建筑工程深基坑支护设计、施工常见问题解决方法、措施探讨胡庭云--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

建筑工程深基坑支护设计、施工常见问题解决方法、措施探讨胡庭云

发表时间：2020/9/15 来源：《基层建设》2020年第15期作者：胡庭云

[导读] 摘要：本文笔者根据经验，简要介绍房屋建筑工程深基坑支护设计、施工中常见问题，通过对这些问题进行分析，探讨建筑工程深基坑支护设计、施工中常见问题的解决方法、措施，提高和保证建筑工程深基坑支护的设计、施工质量和安全性，助力岩土工程的可持续发展，实现岩土工程效益最大化。

        云南木盛和岩土工程有限公司 650051
        摘要：本文笔者根据经验，简要介绍房屋建筑工程深基坑支护设计、施工中常见问题，通过对这些问题进行分析，探讨建筑工程深基坑支护设计、施工中常见问题的解决方法、措施，提高和保证建筑工程深基坑支护的设计、施工质量和安全性，助力岩土工程的可持续发展，实现岩土工程效益最大化。
        关键词：土木工程；岩土工程；建筑工程；深基坑；支护结构；抗剪强度指标
        一、前言
        近30年来，随着我国经济的高速发展，土木工程行业也随之蓬勃发展(土木工程划分为岩土工程和结构工程，基坑支护设计、施工可归属于岩土工程)，土木工程在规模、数量方面，无论较之国内还是国外都有大幅提升，不少建设项目处于世界领先地位，同时向着更高质量要求方向发展。
        在城市或城市群建设发展过程中，由于土地利用要求、城市规划的限制(主要是高容积率)，高层、超高层建筑在城市中越来越普遍，而高层、超高层建筑因地基承载力、沉降控制要求、修建地下停车场或购物商场的需要，地面以下建筑物普遍达到2~3层，基坑深度达7~10m甚至更深，形成我们通常所说的“深基坑”，但随着基坑深度加大，基坑开挖、基础施工过程中对基坑侧壁支护的稳定性、安全性要求也大幅提高，同时要求周边建(构)筑物、地面的变形很小甚至要求没有影响，因此对深基坑支护的设计、施工质量要求也随之大大提高。近年来，由于基坑支护设计、施工中存在的问题，基坑失稳垮塌造成重大人员伤亡、财产损失事件时有发生，影响较大的如2009年6月27日上海市闵行区莲花南路一在建楼盘工地，因基坑周边堆载过大，导致“莲花河畔景苑”7号楼整体倒塌事件；2019年9月26日四川成都市金牛区天回街道万圣新居E地块4号商业楼西北侧基坑边坡因放坡不足，突然发生局部坍塌造成3人死亡事件。
        上述事件说明了基坑支护的重要作用，为保障前述深基坑对变形控制、安全的要求，应当加强对深基坑支护技术的研究，提高其设计、施工水平，充分发挥基坑支护结构的作用。
        对于基坑支护结构的选型，行业标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)、各省级地方规范中有详细规定，本文不进行讨论。
        二、建筑工程深基坑支护设计、施工主要特点
        1、设计、施工环境限制条件多
        建筑工程深基坑往往位于城市区，建(构)筑物、道路、管线、人口密集、交通拥挤，对设计、施工的限制较多，如不妨碍交通、对地表变形控制要求高。
        2、基坑支护结构因地下岩土层成因、性质、埋藏变化复杂性、不均匀性、地下水影响，虽经勘察，但所得数据离散性大、精度低的原因，给支护结构设计、施工带来不确定性。
        3、软土、高地下水位等复杂条件下基坑施工，由于各施工单位、施工环节的影响，很可能发生土体滑移、坑壁垮塌、坑底隆起、侧壁漏水、突涌等情况，严重威胁周边建(构)筑物和人员安全，同时这种条件下支护结构工程造价高、施工期也较长。
        4、基坑开挖深度大，安全性要求高
        基坑支护结构虽属临时工程，使用年限一般不超过2年，但基坑支护结构、建筑基础施工过程中，大量人员、设备聚集于基坑中，一旦发生基坑垮塌，会造成重大人员伤亡、财产损失事件。
        三、建筑工程深基坑支护设计、施工的常见问题
        1、成本(或投资)控制问题
        建设单位对成本(或投资)控制要求是最常见的，也是最难解决的问题。建筑工程深基坑往往位于城市区，城市区内建构筑物、道路、管线密集、交通拥挤，基坑开挖一般不具备放坡条件，同时因地下水位较高需要截水、对变形控制的要求以及保证道路通行的要求，此时往往需要选用地下连续墙、桩锚等满足要求的支挡式结构，而这些支护结构的建筑安装工程造价均较放坡、土钉墙、重力式水泥土墙造价高，此时建设单位为降低成本或投资就会寻求降低造价的支护设计，由此形成质量、安全隐患。
        2、不注重概念设计
