摘 要：近幾年城市高層建筑不斷涌現，而且向著更高、更復雜的趨勢發展。建筑功能的多樣化，建筑結構的合理要求和場地空間非常有限使得深基坑工程越來越多。論述了深基坑工程的支護技術與原理，深基坑工程的降水和監測，深基坑工程的發展狀況和目前存在的問題，對深基坑工程的發展做了一些前瞻性的思考,對指導工程實踐和學科新領域的探索有重要意義。
關鍵詞：巖土工程；深基坑；支護；降水；監測
隨著社會的發展和城市化進程的加快，高層建筑已成為城市主要的建設項目之一，尤其在城市密集生活區，由于場地的限制，高層建筑的高度不斷的增加，基礎的埋深也不斷加深，而且有建筑物與建筑物之間距離近、場地下方地下管線復雜、場地周邊環境對基坑工程的影響明顯的特征。房屋建筑、市政工程或地下建筑在施工時需開挖的地坑，即為基坑。一般認為深度在5m及以上或者地質條件復雜，周圍環境和地下管線復雜，影響毗鄰建筑物安全的基坑即為深基坑①。深基坑工程是一個綜合性的巖土問題，有明顯的區域性，已經成為近年巖土工程中建設的熱點。目前，深基坑支護結構的設計計算仍基于極限平衡理論。而實際上基坑開挖后是一種動態平衡狀態。隨著時間的增長，土體強度逐漸下降，相當一部分地下的土體在工作荷載狀態下仍處于小應變狀態。Burland [1]認為，在工作荷載作用下垂直建筑物基礎和深基坑周圍的土體應變基本上要比0.1%要小，最大不超過0.5%。工程實踐證明在設計中變形和時間效應必須給予充分考慮，但在目前的設計計算中卻常被忽視。隨著土工試驗技術的進步以及先進監測技術的應用與計算機技術的普及，設計方法不斷革新，施工工藝也日益完善，深基坑工程出現的問題也越來越復雜，迫切要求深基坑工程的理論研究與施工方法要進一步革新。
1 深基坑工程支護
1.1支護技術原理深基坑工程的支護是深基坑工程的重要組成部分，而一般的深基坑支護大多是臨時結構，投資太大，易造成浪費，但支護結構不安全又勢必會造成工程事故[2]。
深基坑支護結構的技術原理是依靠基坑中土層對進入土層的支護結構的水平壓力與支護結構上部的拉錨或支撐提供的與水平壓力方向相同的作用力來抵抗坑壁土和水產生的水平壓力來保證坑壁土的穩定，限制坑壁土的變形，保證基坑開挖和基礎結構施工能安全、順利地進行。
1.2主要支護型式
1）鋼板樁支護系采用一種型鋼板樁，利用打樁機沉入地下構成一道連續的板墻，作為深基坑開挖臨時的擋土、擋水維護結構。鋼板樁支護是一種施工簡單，投資經濟的施工方法，但是鋼板樁自身的柔性很大，其變形的大小在很大程度上取決于支撐和拉錨的設置。一般深度大于7m的基坑不宜采用該支護類型。
2）深層攪拌樁支護（水泥土墻）是利用水泥或石灰等材料作為固化劑，通過深層攪拌機械，將軟土和固化劑強制攪拌。利用固化劑和軟土之間產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的樁體。一般對于基坑深度小于6m，基坑邊與用地紅線的距離足夠的工程，往往優先采用。
3）排樁支護是指以柱列式間隔布置鋼筋混凝土樁作為主要擋土結構的一種形式。排樁支護有較大的側向剛度，可有效的限制支護結構的變形。當基坑深度較大，或地基條件很差，采用單排結構不能滿足結構強度或變形要求時，可采用雙排樁支護。從結構上分析，雙排支護樁如同嵌入土中的門式框架，與單排懸臂結構、內撐式維護結構相比具有施工方便，不用設置內支撐，擋土結構受力條件好等優點，在工程中得到應用廣泛[3]。
4）地下連續墻支護是用特別的挖槽機械，在泥漿護壁的情況下開挖一定深度的溝槽，然后吊放鋼筋籠，澆筑混凝土。地下連續墻支護體系最早在1950年開始應用于巴黎和米蘭市的地下建筑工程。國內將地下連續墻用于城市深基坑支護結構最早的是廣州白天鵝賓館[4]。對于深度大于10m的基坑，該法有較好的經濟性；維護結構要作為主體的一部分且對防水和抗滲有較嚴格要求時，或是采用逆作法施工時一般采用地下連續墻。超深基坑如30～50m，其他圍護結構無法滿足要求時也采用地下連續墻結構[5]。
5）土釘墻支護是一種原位土體加固技術，是以一定的角度和密度，一定長度置于土體的土釘桿件及注漿體為主要受力構件，與鋼筋網和噴射混凝土面層共同組成的擋土結構，承受墻后土體的主動土壓力，從而保持開挖面的穩定，這樣的擋土墻稱為土釘墻。土釘墻支護具有節約工期，簡便易施工，工程造價低的優點。近幾年出現的復合式土釘擋土墻結構已經能很好的應用到地下水位低的基坑支護當中[6]。工程實踐證明，基坑深度小于10m，基坑安全等級為二級，且周邊建筑物比較密集，工期要求緊時，采用土釘墻支護是既經濟又有效的方法[7]。
6）錨桿支護所用的錨桿是一種受拉構件，整根錨桿在長度上分為錨固段和自由鍛。錨固段是它在土中以摩擦力形式傳遞荷載的部分，其上部連接自由段，自由段僅把錨固力傳遞到錨頭處，錨頭是進行張拉和把錨固力錨定在結構上的裝置，使結構產生錨固力[4]。錨桿支護結構是由擋土墻和錨固于基坑滑動面以外穩定土體的錨桿組成。特別適用于位移控制要求嚴格的基坑和超深基坑。錨桿支護結構是一種柔性支護結構。它能很好的與其他支護結構形式共同作用以達到支護的目的。
