浅谈黄土地区基坑支护设计应注意的一些问题

党卫红 王 睿 寇杨军

随着城市规模的不断扩大和人类工程活动的频繁，城市大型地下空间开发进展迅速，地下商场、地下铁道、地下仓库、地下车站等地下工程项目的增多，其深基坑越来越多且向大深度、大跨度发展。在基坑设计理论与施工等方面也有了丰富的实践经验，亦带来了诸多基坑安全及环境影响问题，有些问题是由于基坑设计阶段考虑不充分直接导致的。因此在基坑支护设计阶段全面考虑支护条件和优化设计尤为重要，笔者结合近几年基坑设计工作经验，浅谈黄土地区基坑支护设计阶段应注意的问题。

1 基坑支护安全等级划分

首先应根据基坑的实际开挖深度、工程地质条件、水文地质条件、环境条件和使用条件等合理划分基坑侧壁安全等级，然后合理选择支护类型。基坑侧壁安全等级具体执行 JGJ 167-2009湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程(见表 1)。

表1 基坑侧壁安全等级划分

同时对有特殊要求的基坑工程可依据具体情况适当提高重要性系数。对于永久性基坑工程，重要性系数γ0应提高 0.10。

2 获取相关的设计依据

2.1 工程地质及水文地质条件

首先阅读和分析岩土工程勘察报告，了解地层信息及物理力学性质，包括所选取的岩土工程参数测试方法、地下水情况分布、水位及其变化规律、地下水类型、补给方式、渗流特性等。

1)岩土工程勘察报告剖面选取:对于建筑物基坑而言，不同边线应选取不同的地质剖面图来确定土层分布、埋深、厚度及其物理力学性质指标。

2)力学参数指标选取:在选取力学参数指标时，一定要注意试验方法对参数以及计算结构的影响，并应充分考虑地下水及工程施工扰动对参数的影响。当土压力计算模式为水土分算时，理论上应采用三轴固结不排水(CU)试验中的有效应力抗剪强度指标粘聚力c′和内摩擦角φ′或直剪(固结慢剪)指标，同时采用土体的有效重度。当土压力模式为水土合算时，理论上应采用三轴固结不排水(CU)的总应力强度指标或直剪(固结快剪)试验指标，并采用土体的饱和重度。但结合目前黄土地区一般选取不扰动试样的直剪(固结快剪)强度指标。

3)地下障碍物调查:目前勘察报告很少涉及建筑物外围基坑变形范围内被支护土体的地层岩性情况，许多拟建建筑物深基坑被周边既有建筑物所包围，甚至被支护土体系原有建筑物的基坑回填土包围，该部分土体的物理力学性质极差，往往直接威胁基坑安全，应加强调查慎重考虑包括废弃的人防工程、管道、隧道风井、原有建筑基础等。西安东郊某工地基坑工程，深 8m，排桩支护形式，桩长 14m。护坡桩施工完后，业主才提出可能存在防空洞影响，经普探及开挖后发现桩端正好位于防空洞边墙处，其桩端近乎悬空，直接危及基坑及坑边 6层住宅楼安全。可见对地下障碍物的调查事关重大。

2.2 主体建筑物情况资料

1)建筑物总平面图包括用地红线，明确基坑与用地红线、周边环境之间的平面位置关系;2)基础结构与桩基设计资料;3)基坑的几何尺寸、形状、深度等。同时充分考虑主体施工时必须提供的脚手架或模板搭设所占用的基坑范围，特殊情况下还应考虑主体建筑物地基处理时桩基施工设备所需的工作面。

2.3 周边环境条件调查

1)基坑施工场地及周围地层岩性，尤其重视周边黄土层是否受水浸湿发生湿陷现状及其发展态势。

2)基坑周围建筑状况。查明周围建筑物与基坑之间的关系，层高、层数、基础形式及埋深、荷载状况、使用状况等。

3)基坑周围交通状况。应充分考虑临近道路的交通荷载。调查内容一般包括道路的性质是否是主要干道、类型、与基坑的位置关系、路基与路面的结构形式、交通流量、荷载等。目前基坑支护规范中并没有明确设计时车辆静荷载与动荷载如何考虑，一般结合地区经验将其等效为基坑均布静荷载来考虑。

