近年来我国深基坑工程技术的新进展(1)程力学(2)

　　7 对地质勘察的新要求

　　支护结构设计的内容扩展到了必须考虑基坑变形影响所及的周边范围，而不仅是局限于支护基坑本身而已。为此，在设计前常先做好对基坑以外周边地区的地质勘察。

　　勘察范围一般至少扩大至开挖线以外相当于预计开挖深度1至2倍的范围；而对于软土地区，尚宜扩大。勘察点的深度应满足基坑支护结构设计要求，在软土地区宜达到开挖深度的2～3倍。对于深大基坑，尚应按预估基坑周围下卧层位移的需要而确定勘察深度。勘察点的间距一般取15～30m，对毗邻既有建构筑物及地下设施的基坑周边，应特别仔细勘察。并应查明地表和地下水体分布、各含水层和隔水层的位置、埋深、水位及其变幅；各地层的渗透系数和水压、流速、流向、补充来源和排泄方向。特别注意流砂和水土流失问题。为探明地下埋设物、洞穴及地层变化，采用了地震雷达仪进行扫描检测。

　　8 对周边环境的监护

　　调查对象包括基坑周围相当于基坑开挖深度的2～3倍范围内地上的建筑物、高耸塔杆、输电线缆、古建文物、道路桥梁，以及地下管线（应区别其属压力的或非压力的）、人防、隧道、地铁等设施和障碍物。如发现既有建筑物等已有裂损倾斜等情况，同时收集其详细资料，并在必要处做出标记或摄像、绘图等。然后对调查对象承受地基变形的性能做出分析鉴定，确定应加监护方法。

　　监护方法有三类：一类是适当加强支护体系，对基坑毗邻监护对象的部位将挡墙加深或将桩加长以隔断之；第二类是对监护对象采用基础托换、结构补强、地基加固等方法直接加以保护，使其免受基坑施工影响；第三类是对基坑底部和周围土体局部加固，借以把基坑变形控制在容许范围。这些方法分别根据工程具体情况经分析比较而后采用。

　　9 数值法和反演分析

　　对不同边界条件下土压力的分布形式、土参数的正确取值。支护结构及基坑周围土体的位移进行实测研究和理论探讨。

　　已编制了能模拟实际开挖施工全过程的大型平面有限元程序，除考虑结构和土的受力与变形外，还考虑土与结构的共同作用，进行了大量的数值模拟计算，分析了开挖深度、支护结构刚度、支撑设置位置、支撑刚度、坑底加固范围以及超载宽度等各种因素对基坑开挖性状的影响，并与工程实测作了对比，加深了对基坑工程性状的认识。

　　10 设计方法的变革

　　对支护结构采用按变形控制的设计方法，正逐渐代替传统的单纯验算强度和稳定性的方法，并正在完善中。

　　变形分析方法有经验公式法、安全系数法、数值分析法，以及根据控制值反分析法等多种方法。变形控制标准按地区经验而有不同，并与基坑暴露时间有关。此外，还在一些工程中进行了离心加载模型试验、预测支护结构墙体和土体变形，例如上海人民广场地下车库、上海太阳广场大厦、上海地铁徐家汇车站、上海延安东路黄浦江隧道1号竖井等。

　　11 对土方开挖施工工艺的组织与管理

　　研究发现，在软土深大基坑中精心安排开挖施工分层分区分块的部位和时间要求，以及相应的支撑设置的时间要求，以有效地控制基坑已开挖部分的无支撑暴露时间和减少土体被扰动的时间与范围，将可以利用尚未被挖及的土体尚能在一定程度上控制其自身位移的潜力，而达到使其协力控制挡墙位移和坑周土体位移的目的。换言之，在基坑开挖施工（包括支撑设置过程）同支护结构及坑周土体位移之间，存在着一定的相关性。故科学地安排土方开挖施工顺序和控制施工进度，将有助于控制挡墙和坑周土体的位移。

　　此项研究成果被称为“时空效应”，已在上海地铁车站和高层建筑的许多基坑中加以运用，获得良好的效益。它极具推广应用的前景。

　　12 对开挖过程实施跟踪监测，并将信息及时反馈

　　这是为了掌握支护结构和基坑内外土体移动，随时调整施工参数，优化设计，或采取相应措施，以确保施工安全，顺利进行。施工监测的作用还在于检验设计的正确性，并有利于积累资料，为今后改进设计理论和施工技术提供依据。

　　对深大基坑的监测内容通常包括：

　　a.支护结构的位移和内力（弯矩）；

　　b.支撑轴力变化；立柱的水平位移、沉降或隆起；

　　c.坑周土体位移及土压力变化；

　　d.坑底土体隆起；

　　e.地下水位及孔隙水压力变化；

　　f.相邻建构筑物、地下管线、地下工程等保护对象的沉降、水平位移与异常现象。

　　监测手段常采用水准仪、经纬仪、测斜仪、分层沉降仪、土压力盒、孔隙水压力仪、水位观测仪、钢筋应力计等。目前在实际工作中，以水准仪量测墙顶和地面位移以及以测斜仪量测墙体和土体深层位移较为可靠而且特别重要。其他监测手段常被用来进行综合分析。用钢筋应力计测支撑轴力时，尚应配以温度计埋设在支撑中，以便计算温度变化引起的应力。实测表明，由于温度变化，支撑往往产生较大的附加轴力，对钢筋砼支撑，可达15～20%.这说明设计时不能忽视。钢支撑的温度变化应力更大。

　　但目前基坑工程的综合监测水平尚不够理想。尽管有了计算机和遥控等先进设备，而测试元件的质量及其标定、埋设、保护和施工配合等方面存在不少问题，有待改进。

　　监测报警是一个极其严肃的问题。做好了，可化险为夷，避免损失；否则，留下隐患，酿成事故。有的工程虽作了报警，而有关当事人并不警觉，结果酿成“大祸”，实践中不乏经验和教训。反之，如沈阳故宫附近某工程处于回填土和含水量高的粘性土地层，基坑开挖过程中意外地测得了锚杆拉力（它反映土压力）随基坑暴露时间而明显增长。由于及时报警，避免了一起事故。

　　13 全国性规范的编制

　　国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》已编制完成并投入使用，这是我国第一部关于基坑支护的全国性专业规程。与此同时，上海、深圳、北京、广州、武汉等地及冶金部建研总院等已分别编制了地方或部门的有关深基坑支护的指南、规范或规程或征求意见稿。回顾对照1989年的《上海市标准：地基基础设计规范》中与基坑支护有关的条文仅十余条（约数百字），足见我国基坑支护技术的标准化工作已迈进了一大步。

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