深基坑工程是最近30多年中迅速發(fā)展起來(lái)的一個(gè)領(lǐng)域，由于高層建筑、地下空間的發(fā)展，深基坑工程的規(guī)模之大、深度之深，成為巖土工程中事故最為頻繁的領(lǐng)域，給巖土工程界提出了許多技術(shù)難題，當(dāng)前，深基坑工程已成為國(guó)內(nèi)外巖土工程中發(fā)展最為活躍的領(lǐng)域之一。
深基坑工程概念
住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法的通知》規(guī)定：深基坑工程指開(kāi)挖深度超過(guò)5m（含5m）或地下室3層以上（含3層），或深度雖未超過(guò)5m，但地質(zhì)條件和周?chē)h(huán)境及地下管線特別復(fù)雜的基坑土方開(kāi)挖、支護(hù)、降水工程。
深基坑工程特點(diǎn)
當(dāng)前我國(guó)各大城市深基坑工程主要突出了以下四個(gè)特點(diǎn)：
①深基坑距離周邊建筑越來(lái)越近
由于城市的改造與開(kāi)發(fā)，基坑四周往往緊貼各種重要的建筑物，如軌道交通設(shè)施、地下管線、隧道、天然地基民宅、大型建筑物等，設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)，均會(huì)對(duì)周邊建筑造成不利影響。
②深基坑工程越來(lái)越深
隨著地下空間的開(kāi)發(fā)利用，基坑越來(lái)越深，對(duì)設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)都提出的更難的要求。如無(wú)錫恒隆廣場(chǎng)基坑深近27m，上海中心深基坑達(dá)30m，均已挖入了承壓水層。下圖為寧波嘉和中心二期項(xiàng)目基坑，平均開(kāi)挖深度18.3m，最大挖深25.9m，整體為3層地下室布局，局部有夾層。
③ 基坑規(guī)模與尺寸越來(lái)越大
圖為天津西站二期項(xiàng)目基坑，總面積為39000m2，基坑周長(zhǎng)達(dá)855m。
④施工場(chǎng)地越來(lái)越緊湊
圖為寧波春江花城二期項(xiàng)目基坑全景，地下室距離外墻用地紅線僅3.5m。
深基坑工程安全質(zhì)量問(wèn)題
深基坑工程安全質(zhì)量問(wèn)題類(lèi)型很多，成因也較為復(fù)雜。在水土壓力作用下，支護(hù)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞，支護(hù)結(jié)構(gòu)形式不同，破壞形式也有差異。滲流可能引起流土、流砂、突涌，造成破壞。圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大及地下水流失，引起周?chē)ㄖ锛暗叵鹿芫€破壞也屬基坑工程事故。粗略地劃分，深基坑工程事故形式可分為以下三類(lèi)：
1）基坑周邊環(huán)境破壞
在深基坑工程施工過(guò)程中，會(huì)對(duì)周?chē)馏w有不同程度的擾動(dòng)，一個(gè)重要影響表現(xiàn)為引起周?chē)乇聿痪鶆蛳鲁粒瑥亩绊懼車(chē)ㄖ?gòu)筑物及地下管線的正常使用，嚴(yán)重的造成工程事故。引起周?chē)乇沓两档囊蛩卮篌w有：基坑墻體變位；基坑回彈、隆起；井點(diǎn)降水引起的地層固結(jié)；抽水造成砂土損失、管涌流砂等。
因此如何預(yù)測(cè)和減小施工引起的地面沉降已成為深基坑工程界亟需解決的難點(diǎn)問(wèn)題。
2)深基坑支護(hù)體系破壞
包括以下4個(gè)方面的內(nèi)容：
①基坑圍護(hù)體系折斷事故
主要是由于施工搶進(jìn)度，超量挖土，支撐架設(shè)跟不上，是圍護(hù)體系缺少大量設(shè)計(jì)上必須的支撐，或者由于施工單位不按圖施工，抱僥幸心理，少加支撐，致使圍護(hù)體系應(yīng)力過(guò)大而折斷或支撐軸力過(guò)大而破壞或產(chǎn)生大變形。下圖為2011年杭州某深基坑圍護(hù)樁折斷事故。
②基坑圍護(hù)體整體失穩(wěn)事故
深基坑開(kāi)挖后，土體沿圍護(hù)墻體下形成的圓弧滑面或軟弱夾層發(fā)生整體滑動(dòng)失穩(wěn)的破壞。下圖為某深基坑圍護(hù)整體失穩(wěn)破壞事故。
③基坑圍護(hù)踢腳破壞
