深基坑围护技术的现状及研究方向

王萍

（新疆师范大学，新疆 乌鲁木齐 830054）

0 引言

随着城市建设的快速发展以及人口聚集效应的加强，城市土地日益紧张，因此，大型地下空间的有效开发逐渐成为城市建设的发展方向。如地下商场、高层建筑地下车库、地下交通系统等。越来越多的城市通过采用隧道或地铁技术解决城市交通拥堵问题，基坑工程常位于城市建筑及人群的密集地区。随着深基坑项目作业深度及面积的不断加大，对深基坑围护结构设计及施工提出更高的技术要求。根据不同的土性及周边环境的保护等级要求，以保证满足基坑稳定及变形控制的要求，确保深基坑周边市政建筑物、地下管线及其他设施的安全，从而对项目基坑围护结构的变形控制提出更高标准[1]。

1 深基坑围护技术应用现状

经多年的工程实践，已经基本建立了根据地质条件、地形条件和投资概算等因素，进行深基坑围护结构的设计与施工的技术体系。国内目前深基坑围护结构主要采用钻孔灌注桩、地下连续墙、土钉墙支护（见图1）等技术，这类基坑支护结构的成本高，施工作业场地狭窄，工期长，严重的环境污染；部分深基坑围护工程使用了加劲桩、预应力鱼腹梁装配式钢支撑、新型水泥土搅拌桩墙（SMW）（施工流程见图2）等先进技术，这类基坑支护技术具有投资少、工期短、作业场地大、节能环保等优点[2]。

图1 土钉墙

图2 SMW 施工流程

2 应用深基坑围护技术的关键问题

2.1 选择合理土压力计算方案

在基坑围护工程中，影响土压力数值的变量很多，如地基地下水水文特质、围护结构位移变化量、地下水位的升降值、基坑结构空间效应及土体蠕动造成的时间效应等。

基坑围护结构上的土压力值通常应用库伦土压力理论或朗肯土压力理论计算，两者均基于极限平衡理论。若依据库伦或朗肯土压力计算方法得到土压力值，则挡墙必须达到一定位移值，在基坑施工中，围护结构的位移变化值时常达不到该计算理论的运用条件，如果未进行必要修正，则计算结果不安全。为此，应重视围护结构实际位移值的大小对实际所受力土压值的影响[3]。

在设计计算土压力时，粘性土与砂性土分别采用水土合算及水土分算。然而，工程实践中的土层工况往往比较复杂，土中水的形态随土的成份和土体结构不同而变化。水土合算与水土分算的计算结果往往不一致。所以，在土压力计算时，应根据土层具体工况、土中水的形态等因素，合理运用水土分算或水土合算设计计算方案[4]。

所以，在基坑围护结构设计中，选取合理的土压力值较为困难，合理选择基坑围护设计中土压力值，主要取决于对项目所在地区土质结构、水文状况等数据的积累及研究，也依赖项目设计人员的综合判断能力。

2.2 合理选用深基坑围护型式

根据工程项目的地质状况和水文条件，基坑开挖三维参数和周边环境条件，选出合理的围护型式是基坑围护设计的关键。首先要着重探究基坑围护设计的侧重点是稳定问题，或者是控制变形问题，其次，认真分析影响稳定与变形问题的主因是土压力问题或水的问题[1]。在饱和软粘土工况中，通常应用排桩内支撑组合的围护型式，着重处理好因土压力造成的地基失稳与结构变形难题。

在粉砂与粉土地质工况中，首要任务是通过止水与降水解决地下水的问题。止水施工费用高、难度大，尤其基坑内外水位差比较大时，止水帷幕的止水成效很难保证。因此，一般通过降水的方式处理地下水的问题，重点关注好地下水降水方案的设计和施工。若需在粉砂与粉土地基工况条件下解决止水问题，可通过运用排桩加内支撑围护处理方案，同时须减小基坑内外的水位差，并应备好止水帷幕漏水时的应急措施[5]。

基坑围护型式多种多样，每种基坑围护型式都有一定的适用范围。因此，必须根据基坑工程地质和水文状况、基坑形状大小，以及基坑周边环境等影响因素，研究选用合理的围护型式。

2.3 基坑工程环境影响及变形控制计算

基础工程降水可能导致周边地下水位的下降，应该重视由此产生的环境影响。应对由地下水位下降引起的地基面沉降评估方法深入探究。地表水下降造成的地面沉降的原因：①土层的地质特性；②该地区地下水位变化值[6]。

地基变形可能会影响到周边建筑物、市政道路及管道的使用，进而造成基坑失稳甚至引发重大工程事故。在基坑围护结构的设计中，控制基坑变形以保证基坑稳定至关重要。同时，控制基坑变形既不是越小越好，也不能仅仅制定变形允许值，应根据工程实际情况确定地基变形控制量，以工程地基变形未影响周边建筑的正常使用为标准。基坑结构变形控制设计是基坑围护工程设计的重要方面，因此，应加强对深基坑围护结构变形控制设计的探究[7]。常见的对基坑变形的控制方法有：对基坑被动区土体采取加固措施，减少开挖围护结构周边土体的范围和时间，增加围护结构深度和刚度，采取相应措施控制因降水而产生的变形影响。

3 深基坑围护技术的发展方向

3.1 研究更完善的基坑工程设计理念

在基坑变形控制设计中，变形控制量的确定，以不影响周边市政建筑物及地下管线正常使用为最低标准。因此，须提出更合理、更系统的变形控制计算设计方案。①及时制定出基坑围护结构的形变控制的设计规范；②在基坑围护设计中，准确地将开挖空间效应转化为平面应变问题；③核实地基荷载的具体数值及荷载对围护结构形变的具体影响[8]。

3.2 探索新型围护系统地设计标准

为解决大量高层及超高层建筑基坑围护工程的设计与施工难题，则对基坑围护技术提出更高的标准，促使确立许多新型基坑围护结构类型，如预应力钢筋混凝土穿孔板、拱式帷幕组合、双层排桩等。当前这类新型基坑围护设计与计算结构急需解决以下问题，如何建立计算模型、如何合理绘制计算简图等问题。目前，深基坑围护结构设计技术逐步向一体化整体解决方案转变，如基坑围护结构与地基土方开挖方式、整合临时围护结构与项目本体结构、整合止水结构与受力结构。这种整合致使基坑围护结构的荷载、工况等因素复杂化，为此，工程技术人员必须深入研究新型围护系统设计方法[2]。

3.3 深基坑工程的信息化监测技术

按照施工原则，需先进行基坑支护，再进行基坑开挖，并采取相关措施进行信息化施工及安全监测，保证施工任务顺利进行。基坑围护结构施工过程的难预测性及设计参数的不确定性，导致出现基坑围护工程的设计方案和实际地质条件不符的状况，因此，需通过准确的结构监测信息及时修正基坑围护的设计方案。基坑施工相关技术人员依据及时采集的围护结构施工中的监测信息，准确预判基坑工程对周边环境的影响，并合理估算继续施工对基坑围护结构的变形及稳定状态造成的影响，继而制订出进一步施工的有效方案[3]。

4 总结

影响基坑稳定和变形的因素较多，如地基地质特征、围护结构受力条件及结构组合型式等。深基坑围护结构的设计需考量基坑围护工程的经济型、节能环保等因素。基坑围护结构设计工作的每一个环节，如土压力值及围护型式的合理选取，均不能仅凭计算机数值模拟计算确认施工方案，应结合工程技术人员工程实践经验，提出整合各影响因素综合设计方案。只有基坑工程技术人员在工程实践中不断总结，才能解决日益复杂的基坑围护技术课题。