龍煥林

基坑支護(hù)設(shè)計是一個綜合性的巖土工程問題，它涉及到土體強(qiáng)度、變形及土體的穩(wěn)定性問題，還涉及到如何合理采用支護(hù)結(jié)構(gòu)體以及評價土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用的問題。由于巖土工程的復(fù)雜性和不確定性，目前對這些問題的研究還多是以理論、半經(jīng)驗和工程實踐為主。特別是位于城市中的基坑工程，其周邊環(huán)境條件一般都較為復(fù)雜，相鄰的各種建(構(gòu))筑物、道路、地下管線等對基坑工程的制約性強(qiáng)，地下水的作用和影響程度較為復(fù)雜，基坑工程一旦失事就可能會造成生命和財產(chǎn)的損失。本文結(jié)合近些年從事基坑工程支護(hù)設(shè)計的體會，對設(shè)計工作中遇到的幾個基本問題進(jìn)行一些探討。

1 基坑工程的勘察工作不盡規(guī)范

基坑勘察成果的真實性、有效性、合理性直接影響到基坑支護(hù)設(shè)計方案的選型、支護(hù)結(jié)構(gòu)的配置以及支護(hù)工程的投資費用。按相關(guān)規(guī)范[1-3］的要求，需進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計的工程，在詳勘階段應(yīng)針對基坑工程設(shè)計的要求進(jìn)行勘察，勘察的平面范圍宜超出開挖邊界外開挖深度的2倍～3倍。但實際工作中大多數(shù)未針對支護(hù)設(shè)計要求進(jìn)行專門勘察，基坑支護(hù)設(shè)計時大多數(shù)只能參照主體建筑物的地基詳勘資料，基坑工程的勘察范圍多因場地條件或用地范圍限制也無法達(dá)到規(guī)范要求，特別是在城區(qū)內(nèi)建筑時，其地下室基坑邊線都基本用足用地紅線范圍。因此，進(jìn)行支護(hù)方案設(shè)計時，對基坑工程外側(cè)影響區(qū)域內(nèi)的土質(zhì)、地下水等條件，如調(diào)查或搜集資料不齊全，只能是由設(shè)計人按經(jīng)驗判定，推斷確定設(shè)計所需的相應(yīng)巖土邊界條件。如濱海相沉積地區(qū)，當(dāng)場地地質(zhì)條件變化較大、地層復(fù)雜或土質(zhì)軟弱時，導(dǎo)致設(shè)計工作帶有盲目性。

2 對支護(hù)設(shè)計的基本條件重視不夠

基坑工程支護(hù)設(shè)計的基本條件包括場地地質(zhì)條件和場地周邊環(huán)境條件兩個主要部分，只有在充分認(rèn)識和理解這兩個條件的基礎(chǔ)上，才能提供出安全、經(jīng)濟(jì)、合理的支護(hù)設(shè)計方案。

對基坑工程場地地質(zhì)條件的充分理解應(yīng)是指在針對基坑設(shè)計進(jìn)行的基坑工程詳細(xì)勘察工作的基礎(chǔ)上，對基坑工程開挖范圍內(nèi)以及開挖影響區(qū)域范圍內(nèi)的場地巖土、地下水條件等進(jìn)行認(rèn)真的研究和核實。設(shè)計人員必須深入現(xiàn)場對設(shè)計所依據(jù)的相關(guān)文件和資料進(jìn)行核對，重點應(yīng)詳細(xì)掌握基坑開挖及影響區(qū)域范圍內(nèi)的地層分布特征、巖土性質(zhì)、地下水條件、基坑平面布置與主體建筑的關(guān)系、基坑與相鄰環(huán)境條件的關(guān)系、基坑支護(hù)施工同主體地下結(jié)構(gòu)物施工關(guān)系、施工條件、工期、進(jìn)度要求等。由于對現(xiàn)場情況、施工要求和勘察資料情況掌握不到位或不加認(rèn)真研究，設(shè)計時盲目地以地基勘察報告為唯一依據(jù)，方案論證過程中就方案論方案，結(jié)果出現(xiàn)了一些不合現(xiàn)場條件的問題。如海南東部沿海某縣城污水處理廠深井泵房基坑，上部地層為海相沉積的砂土、粉土層，其下由花崗巖風(fēng)化巖及殘積土構(gòu)成，設(shè)計采用鋼板樁圍插加內(nèi)支撐支護(hù)方案，但鋼板樁施工時遇花崗巖強(qiáng)風(fēng)化巖，該層變化較大，地質(zhì)勘察時鉆孔點距過大，結(jié)果導(dǎo)致部分鋼板樁無法插入設(shè)置深度從而產(chǎn)生下部“踢腳”失穩(wěn);海南某市污水管線泵站基坑由總包單位自行設(shè)計，采用1∶2大放坡開挖，結(jié)果挖深不到一半時發(fā)現(xiàn)下部土質(zhì)比預(yù)期的要好，采用1∶0.8放坡開挖完全可行;海南瓊海市臨河地段的一個基坑，設(shè)計方案為管井降水加放坡開挖，因土質(zhì)松軟，透水性較強(qiáng)，結(jié)果采用大量管井進(jìn)行強(qiáng)制降水導(dǎo)致地面滑坍，20多米的施工圍墻全部垮塌;?？谀郴又ёo(hù)方案論證時由于論證人員對勘察報告理解偏差，要求隔水帷幕樁端設(shè)計深度必須穿透基坑底面下2倍開挖深度以下的含水層而采用全封閉式止水，沒有考慮地下水頭壓差的合理影響程度;文昌某市政管溝項目設(shè)計方案中考慮的溝頂臨時荷載不合理，在坑壁土體自穩(wěn)性良好的情況下卻要求進(jìn)行支擋設(shè)計，造成不必要的浪費;?？谀成套⌒^(qū)基坑支護(hù)設(shè)計方案中，將鉆孔中的上層滯水認(rèn)定為場地地下水最高水位而用于隔水帷幕的設(shè)計計算中等。

