关于深基坑支护稳定与变形研究

于宝国

摘要：在邻近既有建筑的环境下进行地铁深基坑施工，其面临的主要风险为基坑支护结构变形引发邻近建筑物出现不均匀沉降乃至破坏的风险。为有效控制基坑变形以保证邻近建筑物的安全，通过分析，对邻近既有建筑的地铁深基坑变形风险展开研究。

关键词：深基坑施工；支护；变形

引言：

邻近既有建筑的地铁深基坑施工过程中，由于各种偶然因素的作用，难免出现基坑监测指标（或监测断面或基坑整体）风险达到或超过风险预警值的情形，也即基坑处于危机状态。由于深基坑工程是一个由基坑支护体系、坑周土体、地下水、周边建（构）筑物环境等组成的复杂系统，故其在施工过程中产生的过大变形不仅会危及基坑本身的安全，而且还会殃及周边环境。为了能够对基坑施工过程中产生的变形及风险进行及时有效地控制，目前，在工程实践中出现了多种有针对性的风险控制技术，归纳起来主要包括以下三个方面：

1风险源头控制技术

风险源头也即风险产生的根源，对于邻近既有建筑的地铁深基坑施工来说，基坑围护结构施工、土方开挖、抽排地下水等施工内容是引起坑周土体沉降，乃至邻近建筑物破坏的根源（源头）。在施工过程中，根据以上风险源头出现形式的不同，将风险源头控制技术分为以下几种类型：

1.1钢支撑轴力自动补偿技术

在深基坑施工过程中，通常由于支护不及时、超挖、特殊的土质条件或极端天气导致地下水位上涨等原因均可能引起基坑围护结构的变形值超过预警值。此时，可采取的风险控制技术包括在变形较大的部位增设钢支撑，或通过提高钢支撑轴力等方式控制支护结构变形的进一步发展。但由于通过人工调整钢支撑轴力的方法难于对围护结构变形值实施精准控制，故在不少工程中采用钢支撑轴力自动补偿技术，即结合现代化的自动控制技术、信息处理技术以及可视化监测手段对支撑轴力实施全天候、不间断地监测，并根据监测结果对支撑轴力进行适时自动补偿以达到控制围护结构发生非正常变形的目的。

1.2坑内土体加固技术

坑内土体加固技术是指运用注浆、深层搅拌或高压旋喷等工法将固化剂与坑内土体相混合，使得加固后的土体的强度和变形刚度增加，进而减小土体在受土方开挖卸载作用下的变形，以达到保护周边环境的目的。根据坑内土体加固的平面形状的不同，通常可分为：满堂式、抽条式、裙边式、格栅式、墩式等。

1.3土方开挖技术

土方开挖技术是利用土的时空效应原理，通过改变土方开挖顺序或一次性土方开挖面积，达到控制土方开挖变形的目的。在地铁深基坑施工中，常用的土方开挖技术有：全面分层开挖、分段（区）分层开挖和阶梯分层开挖。

不论以上哪种土方开挖技术，在施工中均必须遵循“限时、对称、先撑后挖、严禁超挖”的原则，尽量减少基坑无支撑暴露的时间。土方开挖技术主要用于控制坑内土体发生较大隆起位移，或基坑围护结构发生非正常变形的风险。

1.4地下水封堵技术

在基坑施工过程中，由于围护结构施工质量缺陷，或遇到特殊的地质水文条件，可能导致地下水向基坑内渗漏或涌入，进而引起坑周地层或建筑物发生较大的不均匀沉降风险，此时，需采取地下水封堵技术，快速止水以防风险进一步升级。工程中对于渗漏面积较小，渗水量不大的情况，通常采用快干水泥或遇水膨胀材料等对渗漏点进行简单地封堵。但若渗漏位置漏水量较大，且伴有泥砂渗出无法完全封堵时，可采用双液注浆止水、高压旋喷桩止水或冻结法止水等地下水封堵技术进行处理。