由于深基坑圍護(hù)墻體插入基坑底部深度較小，同時(shí)由于底部土體強(qiáng)度較低，從而發(fā)生圍護(hù)墻底向基坑內(nèi)發(fā)生較大的“踢腳”變形，同時(shí)引起坑內(nèi)土體隆起。下圖為某深基坑發(fā)生“踢腳”破壞。
④坑內(nèi)滑坡導(dǎo)致基坑內(nèi)撐失穩(wěn)
在火車(chē)站、地鐵車(chē)站等長(zhǎng)條形深基坑內(nèi)區(qū)放坡挖土?xí)r，由于放坡較陡、降雨或其他原因引起的滑坡可能沖毀基坑內(nèi)先期施工的支撐及立柱，導(dǎo)致基坑破壞。下圖為2009年杭州地鐵1號(hào)線鳳起路站坑內(nèi)土體滑坡引起的支撐體系破壞。
3）土體滲透破壞
包括以下3個(gè)方面內(nèi)容：
①基坑壁流土破壞
在飽和含水地層（特別是有砂層、粉砂層或者其他的夾層等透水性較好的地層），由于圍護(hù)墻的止水效果不好或止水結(jié)構(gòu)失效，致使大量的水夾帶砂粒涌入基坑，嚴(yán)重的水土流失會(huì)造成地面塌陷。下圖為某深基坑止水帷幕滲漏、樁間流土事故。
②基坑底突涌破壞
由于對(duì)承壓水的降水不當(dāng)，在隔水層中開(kāi)挖基坑時(shí)，當(dāng)基底以下承壓含水層的水頭壓力沖破基坑底部土層，將導(dǎo)致坑底突涌破壞。下圖為上海某深基坑坑底內(nèi)發(fā)生承壓水突涌。
③基坑底管涌破壞
在砂層或粉砂底層中開(kāi)挖基坑時(shí)，在不打井點(diǎn)或井點(diǎn)失效后，會(huì)產(chǎn)生冒水翻砂（即管涌），嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致基坑失穩(wěn)。下圖為湖南浯溪水電站二期深基坑出現(xiàn)管涌 。
以上深基坑工程安全質(zhì)量問(wèn)題，只是從某一種形式上表現(xiàn)了基坑破壞，實(shí)際上深基坑工程事故發(fā)生的原因往往是多方面的，具有復(fù)雜性，深基坑工程事故的表現(xiàn)形式往往具有多樣性。
深基坑工程實(shí)例——廣州海珠城廣場(chǎng)基坑坍塌
海珠城廣場(chǎng)基坑周長(zhǎng)約340m，原設(shè)計(jì)地下室4層，基坑開(kāi)挖深度為17m。該基坑?xùn)|側(cè)為江南大道，江南大道下為廣州地鐵二號(hào)線，二號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)邊緣與本基坑?xùn)|側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)距離為5.7m；基坑西側(cè)、北側(cè)鄰近河涌，北面河涌范圍為22m寬的渠箱；基坑南側(cè)東部距離海員賓館20m，海員賓館樓高7層，采用φ340錘擊灌注樁基礎(chǔ)；基坑南側(cè)兩部距離隔山一號(hào)樓20m，樓高7層，基礎(chǔ)也采用φ340錘擊灌注樁。
該工程地質(zhì)情況從上至下依次為：填土層，厚0.7~3.6m；淤泥質(zhì)土層，層厚0.5~2.9m；細(xì)砂層，個(gè)別孔揭露，層厚0.5~1.3m；強(qiáng)風(fēng)化泥巖，頂面埋深為2.8~5.7m，層厚0.3m；中風(fēng)化泥巖，埋深3.6~7.2m，層厚1.5~16.7m；微風(fēng)化巖，埋深6.0~20.2m，層厚1.8~12.84m。
由于本工程巖層埋深較淺，因此原設(shè)計(jì)支護(hù)方案如下：
基坑?xùn)|側(cè)、基坑南側(cè)偏東34m、北側(cè)偏東30m范圍內(nèi)，上部5.2m采用噴錨支護(hù)方案，下部采用挖孔樁結(jié)合鋼管內(nèi)支撐的方案，挖孔樁底標(biāo)高為▽—20.0m。
基坑西側(cè)上部采用挖孔樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索方案，下部采用噴錨支護(hù)方案。
基坑南側(cè)、北側(cè)的剩余部分，采用噴錨支護(hù)方案。后由于±0.00標(biāo)高調(diào)整，后實(shí)際基坑開(kāi)挖深度調(diào)整為15.3m。
基坑施工至原設(shè)計(jì)深度15.3m，后由于上部結(jié)構(gòu)重新調(diào)整，地下室從原設(shè)計(jì)4層改為5層，地下室開(kāi)挖深度從原設(shè)計(jì)的15.3m增至19.6m。由于地下室周邊地梁高為0.7m。因此，實(shí)際基坑開(kāi)挖深度為20.3m，比原設(shè)計(jì)挖孔樁樁底深0.3m。