位于城市內(nèi)的基坑工程，其周邊環(huán)境條件一般都較復(fù)雜，設(shè)計人員必須深入現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，確認(rèn)相鄰建(構(gòu))筑物及地下管線的分布間距、基礎(chǔ)類型、埋藏深度，相鄰市政道路以及道面荷載作用程度等，并對因基坑開挖可能引起的不良現(xiàn)象、破壞程度進(jìn)行預(yù)測評估，特別是要清楚了解相鄰建(構(gòu))筑物及地下管線沉降變形的控制標(biāo)準(zhǔn)。由于這方面的資料多數(shù)靠調(diào)查和搜集獲得，如果已有資料不全再加上設(shè)計人員不重視現(xiàn)場調(diào)查了解，一些設(shè)計采用外錨施工方案，就出現(xiàn)了錨桿設(shè)計長度打入到鄰近建筑的基礎(chǔ)上、錨孔鉆孔時破壞地下電纜或地下管道、錨桿鉆孔時涌水涌砂導(dǎo)致相鄰基礎(chǔ)脫空，以及注漿時造成相鄰路面發(fā)生變形破壞等現(xiàn)象。

3 巖土設(shè)計參數(shù)的選用

巖土設(shè)計參數(shù)的選用對支護(hù)設(shè)計方案選型和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。由于目前多數(shù)未針對基坑工程設(shè)計的要求進(jìn)行基坑勘察，設(shè)計時所需的巖土參數(shù)值只能是采用地基勘察報告值，主要的設(shè)計參數(shù)如土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，地基勘察報告中絕大多數(shù)是采用天然快剪試驗方法，試驗值又依賴于試驗樣品的取樣方法、數(shù)量、試驗方法等因素的制約，而相關(guān)規(guī)范[2］要求的試驗方法應(yīng)采用三軸剪(UU，CU)。設(shè)計時采用不同的試驗方法提供的C，φ值，其計算結(jié)果也相差較大。如海南醫(yī)學(xué)院綜合樓基坑，位于老城區(qū)內(nèi)，周邊環(huán)境條件較復(fù)雜，場地下12m內(nèi)的土質(zhì)以濱海相沉積淤泥質(zhì)土混粉細(xì)砂軟弱土為主，地下水埋深1m左右，無放坡空間，挖深約7m，地基勘察提供的該層淤泥質(zhì)土的抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(天然快剪)C=3 kPa，φ=5°。方案設(shè)計時考慮了多個方案比選，但由于計算所采用的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)水平的制約，盡管反復(fù)優(yōu)化方案但基坑工程支護(hù)預(yù)算費用仍高達(dá)700多萬元，而建設(shè)單位要求的造價不能超過400萬元。后針對該層淤泥質(zhì)土重新進(jìn)行補(bǔ)充取樣試驗，按規(guī)范要求進(jìn)行三軸CU，UU剪切試驗，重新試驗的抗剪強(qiáng)度值C=12 kPa，φ=14°，最終按此抗剪強(qiáng)度指標(biāo)重新設(shè)計計算，并采用變截面的攪拌樁水泥土墻+錨桿支護(hù)，基坑施工及造價完全達(dá)到預(yù)期的效果。場地地層以砂性土為主時，勘察報告中往往無試驗指標(biāo)而提供勘察經(jīng)驗值，如不合理分析和利用也會造成支護(hù)方案的不合理。如?？谒媳硌葜行捻椖课挥诤？谖骱０?，基坑距海邊約20m，開挖深度約6m，地面下約13m深度范圍內(nèi)的地層由粉細(xì)砂、細(xì)砂混粘性土構(gòu)成，其下為火山巖，場地地下水位埋深約1.5m?？辈焯峁┑纳巴量辜魪?qiáng)度經(jīng)驗值C=0，φ=20°，滲透系數(shù)經(jīng)驗值K=3×10-2cm/s。支護(hù)方案設(shè)計采用了高壓旋噴樁墻擋土止水，并設(shè)兩道鋼筋錨桿，直立開挖。由于工期原因建設(shè)方傾向于放坡開挖，設(shè)計人提出要求進(jìn)行設(shè)計階段的補(bǔ)勘，補(bǔ)勘結(jié)果表明該層砂土只是上層部位稍松散，其他部分以砂混粘性土為主，具有一定的膠結(jié)性，且滲透性較差。根據(jù)標(biāo)貫和靜探測試提供的抗剪強(qiáng)度經(jīng)驗值為C=12 kPa，φ=28°，支護(hù)方案改為放坡開挖，坡面用錨噴網(wǎng)方式支護(hù)，僅在臨海一側(cè)設(shè)置兩排輕型井點降水，外圍再設(shè)管井配合降排水，支護(hù)順利完工。

