分别在第二、三层锚杆处，第一层锚杆从土中完全拔出，第二、三层锚杆锚头拉脱，腰梁扭断开。经分析计算，第一道锚杆的锚固长度需25.6～30m，第二道锚杆的锚固长度需22～25m。可见倒塌的主要原因是设计中完全拔出，第二、三层锚杆锚头拉脱，腰梁扭断开。经分析计算，第一道锚杆的锚固长度需25.6～30m，第二道锚杆的锚固长度需22～25m。可见倒塌的主要原因是设计计算错误所导致。 （2）支护桩嵌入深度不够。
上海某工程基坑采用深层水泥搅拌桩做支护，基坑开挖深度5～7m，桩长12m，嵌入深度5m。开挖到5m时未发生事故，但开挖到7m时，发生管涌，涌砂涌水。由于大量砂土冒出，最终导致支护结构全部倒塌。仅加固费就增加投资30万元（原支护结构费80万元），工期延长2个月。经对管涌计算知，支护桩嵌入深度需7m。
2.3施工管理方面的问题
（1）严重超挖，不遵守分层分段开挖原则；
（2）坑边过量堆载；
（3）管理混乱。
3 建议及对策
3.1坚持分层分段开挖与支护的原则
边坡破坏有一个从局部开始，逐渐扩大的过程。首先产生局部破坏的部位为突破点。当某部位土体应力达到或超过其强度时，突破点开始破坏，并引起周围土体力学性质的变化和临近部位应力的升值，使破坏面扩大。边坡开挖后，破坏了原自然土体的三向受力状态，在开挖面附近产生一个高能区。其中一部分能量传给周围土体，一部就成为使土体变形的动力。对近于直立的边坡，若一次开挖深度太大，积聚的能量就很大，有可能成为破坏的突破点而产生塌方。所以施工中必须控制开挖面的长度与深度，并进行快速支护，使支护尽早发挥效能，达到控制和消灭破坏突破点的目的。分层分段开挖并支护有利于边坡能量的释放。前期开挖掘层段的能量有一部分通过锚体传到土层较深部位，有一部分受已施工面板影响留在坡面浅层部位。当下一层段开挖后，就被后期开挖段吸收并释放。因此，分层分段开挖并支护的施工方法也是一个能量释放的过程，最后总的开挖能量留在坡面的较少，这对整个破面的稳定是有利的。
3.2支护结构的发展
（1）从结构受力改变结构形式。
闭合拱圈挡土、连拱式基坑支护，都是将平面结构改变为空间支护结构，利用拱的作用，一方面减小土对桩的侧向压力，另一方面将结构受弯变为拱圈受压，充分发挥混凝土的受压特性，降低了工程费用。
（2）从施工方法上改变。
桩墙合一地下室逆作法，是将基坑支护桩和地下室墙合在一起，将地下室的梁板作为支护，从地下室顶往下施工，地下室外墙也施工。它的优点是节约投资，在地下水丰富、不易降低水位地区，尚须作防水帷幕。
（3）发展新的支护方法。
喷锚网支护法、锚钉墙法在工程中得到应用，并显示了显著的经济效益。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/12968.htm
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