        所谓深基坑支护的概念设计，是指依托设计者的知识和经验，经思考、判断，形成深基坑支护的总体方案和细部构造设想，经计算、验算最终确定满足“适用、安全、耐久”要求的基坑支护设计。概念设计对基坑支护设计具有重要意义，由于支护结构所承担的岩土压力分布较为复杂，它与岩土层空间分布、物理力学性质、变形控制要求、基坑开挖方式和速度、降水截水方式和时间均有很大关系，如不注重概念设计，支护结构的分析计算及经济性往往缺乏良好的基础。
        对于一些初入行业者或经验不足者，在接到设计业务时，往往按“收集勘察报告→查规范选用支护结构→软件计算→成图”的模式进行，以此形成的设计往往并非最适用、最经济的。
        3、岩土层物理力学参数选用
        基坑支护设计中，岩土层物理力学参数直接了决定支护结构所承受的岩土压力，进而影响支护结构的选用、稳定性、经济性，本文仅对抗剪强度指标(粘聚力c、内摩擦角φ)的取值进行探讨。
        不同土层、地下水情况下的c、φ值除应按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)第3章选用实验方法、指标外，实践中存在的主要问题是：①勘察报告未供相应指标时自行取值；②勘察报告中提供的c、φ值由实验得出，但试件由于受取样方法、试样运输途中振动等因素影响，所得的c、φ值存在失真情况；③计中时未考虑地下水对c、φ值的影响。
        4、地下水因素
        国内大多数城市区内的建设工程场地通常地下水位较高，对于沿海沿河傍湖形成的城市尤其如此。基坑支护设计通常都需要考虑地下水的影响，如截水、降水，周边环境复杂时尚需考虑是否需要采取回灌措施。
        深基坑支护技术设计中对地下水的考虑存在如下问题：①勘察报告所提供的地下水位存在失真情况。岩土工程勘察钻探在钻进过程中通常需要送水，在土层中钻进过程中可能产生泥浆形成护壁，孔内钻进用水在48h甚至更长时间后水位可能也没有明显变化，在进行水位观测时，所观测到的地下水位有可能属钻进过程中所输送的水而非真实的地下水；②截水帷幕长度不够；③周边环境复杂特别是有房屋时未考虑降水对房屋的影响，未考虑回灌措施。④未考虑基坑开挖环节地下水对施工的影响。
        5、基坑周边荷载影响考虑不周或在设计文件中未明确荷载限制，最常见的情况是基坑周边超限堆载、道路通行车辆超载。
        6、基坑或基础施工过程中未实施变形监测或实施不够，忽视周边安全巡查、土体位移、支护结构内力监测工作的重要性。
        7、施工管理存在重大缺陷，忽视施工质量、安全。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        四、解决方法、措施探讨
        针对上述问题，笔者提出如下解决方法、措施以供商榷：
        (一)成本(或投资)控制问题
        建设单位特别是私营、民营企业为降低投资而寻求降低造价的支护设计形成的潜在质量、安全隐患，此问题目前尚无完美解决方法，只能由设计人员向建设单位详细解释支护设计对安全的重要性，或解释由于支护设计问题可能导致重大人员伤亡、财产损失后果的严重性，说服其接受设计，设计单位、人员不应仅为了取得设计业务而忽视上述后果的严重性。
        (二)重概念设计、轻精度
        实际上，概念设计并非不重视设计计算，相反，结合前述深基坑支护工程的特点，正是设计计算为概念设计创造有利的分析条件，可以使计算结果更真实地反映深基坑支护的实际情况。所谓轻精度，是指在设计过程中没有必要对诸如土钉、锚杆空间位置精度或计算结果精度要求过高，但必须考虑留有足够的施工操作空间。例如：在土钉墙支护设计计算中，计算结果常会出现某些剖面由上而下土钉忽长忽短的情况，此时就不应以计算结果为准，应选最不利剖面，以“由上而下，土钉上长下短并穿过潜在破裂面”的原则布设土钉。
        (三)抗剪强度参数取值问题
        1、严格按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)第3章、省级地方规范条文取用物理力学参数。
        2、收集设计项目附近已建项目的基坑支护设计，了解支护结构形式、施工及使用过程中是否发生过大变形，是否发生安全事故。通过了解上述情况，可以考虑使用已建项目基坑支护设计相同支护结构形式，或使用其支护设计中的物理力学参数(主要指抗剪强度参数)、地下水位信息。
        3、勘察报告未供相应指标时应要求勘察单位提供。
        4、需考虑地下水对c、φ值的影响：经验证，考虑地下水影响时，通常水下c值较水上小5~8Kpa，φ值小3~5°。
        (四)地下水因素
        地下水对基坑支护设计、施工的影响很大，如需考虑截水、降水，周边环境复杂时尚需考虑是否需要采取回灌措施等，可以考虑采取如下措施：