對場地地下水位的合理分析和選用也是基坑支護(hù)設(shè)計中必須考慮的重點，特別是在需要設(shè)計截水帷幕和疏干降排水的情況下。由于勘察時限的原因，勘察時鉆孔地下水位并非就是場地真正的地下水位，而且與設(shè)計所考慮的施工期間水位往往也有較大不同。如?？趪d大道某商住樓基坑挖深11m，采用鉆孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索支擋，樁間設(shè)旋噴樁搭接止水?？辈靾蟾嫣峁┑膱龅刈罡叩叵滤宦裆罴s3.5m，具承壓性，透水性較強(qiáng)，支護(hù)設(shè)計方案采用全封閉式隔水，并完全截斷承壓含水層的地下滲流補(bǔ)給，止水帷幕樁深度約20m～22m。由于支護(hù)工程量較大，而建設(shè)方要求壓縮支護(hù)費用及工期，提出對該方案重新進(jìn)行復(fù)核優(yōu)化，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)基坑地下水的滲透性驗算是制約方案優(yōu)化的主要因素。由于該基坑施工周期正處旱季，設(shè)計人員提出對場地地下水位和地層的滲透性重新測試，后補(bǔ)充8個水位專門觀測孔和3個取樣孔。經(jīng)過一段時間觀測，發(fā)現(xiàn)場地地下水位實際埋深7m～8m左右，而且分層觀測的地下水頭承壓性不明顯。對主要含水層進(jìn)行取樣分析，發(fā)現(xiàn)該層中夾薄層粉土較多，其滲透性以弱透水為主。方案重新優(yōu)化后，支護(hù)鉆孔樁長減短2m～4m，止水帷幕樁端深度減至15m，采用懸掛式帷幕，基坑內(nèi)設(shè)18口降水井備用，施工后效果完好。

由于巖土工程的復(fù)雜性和不可預(yù)見性，如何結(jié)合地基勘察提供的巖土指標(biāo)并結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計，是目前值得探討的問題。不同設(shè)計人員的經(jīng)驗水平存在較大的差別，同一問題的認(rèn)識也不盡相同。在基坑支護(hù)方案論證時專論人員也存在有不同的看法。一種意見認(rèn)為如果勘察報告按規(guī)定經(jīng)過施工圖審查合格，其成果就可以作為設(shè)計依據(jù)，應(yīng)按其提供的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算。另一種意見則是主導(dǎo)以經(jīng)驗設(shè)計為主，勘察提供的巖土參數(shù)作為設(shè)計時的參考，但是依據(jù)經(jīng)驗設(shè)計時其設(shè)計參數(shù)取值的可靠度和合理性如何評價又成了方案論證爭議的一個焦點問題。