2 深基坑工程降水深基坑施工過程中，為保證施工安全和減少基坑開挖對周圍環境的影響，當基坑開挖深度內存在飽和軟土層和含水層或下部承壓水對基坑底板產生影響時，就需進行基坑降水。基坑降水可以防止基坑坡面和基底的滲水，保證坑底干燥，便于施工開挖。地下水位的變化會引起土顆粒有效應力的改變。劇烈的地下水位變化是地面不均勻沉降、基坑失穩及鄰近建筑物破壞的直接原因。沉降規律受基坑支護結構、基坑寬度、開挖深度、地層性質等因素的影響。大量的監測數據表明，降水引起的地面沉降是一個緩慢的過程，沉降完成往往需要幾個月時間。短期降水，在固結還未完成的情況下，地下水位就迅速回升，對地面沉降有影響但并不明顯。地下水恢復后會造成沉降地面回彈，回彈量跟沉降量有關，但回彈量一般小于沉降量。因此，在降水后，采取回灌地下水的措施，能夠補償降水引起的沉降[9]。
深基坑降水方法:
1）在城市管網和建筑密集的地段，進行深基坑開挖，當降水引起土體固結沉降時，會危及周圍建筑物和地下管道的安全和使用，宜采用截水的方法來控制地下水。國內外堵截地下水的方法有多種，如鋼板樁、地下連續墻、防滲帷幕等。
2）降水法通常指采用各類井點降低地下水位的方法。在擬建的工程基坑周圍埋設若干井點管，配置一定的抽水設備，在不擾動土的結構的情況下，不間斷的抽走地下水，使基坑地下水降至設計深度。群井降水是深基坑開挖中經常采用的臨時性降水方法。
3）帷幕-排水這種降水方案本身具有許多優越性。基坑設置的帷幕具有兩方面的功效：一是防止基坑周邊地下水向基坑內滲入，減少基坑內的排水量；二是起到支護基坑側壁作用。該法能有效地控制由于基坑內降水引起的基坑周邊地面沉降。
3 深基坑工程的發展趨勢在復雜的地質環境和周圍環境限制條件下，深基坑工程支護設計與施工難度加大，對于采取多種支護型式的工程，其設計計算模型應如何建立、計算簡圖怎樣選取、設計方法如何趨于正確，仍是當前多種支護結構設計中急需解決的問題。
深基坑支護結構的設計仍采用傳統的“結構荷載法”。計算結果與深基坑支護結構的實際受力有較大差距，既不安全也不經濟。由于土的本構關系尚在發展中，連續介質有限元法缺乏真實反映土的應力應變關系的模型，計算參數難以準確確定，還不能準確計算出支護結構及土體的位移，目前還沒有得到廣泛的應用[9]。國內外巖土工作者對探討和建立動態設計體系已形成共識，許多學者已開始從事這方面的研究。
為減小深基坑工程帶來的環境效應，如降水引起的地面附加沉降，或出于保護地下水資源的需要，有時基坑采用帷幕形式進行支護。除地下連續墻外，一般采用旋噴樁或深層攪拌樁等工法構筑成止水帷幕。目前，有將水利工程中防滲墻的工法引入到深基坑工程中的趨勢[10]。
深基坑工程監測是深基坑工程施工過程中的一個重要環節，實現信息化施工能夠將各方面信息及時反饋給基坑開挖組織者，根據預測判定施工對周圍環境造成影響的程度。對基坑支護體系變形及穩定狀態加以評價，并預測進一步挖土施工后將導致的變形及穩定狀態的發展，制定進一步施工策略。
4 結語深基坑工程是巖土工程的一個新的領域，由于地質的復雜性、受力狀態的多變性、結構形式的多樣性，構成了其自身的特殊性，給深基坑工程領域帶來了新課題。筆者對深基坑的興起和發展狀況進行了分析，重點論述了深基坑工程的支護形式、深基坑工程降水及土工試驗。對深基坑工程的發展趨勢進行了展望。隨著基坑支護理論水平的發展和計算機大型模擬軟件的開發與應用，基坑支護的方法和監測手段會越來越先進，施工設備會逐步更新。在工程界和學術界的共同努力下，深基坑工程技術一定會出現新的突破。
參考文獻：
[1] Burland J B. The Ninth Bjerrum Men. Lecture：Small is beautiful-the stiffness of soils at Small trains[J]. Canadian Geotechnical Journal, 1989,26:499-516.
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�、� 引自中華人民共和國 建質[2009]87號《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》一文.
收稿日期：2012－07－11基金項目：國家自然科學基金項目（51174268）作者簡介：張向東，男，教授，博士，博士生導師，主要從事巖土工程和交通土建方面的教學與科研工作。
基金項目資助：國家自然科學基金項目（51174268）作者簡介：張向東，男，1962年出生，博士，教授，博士生導師。
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