2路径隔断技术

路径隔断技术，顾名思义是从风险传递的路径上入手对基坑施工风险进行干预或控制。地铁深基坑施工对邻近既有建筑物的影响主要通过坑周土层位移来实现。因此，若将基坑本体看作风险产生的源头，邻近建筑物视为被保护对象，则很显然坑周土层即为重要的风险传递路径。对坑周土层进行控制主要控制两个内容：其一，是通过提高土层的自稳能力，控制土层的水平位移；其二，是通过隔断地下水向基坑渗流的通道，控制土层的竖向位移。实际工程中通常采用的路径隔断技术，如：坑外注浆加固、水泥土搅拌桩加固、高压旋喷桩加固等均同时兼有提高土层稳定性和防渗止水的作用。

3对象保护技术

对象保护技术是从邻近建筑物的角度对基坑施工风险进行控制。不论大刚度建筑还是小刚度建筑，其免于破坏的主要控制指标均为倾斜或不均匀沉降。在深基坑施工过程中，为了将邻近建筑物的倾斜或不均匀沉降风险控制在允许范围内，通常采取的对象保护技术主要包括顶升法、迫降法、跟踪注浆法和地下水回灌法等。

3.1顶升法

顶升法是将千斤顶等顶升装置设置在建筑物基础梁的顶部或圈梁底部，根据施工过程中建筑物的沉降值适时调整千斤顶的伸长量，从而达到控制建筑物倾斜的目的。目前，常用的顶升法主要有静压桩顶升法和托梁顶升法。

顶升法的优点是千斤顶的读数易观测，能够对建筑物的倾斜或不均匀沉降量实施精准控制。不足之处是，顶升过程中建筑物的荷载全部由顶升点支撑，因此，对房屋质量要求较高，一般仅适用于上部结构荷载较小、不均匀沉降较大的建筑物保护。

3.2迫降法

迫降法是通过加大建筑物沉降较小一侧地基的沉降量，使之与沉降较大侧的地基沉降量相当，从而达到减小建筑物不均匀沉降的目的。常用的迫降法包括掏土法、堆载加压法、淤泥触变法和桩基卸载法等。迫降法由于施作于建筑物沉降较小一侧（远离基坑的一侧），因此，实施场地不受限制，对地铁深基坑施工影响较小。但缺点是迫降量不易精确控制，纠偏难度较大，且纠偏后使得建筑物标高整体下降，从而可能导致室内地坪标高低于室外地面标高的局面。

3.3跟踪注浆法

跟踪注浆法与坑内土体注浆加固的原理类似，但不同的是跟踪注浆法更强调注浆的过程性，它与基坑监测工作紧密结合，施工中一旦出现建筑物沉降监测指标值异常情况，立即对建筑物地基土层实施注浆。注浆的作用主要体现在两个方面：一是加固地基土体，即通过注浆挤密并填充地基土层的孔隙，从而使地基土的强度和刚度得到提高；二是起到建筑物纠偏的作用，将注浆材料注入建筑物沉降值较大一侧的地基中，通过注浆材料与注浆压力形成的液压传动效应及注浆材料的膨胀力实现抬升建筑物，减小不均匀沉降的目的。在工程中根据注浆作用的不同，注浆材料的选用也有区别。若以加固地基土体作用为主，则跟踪注浆通常选用传统的水泥基注浆材料；但若以抬升建筑物的作用为主，则一般选用体积膨胀量较大的注浆材料，如高聚物注浆材料等。跟踪注浆法能够对建筑物的倾斜量实施较为精准控制，且施工工艺相对简单，施工过程对房屋居民的影响较小，因此，在工程中应用较为普遍。

3.4地下水回灌法

地下水回灌法是指在基坑降水过程中，在抽水井与被保护建筑物之间适当的位置设置回灌井，在抽水井降水的同时向回灌井内注水，使建筑物地基范围内的地下水位保持不变或变化在允许范围内，以此达到控制建筑物不均匀沉降风险的目的。

由于地下水回灌法主要靠及时补给建筑物地基范围内的地下水控制建筑物不均匀沉降，因此，该方法对地基土层的渗透性要求较高，一般仅适用于渗透性较好的砂性土、碎石土等地基。另外，回灌井位置的选择以及回灌水量等指标的确定均需与基坑降水方案相协调，且在回灌过程中注意监控回灌水的水质，以免灌入超标水体污染地下水。

4结语

综上所述，从源头控制技术、路径隔断技术、对象保护技术三个方面对目前既有的深基坑变形风险控制技术进行了系统梳理，对每一种风险控制技术的原理及适用范围进行了总结，为进一步优选深基坑变形风险控制方案奠定了基础。

参考文献：

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