浅析深基坑工程技术的发展
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摘要：近几年城市高层建筑不断涌现，而且向着更高、更复杂的趋势发展。建筑功能的多样化，建筑结构的合理要求和场地空间非常有限使得深基坑工程越来越多。论述了深基坑工程的支护技术与原理，深基坑工程的降水和监测，深基坑工程的发展状况和目前存在的问题，对深基坑工程的发展做了一些前瞻性的思考,对指导工程实践和学科新领域的探索有重要意义。
关键词：深基坑 新进展
中图分类号：TV511文献标识码： A
深基坑工程在国外称为“深开挖工程”（DeepExcavation），这比称之为“深基坑”更合适。因为为了设置建筑物的地下室需开挖深基坑，这只是深基坑开挖的一种类型。深开挖还包括为了埋设各种地下设施而必须进行的深层开挖。深基坑工程问题在我国随着城市建设的迅猛发展而出现，并且曾造成人们困惑的一个技术热点和难点。
城市中深基坑工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程的近旁，虽属临时性工程，但其技术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失。从另一方面讲，深基坑工程设计需以开挖施工时的诸多技术参数为依据，但开挖施工过程中往往会引起支护结构内力和位移以及基坑内外土体变形发生种种意外变化，传统的设计方法难以事先设定或事后处理。有鉴于此，人们不断总结实践经验，针对深基坑工程，萌发了信息化设计和动态设计的新思想，结合施工监测、信息反馈、临界报警、应变（或应急）措施设计等一系列理论和技术，制定相应的设计标准、安全等级、计算图式、计算方法等
一、深基坑工程支护
1 支护技术原理
深基坑工程的支护是深基坑工程的重要组成部分，而一般的深基坑支护大多是临时结构，投资太大，易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。
深基坑支护结构的技术原理是依靠基坑中土层对进入土层的支护结构的水平压力与支护结构上部的拉锚或支撑提供的与水平压力方向相同的作用力来抵抗坑壁土和水产生的水平压力来保证坑壁土的稳定，限制坑壁土的变形，保证基坑开挖和基础结构施工能安全、顺利地进行。
2. 主要支护型式
（1）钢板桩支护系采用一种型钢板桩，利用打桩机沉入地下构成一道连续的板墙，作为深基坑开挖临时的挡土、挡水维护结构。钢板桩支护是一种施工简单，投资经济的施工方法，但是钢板桩自身的柔性很大，其变形的大小在很大程度上取决于支撑和拉锚的设置。一般深度大于7m的基坑不宜采用该支护类型。
（2）深层搅拌桩支护（水泥土墙）是利用水泥或石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂强制搅拌。利用固化剂和软土之间产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。一般对于基坑深度小于6m，基坑边与用地红线的距离足够的工程，往往优先采用。
（3）排桩支护是指以柱列式间隔布置钢筋混凝土桩作为主要挡土结构的一种形式。排桩支护有较大的侧向刚度，可有效的限制支护结构的变形。当基坑深度较大，或地基条件很差，采用单排结构不能满足结构强度或变形要求时，可采用双排桩支护。从结构上分析，双排支护桩如同嵌入土中的门式框架，与单排悬臂结构、内撑式维护结构相比具有施工方便，不用设置内支撑，挡土结构受力条件好等优点，在工程中得到应用广泛。
（4）土钉墙支护是一种原位土体加固技术，是以一定的角度和密度，一定长度置于土体的土钉杆件及注浆体为主要受力构件，与钢筋网和喷射混凝土面层共同组成的挡土结构，承受墙后土体的主动土压力，从而保持开挖面的稳定，这样的挡土墙称为土钉墙。土钉墙支护具有节约工期，简便易施工，工程造价低的优点。近几年出现的复合式土钉挡土墙结构已经能很好的应用到地下水位低的基坑支护当中。工程实践证明，基坑深度小于10m，基坑安全等级为二级，且周边建筑物比较密集，工期要求紧时，采用土钉墙支护是既经济又有效的方法。