4 設(shè)計文件中針對施工的基本要求說明不具體

通常的基坑設(shè)計圖紙中都附有設(shè)計說明，其中也包括對支護(hù)施工的一些基本要求，但多為概括性說明，針對性不強(qiáng)。支護(hù)設(shè)計時應(yīng)充分考慮到基坑開挖中每一施工階段支護(hù)結(jié)構(gòu)體系和外荷載的變化，同時要考慮施工工藝、挖土次序、挖土位置、支撐和留土?xí)r間的變化等。特別是城區(qū)基坑工程更應(yīng)引起高度重視。處于城區(qū)的基坑工程，其周邊環(huán)境條件一般都較復(fù)雜，相鄰的建筑物、市政管線、道路等對因基坑開挖而引起的變形比較敏感，因此在設(shè)計方案中必須對施工工藝、挖土方式及次序、挖土位置、支撐和留土?xí)r間、基坑變形監(jiān)測項目及控制目標(biāo)等要進(jìn)行明確的約定說明。如三亞市工人文化宮項目基坑，位于河邊約15m，挖深約7m，三邊采用放坡支護(hù)，臨河一側(cè)設(shè)計采用鉆孔樁排樁加一道錨桿支護(hù)，攪拌樁止水。設(shè)計方案中對樁、錨的施工要求作了一般性要求，但對臨河一側(cè)的挖土次序、挖土位置、支錨和留土?xí)r間未作明確要求，施工方在完成排樁施工后，為方便土方開挖就將該側(cè)的土方一次挖到設(shè)計錨桿施工作業(yè)面以下1m(深約5m)，計劃再統(tǒng)一開始施工錨桿。由于基坑開挖后暴露時間過長，支錨未能及時跟進(jìn)，導(dǎo)致樁頂水平位移達(dá)30cm之多，地面出現(xiàn)5cm多寬不等的拉裂縫，樁間多處漏水，又只得在樁頂下2m位置處補(bǔ)加一道錨桿，全段采用鉆孔注漿堵漏處理。施工方的解釋是設(shè)計文件中沒有明確留土?xí)r間、錨桿的交叉作業(yè)時間、挖土方式和順序等要求，施工過程中就按常規(guī)經(jīng)驗來做，結(jié)果出現(xiàn)安全隱患。

仍以上述事例為例，基本要求是先施工支護(hù)樁(包括止水帷幕樁)，然后是進(jìn)行坑內(nèi)疏干排水，等支護(hù)樁養(yǎng)護(hù)到期后再分層分段挖土，分層分段及時加設(shè)錨桿或支撐，再進(jìn)行下一層次的土方開挖。由于施工行業(yè)現(xiàn)狀及非專業(yè)施工隊伍，很多基坑支護(hù)項目并不完全按設(shè)計圖紙和一般要求進(jìn)行施工。因此，對一些較復(fù)雜環(huán)境條件下的基坑工程，方案設(shè)計時應(yīng)該對施工中可能遇到的一些問題進(jìn)行明確詳細(xì)的要求和說明，同時也是對設(shè)計人員本身的一種自我免責(zé)和保護(hù)。

5 設(shè)計人員與施工現(xiàn)場的協(xié)調(diào)不夠

在多數(shù)情況下設(shè)計人員在完成設(shè)計任務(wù)后很難參入到下步的基坑施工任務(wù)中，特別是掛靠設(shè)計、設(shè)計費用過低以及不能按合同及時支付設(shè)計費的情況下，設(shè)計人對施工中出現(xiàn)的一些問題多是被動消極地參與，施工中出現(xiàn)問題時不能及時到現(xiàn)場解決，造成處理工作的被動和推諉扯皮現(xiàn)象發(fā)生。

6 設(shè)計計算書的復(fù)核欠缺

目前基坑支護(hù)設(shè)計計算基本上采用計算機(jī)商業(yè)軟件，工作效率大為提高，計算結(jié)果也可以直接編輯和打印。但如果設(shè)計人員設(shè)計經(jīng)驗不足、使用不熟練、對軟件界面的干預(yù)不合理以及數(shù)據(jù)輸入取舍的差錯等，經(jīng)常導(dǎo)致計算書出現(xiàn)錯誤，甚至出現(xiàn)人為編輯和調(diào)整計算結(jié)果的假象。針對這個問題，解決的辦法就是加強(qiáng)對計算書的復(fù)核和檢查，特別是方案論證時應(yīng)按設(shè)計條件重新核算并進(jìn)行結(jié)果比照。但是現(xiàn)階段的方案論證包括施工圖審查都不夠重視這個程序，建議加強(qiáng)和規(guī)范。

7 結(jié)語

基坑工程支護(hù)設(shè)計是一門專業(yè)性很強(qiáng)的工作，設(shè)計方案的合理程度直接影響到基坑工程安全、投資和進(jìn)度。由于各工程場地的地質(zhì)、環(huán)境條件千差萬別，在每個基坑工程設(shè)計方案的制定中，必須因地制宜，切不可生搬硬套。另外要加強(qiáng)行業(yè)管理，規(guī)范從業(yè)行為，禁止設(shè)計掛靠、無證設(shè)計等違規(guī)行為。

[1]GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S］.

[2]JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S］.

[3]JGJ 72-2004，高層建筑巖土工程勘察規(guī)程[S］.

[4]杜日武.基坑支護(hù)技術(shù)若干問題的思考[J］.山西建筑，2011，37(1):53-54.