4)基坑周围公用设施分布及地下构筑物管线状况。调查时应查明各类地下管道与线路(如雨水污水管、上下水管、煤气管、通讯等)的平面位置、直径、材料类型、埋深、建造年代和保护要求等。针对黄土地区应充分重视是否存在漏水管道以及基坑开挖截断的未封闭的雨污水管道。由于前期易漏水部位未查明，导致边坡土体在雨季或者管道渗漏后遇水抗剪强度指标急剧降低，导致基坑边坡变形增加、支护结构破坏、边坡失稳的基坑事故已屡见不鲜。

5)基坑周围已有的基坑支护结构形式以及类似基坑支护结构在施工中的成功、失败原因、教训等。在西安曲江某工地基坑开挖施工中发现相邻已有建筑物基坑土钉已伸入该基坑中，经抗拉试验发现该土钉承载力完全满足设计要求，因此在施工时将其作为本工程土钉使用，使其与土钉墙加强筋、网片筋焊接连接，为本工程节约造价、缩短工期。

3 深基坑支护设计方案的选择

深基坑支护工程是保证基坑内安全作业，防止基底及坑壁土体移动，保证基坑周边建筑物及管线正常运行。因此要求设计者必须充分结合现场实际情况，选取安全可靠、经济合理、使用可行的方案，并应进行筛选与优化。下述几点原则可供参考:

1)若基坑深度不大而环境条件又许可时，优选放坡方案。在同一基坑内当环境条件有所限制时也可考虑局部放坡或部分放坡方式。

2)若无放坡条件，可采用放坡与土钉墙相结合的支护方式。

3)在完全无放坡条件且经验算垂直开挖土钉墙或土钉墙与预应力锚杆相结合支护方式不能满足基坑稳定性要求时，考虑采用微型桩结合土钉或预应力锚杆支护方式。具体可采用微型桩。在西安曲江地区 11m的深基坑垂直开挖支护设计中笔者曾使用成孔孔径 400mm，先浇筑混凝土后在桩孔间安插 14号工字钢的微型桩结合土钉墙的支护形式。实践证明支护结构满足设计要求，并且工期快、造价低。

4)在不具备上述三种情况时，且对基坑及周边建筑物变形要求严格的基坑工程设计时应采用钢筋混凝土灌注桩结合预应力锚杆支护形式。当受周边环境条件影响时，也可采用双排桩支护形式或者复合支护结构形式。

4 其他应注意事项

1)对安全等级为一级且易受水浸湿的坑壁以及永久性坑壁，设计中应采用天然状态下的土性参数进行稳定和变形计算，并应采用饱和状态(Sr=85%)条件下的参数进行校核，校核时其安全系数不应低于1.05。

2)对周边环境条件复杂、抗变形能力差的建筑物必须做好专项变形监测工作，以提前预警以及为加固处理提供依据。

3)基坑支护设计软件应用。目前使用的商业软件众多，软件代替了手算又解决了手算无法实现的复杂计算问题，但是也常常带来一些不合理的结果，甚至是错误的结果。要克服上述问题必须确保输入数据的工程意义，同时结合岩土工程师的基本理论、工程经验、综合判断方能制定出合理的可行的基坑支护设计方案。

4)由于预应力锚杆应力会随时间推移，因锚杆件松弛以及受荷地层徐变而损失，因此在侧壁安全等级为一级基坑使用过程中应加强对锚杆应力的测试，必要时可重新张拉。同时对于临时性基坑支护设计一定要明确基坑支护结构体的使用年限。

5 结语

现实中深基坑支护工程技术的发展随着土力学理论、分析方法、计算机应用技术、施工技术、测试技术等方面的进展特别是工程成功与失败经验的积累和丰富而逐步加以深化和提高。一个经济合理的基坑支护设计方案往往取决于设计人的岩土工程理论和地区经验教训。因此，在具体工作中，应根据不同的实际情况，通过实用的可行性分析，对比找出最佳的方案以解决基坑的安全可靠与经济合理两者之间的关系。

西北综合勘察设计研究院的赵云刚等同志也参与了本论文的编写、整理和校对工作。

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[6] JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程[S].

[7] JGJ 167-2009，湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程[S].