新的基坑設(shè)計(jì)方案確定后，重新開(kāi)始從地下4層基坑底往地下5層施工，基坑南側(cè)東部樁加鋼支撐部分最大位移約為40mm，其中有一天增大18mm，基坑南側(cè)中部噴錨支護(hù)部分，最大位移約為150mm。
事故過(guò)程
最終在廣州海珠區(qū)江南大道南珠城海廣場(chǎng)深基坑發(fā)生滑坡，導(dǎo)致三人死亡，4人受傷，地鐵二號(hào)線停運(yùn)近一天，7層的海員賓館倒塌，多加商鋪失火被焚，一棟7層居民樓受損，三棟居民被迫轉(zhuǎn)移。下面是一些事故照片。
事故原因
1）本基坑原設(shè)計(jì)深度只有16.2m，而實(shí)際開(kāi)挖深度為20.3m，超深4.1m，造成原支護(hù)樁成為吊腳樁，盡管后來(lái)設(shè)計(jì)有所變更,但對(duì)已施工的圍護(hù)樁和錨索等構(gòu)件已無(wú)法調(diào)整，成為隱患。
2）從地質(zhì)勘察資料反應(yīng)和實(shí)際開(kāi)挖揭露，南邊地層向坑內(nèi)傾斜，并存在軟弱透水夾層，隨著開(kāi)挖深度增大，導(dǎo)致深部滑動(dòng)。
3）本基坑施工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2年9個(gè)月，基坑暴露時(shí)間大大超過(guò)臨時(shí)支護(hù)為一年的時(shí)間，導(dǎo)致開(kāi)挖地層的軟化滲透水和已施工構(gòu)件的銹蝕和錨索預(yù)應(yīng)力的損失，強(qiáng)度降低，甚至失效。
4）事故發(fā)生前在南邊坑頂因施工而造成東段嚴(yán)重超載，成為了基坑滑坡的導(dǎo)火線。
5)從施工紀(jì)要和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，在基坑滑坡前已有明顯預(yù)兆，但沒(méi)有引起應(yīng)有的重視，更沒(méi)有采取針對(duì)性的措施，也是導(dǎo)致事故的原因之一。
事故調(diào)查結(jié)果與處理結(jié)果在《廣州日?qǐng)?bào)》公布：對(duì)7個(gè)建設(shè)責(zé)任主體及其20名責(zé)任人給予行政處罰或處分，其中7名主要負(fù)責(zé)人因涉嫌觸犯刑法被司法機(jī)關(guān)依法逮捕;對(duì)事故發(fā)生負(fù)有監(jiān)管責(zé)任的14名行政人員給予降級(jí)或降級(jí)以下的行政處分和責(zé)令作出深刻檢討，并責(zé)成相關(guān)單位對(duì)市政府作出書(shū)面檢查。
深基坑工程施工安全控制要點(diǎn)
1）設(shè)計(jì)、施工安全性報(bào)告控制：初步設(shè)計(jì)階段施工單位應(yīng)制定深基坑設(shè)計(jì)、施工安全性報(bào)告。安全性報(bào)告應(yīng)通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審。
2）支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體加固工程施工安全質(zhì)量控制：地下連續(xù)墻、SMW工法、鋼或混凝土支撐等基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體加固施工中涉及安全性能的重要工序的施工質(zhì)量應(yīng)滿足法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。
3）安全管理人員監(jiān)管：作業(yè)時(shí)，施工單位專(zhuān)職安全生產(chǎn)管理人員應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理。
4）基坑臨邊防護(hù)：基坑四周、操作平臺(tái)等臨邊處應(yīng)設(shè)置防護(hù)欄桿，應(yīng)牢固可靠。
5）立體交叉作業(yè)控制：當(dāng)應(yīng)用土代模澆筑混凝土支撐，支撐下的土方開(kāi)挖后，施工單位應(yīng)及時(shí)清除支撐下粘結(jié)的土石。上下層立體交叉作業(yè)時(shí)，應(yīng)設(shè)置隔離設(shè)施。
