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1、深基坑开挖支护现状分析 及其对策 陈有亮 上海理工大学土木工程系主要内容 1、存在的问题 2、深基坑工程特点及现状 3、深基坑工程事故的分析 4、建议及对策 1、存在的问题 近年来，城市中的建筑密度随着城市现代化的推进 而增大，随着高层建筑的不断兴建，深基坑开挖支护问 题日益突出，深基坑开挖支护及对邻近建筑、道路及设 施的影响日益为土木工程师们所关注，高校和企业界也 研究开发了一些好的措施。但是基坑开挖深度越来越深 ，开挖环境日益复杂，设计及施工人员经常遇到新的问 题及新的挑战，从而使基坑工程事故频频出现。尤其在 上海、深圳等大城市，事故发生率更高。上海以前曾出 现在一年之中发生近四十例基坑事
2、故的情况，上海广东 路某基坑事故，导致交通主干线广东路下陷1.8m，致使 各种地下管线产生严重破坏，煤气泄露产生爆炸，当场 熏倒二十多人，直接经济损失达五千多万元，造成了极 坏的社会影响；98年深圳某基坑工程，出现了严重的塌 方事故，几名施工人员被埋，基坑周围几栋建筑物出现 严重破坏。2、深基坑工程特点及现状 （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12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，地下34层 已很寻常，56层也有，基坑深度多在 1016m间，在20m左右的也为数
3、不少 。2、深基坑工程特点及现状 （2）工程地质条件越来越差。这一点 在某些沿海城市较为突出。 （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。 2、深基坑工程特点及现状 （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。 （5）基坑工程事故的危害极大。一旦 基坑支护失效，常造成邻近房屋、地 下管线及道路的开裂，
4、引发工程纠纷 ，甚至出现严重的破坏，造成重大的 经济损失及人员的伤亡。3、深基坑工程事故的分析 由于深基工程的上述特点，使深 基坑支护成为一个最感头痛的工程难 题。通过实例调查分析，工程事故可 归纳为如下几类： 3.1 建设单位未认真执行设计方案 3.2 设计计算错误 3.3 未进行稳定验算 3.4 施工管理方面的问题 3.1 建设单位未认真执行设计方案 （1）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
5、设单位提出，部分采用800悬臂灌注桩，部 分采用150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10.3放坡。东、南、西北浇筑 C30的800悬臂灌注桩57根，1800，桩长18m，悬臂12m， 入坑底6m。北部用150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150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
6、，欲速则不达。 （2）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800500mm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11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10.30.5.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
7、后形成510cm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。 3.2 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600灌注桩，1000，桩长20m，入土5m，混 凝土强度为C25，配12根22的级钢筋，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。
8、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
9、拉脱，腰梁扭断开。经分析计 算，第一道锚杆的锚固长度需25.630m，第二道锚杆的锚固长 度需2225m.可见倒塌的主要原因是设计计算错误所导致。3.2 设计计算错误 （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57m，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. 3.2 设计计算错误 （3）安全系数偏小。许多基坑设计 时，为单纯追求造价，而忽略许多因 素
10、，使工程的安全系数偏小。如遇雨 水或少量偶然的坑边堆载，就导致基 坑的失稳。3.3 未进行稳定验算 由很多工程事故发现，仅进行基坑 支护设计或选择一个方案是不行的 ，还必须进行稳定验算，以确保基 坑的整体及局部稳定，特别是软土 地区。 3.4 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。4 建议及对策 4.1 坚持分层分段开挖与支护的原则 4.2 信息反馈是基坑施工的重要组成 部分 4.3 支护结构的革新 4.4 进一步研究基坑支护理论 4.5 探讨基坑护壁抢险技术 4.1坚持分层分段开挖与支护的原则 一般情况下，边坡破坏有一个从局部开
11、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。城市高层建筑的发 展，使基坑深度日益增大，边坡也越来越陡立（一 般在8090）。目前各种边坡稳定的理论计算模式 都是在60左右建立的，与陡立边坡的初始受力状态 有较大差异。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
12、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。4.1坚持分层分段开挖与支护的原则 在分析土体力学性能、地下水和边坡 附加荷载分布的基础上预测突破点可 能产生的部位，这是划分层段的重要 依据。据此绘出每一坡面的层段开挖 图，作为施工依据，并在施工中根据 具体情况进行调整。 4.2 信息反馈是基坑施工的 重要组成部分 所谓施工过程中的信息反馈基本上指两方面：一是 指坡面开挖过程中对暴露出来的地质构造、地下水 分布的变化及未知地下建筑物的信息反馈；二是指 施工过程中对边坡位移及应力监测的信息反馈。其 中，施工中发生侧移有以下原因： （1）土力学的模糊性：土的
13、地质结构多变，影响因 素多，物理力学性能较离散。其结构计算原理及各 种参数取值有较大的模糊性，不可能一次计算到位 。 （2）外力作用下的变形。 （3）施工阶段的不稳定性。 4.3 支护结构的革新 （1）根据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。 4.3 支护结构的革新 （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
14、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。 4.3 支护结构的革新 （3）发展新的支护方法。近年来，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。它不要一根桩、一块板、一根管、 一根撑，完全抛弃了传统法及其被动支护概念， 以尽可能保持、显著提高、最大限度地利用基坑 边壁土体固有力学强度，变土体荷载为支护结构 体系的一部分。它主动支护土体，并与土体共同 工作，具有施工简便、快速、及时、机动、灵活 、适用性强、随挖随支、挖完支完、安全经济等 特点。其工期一般比传统法短3060天以上，工 程造价低10%30%.支护最大垂直坑深18m，建 筑淤泥基坑深达
15、10m。4.4 进一步研究基坑支护理论 可以看到，随着国民经济的飞速发展和城市现 代化的进程，基坑工程的可靠性成为高层建筑 亟待解决的问题。因此进一步探讨基坑支护的 方法和计算理论，尤其是新型支护方法的计算 理论，乃为工程实际所急需。如喷锚网支护法 、锚钉墙法。 4.5 探讨基坑护壁抢险技术 如前所述，基坑工程的破坏率较高。因此，配 合施工过程的监测与信息反馈技术，进行基坑 护壁抢险技术的探讨非常必要。目前，发现基 坑护壁失效，采用的方法是停止开挖或回填土 方等，收效甚微。因此在支护设计或确定施工 方案时，就必须考虑基坑护壁的抢险措施。如 基坑护壁帷幕漏水化学灌浆抢险技术，具有简 单、经济、快速和有效的特点，是目前基坑漏 水涌砂最好的抢险补救方法。 谢谢！