        1、作为强制条文，应按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)第3.1.2条1款要求，收集基坑周边建(构)筑物、地下管线、道路等相关地形图件、地物资料，同时应进行现场调查、查勘看是否有遗漏情况。
        2、收集、查阅附近已建项目的设计、施工资料对地下水位进行调查，还可通过调查附近的河道、沟渠的涌水情况间接了解地下水位信息。
        3、如条件允许，在确保安全的前提下，可以考虑沿拟支护基坑周边，使用挖掘机挖一定数量、深度的探槽进行坑探，取得真实的地下水位数据后回填，同时还可验证勘察报告的岩土层信息。
        3、充分考虑基坑降、排水引起的地基沉降对周边建(构)筑物的影响，通过设计计算，采取相应的措施，如回灌。据笔者了解，云南某地2019年曾出现因基坑降水导致邻近一幢低层住宅楼开裂，最终施工单位重新购置土地重建一幢住宅楼予以赔偿，损失可谓不小。
        (五)设计文件
        作为施工的依据，如前所述，设计文件中应详细说明基坑周边是否允许堆载、堆载范围及允许值、道路行车荷载限值。
        (六)监测、施工
        1、设计文件中应强调基坑监测工作
        在深基坑支护施工过程中，必须按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)第3.1.2条要求做好支护结构内力、变形监测工作(强制条文)。应当使用先进的监测仪器、方法，提高监测精度，对收监测数据进行分析，掌握深基坑支护结构内力、周边土体位移、建筑物变形情况，指导基坑土方分层开挖深度、调整支护结构施工进度。掌握完整的、准确的变形数据有利于及时发现施工设计中存在的问题，并及时作出修正 [4]。
        2、重视深基坑支护的施工管理
        对承包人来说，施工管理主要包括质量、安全、进度三个方面内容，根据笔者经验，保证质量、安全的措施和施工进度要求往往是反向的，而承包人(有时是建设单位)又往往要求快速的施工进度以取得更高的经济效益而忽视了质量、安全，导致重大人员、财产损失及恶劣的社会影响。应采取的措施：
        ①设计、施工单位及人员均应实际上加强对现行《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》(住房和城乡建设部令第37号)、各地方标准的学习。根据笔者经验，很多时候这种学习是流于形式的，因此采用“实际上”用词。
        ②施工过程中加强监管，此处所述监管主要指监理人员对施工过程中质量、安全的管理，这方面的要求法律法规、规范均有条文要求，在此不再赘述。
        ③加大处罚力度
        虽然法律法规中有明确的不得转包、违法分包的禁止性条文，但由于违法成本低、调查取证困难、处罚不够重等因素，实际上仍然存在不少打着合法的名义违法转包、分包情况，这种情况下，施工人员往往技术水平、素质不高甚至低下，为了施工进度而忽视质量、安全，这方面需要相关政府监管部门介入和发挥社会监督的作用。
        4、创新设计理念
        目前，深基坑支护结构设计理念已略显陈旧，部分支护形式已不适用于深基坑支护技术的要求，需要予以改善[3]，随着岩土工程理论研究的不断深入、“四新”技术的不断发展、更新，应当转变传统的设计思路，注重实际，创新基坑支护结构设计理念。就目前而言，这方面还处于探索、起步阶段，需要全体岩土工程技术人员的共同努力，才能形成成熟的、满足“适用、安全、耐久”要求的、统一的设计标准。
        结束语
        总之，岩土设计是一项经验性很强的技术工作，设计人员除了需要熟练掌握相应的理论知识和规范外，更重要的是需要在实际工作中不断积累经验，同时也需加强对施工技术的了解和学习，这样才能在实践中熟练使用不同类型的基坑支护技术，同时还能掌握施工过程中可能产生的各种问题对支护结构的影响并对及时设计时行调整，保障深基坑支护结构的质量、安全，避免发生前言所述的重大人员伤亡、财产损失事件。
        参考文献
        [1]王林林.岩土工程深基坑支护技术的分析[J].消费导刊,2018(25):182.
        [2]梁森荣;.岩土工程深基坑支护技术的分析[J].南方农机,2017,v.48;No.292(24):107.
        [3]潘月宇 .基于岩土工程深基坑支护技术的分析与研究[J].山东工业技术,2018
        [4]钱勇,丁国锋.岩土工程深基坑支护技术分析[J].建筑•建材•装饰,2017(20):69,120.
        [5]张宛君.基于岩土工程深基坑支护技术的分析与研究[J].房地产导刊,2018(15):79,157.
        [6]《工程地质手册》(第六版)