6）施工進(jìn)度控制：施工單位報(bào)送的進(jìn)度計(jì)劃應(yīng)滿足基坑安全性要求。
深基坑事故防范經(jīng)驗(yàn)
1）對(duì)深基坑工程特點(diǎn)應(yīng)有深刻的認(rèn)識(shí)，基坑工程時(shí)空效應(yīng)強(qiáng)，環(huán)境效應(yīng)明顯，挖土順序、挖土速度和支撐速度對(duì)基坑圍護(hù)體系受力和穩(wěn)定性具有很大影響。
施工應(yīng)嚴(yán)格按經(jīng)審查的施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行。應(yīng)及時(shí)安裝支撐(鋼支撐)，及時(shí)分段分塊澆筑墊層和底板，嚴(yán)禁超挖。深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)方便施工，深基坑工程施工應(yīng)有合理工期。
2）基坑工程不確定因素多，應(yīng)實(shí)施信息化施工。監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置應(yīng)符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。監(jiān)測(cè)單位應(yīng)認(rèn)識(shí)科學(xué)測(cè)試，及時(shí)如實(shí)報(bào)告各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。項(xiàng)目各方要重視基坑的監(jiān)測(cè)工作，通過(guò)監(jiān)測(cè)施工過(guò)程中的土體位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力等指標(biāo)的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，確保基坑安全。
3）有多道內(nèi)支撐的基坑圍護(hù)體系應(yīng)加強(qiáng)支撐體系整體穩(wěn)定性。 考慮到基坑工程施工中，第一道支撐可能產(chǎn)生拉應(yīng)力，建議第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐。
對(duì)鋼支撐體系應(yīng)改進(jìn)鋼支撐節(jié)點(diǎn)連接型式，加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施，確保連接節(jié)點(diǎn)滿足強(qiáng)度及剛度要求。施工過(guò)程中應(yīng)合理施加鋼管支撐預(yù)應(yīng)力。
應(yīng)明確鋼支撐的質(zhì)量檢查及安裝驗(yàn)收要求，加強(qiáng)對(duì)檢查和驗(yàn)收工作的監(jiān)督管理。
4）巖土工程穩(wěn)定分析中，要合理選用分析方法。
抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選用，與其測(cè)定方法、安全系數(shù)的確定要協(xié)調(diào)一致。在土工參數(shù)選用時(shí)應(yīng)綜合判斷，并結(jié)合地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，合理選用。
作為施工方，在有條件的情況下應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)尿?yàn)算，在此基礎(chǔ)上提出合理化建議，優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，確保深基坑的安全和實(shí)現(xiàn)效益最大化。
5）施工中應(yīng)加強(qiáng)基坑工程風(fēng)險(xiǎn)管理，建立基坑工程風(fēng)險(xiǎn)管理制度，落實(shí)風(fēng)險(xiǎn)管理責(zé)任。
每個(gè)環(huán)節(jié)都要重視工程風(fēng)險(xiǎn)管理，要加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)、安全教育和考核，嚴(yán)格執(zhí)行基坑工程風(fēng)險(xiǎn)管理制度，確保基坑工程安全。