（5）锚杆支护所用的锚杆是一种受拉构件，整根锚杆在长度上分为锚固段和自由锻。锚固段是它在土中以摩擦力形式传递荷载的部分，其上部连接自由段，自由段仅把锚固力传递到锚头处，锚头是进行张拉和把锚固力锚定在结构上的装置，使结构产生锚固力。锚杆支护结构是由挡土墙和锚固于基坑滑动面以外稳定土体的锚杆组成。特别适用于位移控制要求严格的基坑和超深基坑。锚杆支护结构是一种柔性支护结构。它能很好的与其他支护结构形式共同作用以达到支护的目的。
二、基坑支护结构类型
1.经过工程实践的筛选，形成了适合于不同地质条件和基坑深度的经济合理的支护结构体系。
水泥土搅拌桩和土钉墙是我国目前的5m以内，后者乃至10m以内首选的支护形式，土层条件好时，15m左右基坑亦经常使用。前者既能挡土又能挡水，后者较多地应用于地下水位较低或者地下水位能够被疏干降低的场区。水泥土搅拌桩有好几种布置型式：实体式、空腹式、格构式、拱型或拱型加钻孔灌注桩，既可以浆喷也可以粉喷。土钉墙可以单独使用，也可以与其它支护型式联合使用。
对于5-10m深软土基坑，常采用钻（冲、挖）孔桩、沉管灌注桩或钢筋砼预制桩等，并可作各种布置，如需防渗止水时，则辅之以水泥土搅拌桩、化学灌浆或高压注浆形成止水帷幕，有时亦用钢板桩或H型钢桩。
当基坑深度大于10m时，可考虑采用地下连续墙，或SMW工法连续墙，并根据需要设置支撑或锚杆。
遇特殊结构物（如地铁盾构的工作井、排水泵站、取水构筑物等）则采用沉井或沉箱。在建筑物基坑中也有用沉箱的。上述基坑支护体系选型完全是在近二十年中在大量的工程实践中逐渐形成的。它与国外及港台地区常倾向于采用地下连续墙有所不同。诚然，地下连续墙的优越性早已为世界公认。在大深度基坑和复杂的工程环境下非它莫属。唯其造价较高，需综合考虑。
迄今为止，上海已在高层建筑和地铁车站等数十项工程中应用地下连续墙支护技术，广州、北京、深圳、天津、福州、杭州等地都在应用中取得了良好效果。为了提高经济效益，地下连续墙有时兼作地下室外墙，甚至可作为主体结构的承重墙，同时承受竖向与水平向荷载。当今中华第一高楼上海金茂大厦（地上88层，地下3层）以及天津的金皇大厦（地上47层，地下3层）等都是按地下连续墙兼作上部结构承重墙设计的。
SMW工法连续墙在近年应用以来，普遍认为其性能良好，造价适宜。但我国尚缺乏自制的能用于大深度的专用机械。武汉、上海已从日本引进SMW工法专用机械，正在推广使用。在此基础上研制了减磨擦剂，能将加劲钢材拔出后重复利用，更可以降低造价。
2. 土体的加固
对软土基坑，特别是深大而周围环境条件严峻的基坑，在基坑内外一定范围进行土体加固，可取得防止隆起、稳定坑壁、减少位移、保护环境的良好效果。
工程界已普遍认识到，基坑支护设计应是支挡结构、支撑锚拉体系及土体加固三项技术综合运用，方可达到安全、经济的目的
3. 对周边环境的监护
调查对象包括基坑周围相当于基坑开挖深度的2～3倍范围内地上的建筑物、高耸塔杆、输电线缆、古建文物、道路桥梁，以及地下管线（应区别其属压力的或非压力的）、人防、隧道、地铁等设施和障碍物。如发现既有建筑物等已有裂损倾斜等情况，同时收集其详细资料，并在必要处做出标记或摄像、绘图等。然后对调查对象承受地基变形的性能做出分析鉴定，确定应加监护方法。
三、小结
深基坑工程是岩土工程的一个新的领域，由于地质的复杂性、受力状态的多变性、结构形式的多样性，构成了其自身的特殊性，给深基坑工程领域带来了新课题。笔者对深基坑的兴起和发展状况进行了分析，重点论述了深基坑工程的支护形式、深基坑工程降水及土工试验。对深基坑工程的发展趋势进行了展望。随着基坑支护理论水平的发展和计算机大型模拟软件的开发与应用，基坑支护的方法和监测手段会越来越先进，施工设备会逐步更新。在工程界和学术界的共同努力下，深基坑工程技术一定会出现新的突破。
参考文献
1.《基坑土钉支护技术规程》
2.《建筑基坑支护技术规程》