深基坑施工防护

6 深基坑工程
基坑工程是在高层建筑大量发展，充分利用城市地下空间，采用各种形式支护结构，
深挖土方而形成的一种地下空间结构。当前城市建设迫切需要建设地下空间，但是地基的
稳定性，支护结构的内力和变形，以及地层的位移，对周围建筑物、地下管线的保护计算
分析等，目前还得不出定量结果。有关地基稳定及变形理论对解决实际问题仍具有指导意义，
故在工程实践中较多采用理论导向、量测定量和经验判断三者相结合的方法。由于全国各地地
质不同，认识也各异，有各自的设计、施工及测试经验和工程实例。也有很多工程造成质量事故，
且事故性质重复而相同。现国家标淮《建筑基坑文护技术规程》(JGJ120--99)、《建筑地基基础工程
施工质量验收规范(GB50202—2002)已经颁发执行，今后质量事故可望减少。
规范是在已经成熟的理论和实践的基础上制定的，但有些理论还有待完善，软土地区的规定尚待补充，规范规定还有待技术人员认真贯彻执行。为防止质量事故的重复发生，根据近10多年来国内基坑工程中所发生的结构倒塌、道路管线坍陷、邻近建筑物损坏等事故约200个实例中，选出事故相同的一些工程，提出防治方法，以便读者对基坑工程的质量事故及防治方法有所了解和依据。

1．基坑工程包括下列内容：
(1) (1) 围护结构：钻孔灌注桩、挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩、方桩、钢板桩、H型钢桩、地下连续墙、
水泥土墙及土钉墙等。
(2) (2) 拉结与支撑结构：土层锚杆、钢支撑、钢筋混凝土支撑、钢筋混凝土水平框架、钢立柱、钢筋混凝土立柱等。
(3)地下水控制：深层水泥土搅拌截水帐幕、高压注浆桩截水帐幕、降水排水与回灌。
(4)围护结构、支撑与土体及截水帐幕组成的地下空间结构，如图6—l所示。这些组成内容中的任何一个环节发生质量问题，将导致整个基坑工程破坏。

2．基坑工程发生质量事故的特殊要点：
(1)截水帐幕如深层搅拌桩墙、高压注浆桩帐幕，若设计、施工不良，将产生漏水、涌砂，导致工程坍塌。
(2)地下管线、水池、化粪池等漏水，将促使土的物理参数指标改变，影响土压力变化，导致产生事故。
(3)主动土压力与被动土压力的大小与土的物理参数有关，且与位移大小和方向有关。
(4)被动土区的土抗力不足时，将引起基坑底隆起发生整体滑移。
(5)排桩或地下连续墙的嵌固埋深(坑下深度)不足，当悬臂时将造成围护结构倒塌，当有支撑时将
造成土体失稳或整体滑移。
(6)支撑系统如节点、立柱、斜撑等质量事故，将造成支撑系统失稳，导致基坑工程破坏。

(7)锚杆拉接系统由于锚固段长度不足，使角不合适，或锚体与土体极限摩阻力不足，则土层锚杆将从土体中拔出，导致桩、墙倒塌。
3．基坑工程、设计、施工注意事项：
(1) (1) 基坑工程设计时要调查场地内外管线情况，周围环境。有无上下水管线、化粪池、水池等漏水情况，以便考虑采用土的物理指标参数。
(2)在软土地区要考虑土的渗流压力，丰水区要考虑浮力。
(3)截水帐幕的厚度与深度应按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—99)第8．4．1条及4．1．3条核算，施工应按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》有关规定执行。
(4)排桩、地下连续墙的埋深应按规范规定计算，软土地区应按抗渗流稳定公式核算。
(5)软土地区被动土区抗力不足时，应加深嵌固深度或采取深层搅拌水泥土或其他方法加固被动土区。
(6)钢支撑体系要采取预加应力。钢筋混凝土支撑体系在设计时要考虑收缩及温度应力，要考虑立柱隆起
和沉降对支撑的轴力改变，经测试立柱沉降2～3cm会使轴力增加一倍，因此钢筋混凝土支撑设计安全
系数应为2以上。
(7)土层锚杆在设计时按公式计算的长度或以规范规定的极限摩阻力标准值计算的锚固段，可作为预估依据(估算、备料等根据)。但在实际施工前必须作锚杆的基本试验，即锚杆与土体的极限摩阻力试验，根据试验得出的数据，修改原设计锚固段长度，使符合实际情况。
(8)基坑工程稳定性验算：
1)墙的稳定性采用圆弧滑动法核算；
2)基坑底面的稳定性，包括隆起、管涌、抗渗和浮起的稳定采用有关规定验算。
(9)施工过程中必须进行监测工作，一般要求：量测排桩、墙的水平位移和垂直位移，文撑围檩的位移变形，
立柱的隆起和沉降，锚杆的变形与应力及地下水情况等，量测发现异常情况，立即研究采取措施，
可以避免重大事故的发生。
(10)基坑工程以外的一些有关质量通病的防治，可参见本书其他有关章节。

6．1 排桩、地下连续墙支护
6．1．1 悬壁式排桩、地下连续墙嵌固深度不足
1．现象
基坑挖土分两步挖，当第二步挖到将近坑底时发现桩倾侧，桩后裂缝，坑上地面也产生裂缝，附近道路下沉，邻近房屋出现竖向裂缝，不久，排桩倒塌，连接圈梁折断，桩后土方滑移入基坑内，基坑支护破坏。
2，原因分析
悬臂桩的埋深嵌固只有悬臂长的1/3～1/2，嵌固不足，嵌因深度未通过计算确定；其次是水管下水道、化粪池漏水，使土的物理参数改变，还有的工程，一场大雨造成排桩倒塌，使土的r、φ及c值发生变化，促使基坑工程坍塌。
3．防治措施
悬臂桩的嵌固深度必须通过计算确定，计算应考虑土的物理参数因素，按本节附录中的公式计算。
不按土的物理参数的具体情况计算确定的嵌固深度，或按经验确定的嵌固深度必将产生重大事故。

6．1．2 锤击式悬臂桩(预制桩、锤击沉管桩)位移太大，有的桩上部折断
1．现象
在软土淤泥质土地区工程桩采用450mm×450mm锤击预制桩或采用∮500锤击沉管桩(配筋8∮18)，为施工方便，将支护桩采用与工程桩相同的配筋与桩径，用锤击桩为挡土桩。基坑开挖土方时并将土方堆积在坑旁边，基坑开挖后发现桩位移，最大位移达1．15m，有的桩在地面下3～5m处折断。
2．原因分析
(1) (1) 悬臂式挡土桩的直径按规范规定不得小于∮600(配筋不得小于∮20)。与工程桩不同，
悬臂式挡土桩主要承受水平力，同时在坑边堆土，促使增大侧壁水平压力，因而有的桩在抗弯不足情况下折断。
(2)在软土淤泥质土中已经锤击密布工程桩(3～4d)，锤击数又多，地基土中静孔隙水压力急剧上升，且无法很快消散，地基中产生强烈挤土作用，工程桩也会产生大的位移，支护挡土桩又系外排桩，因而位移很大。
3．防治措施
(1) (1) 支护挡土桩应用∮600或大于∮600的灌注桩，不用锤击450mm×450mm的预制桩，
或∮500的锤击沉管桩，因其抗弯性能不足。
(2)基坑挖土应随挖随运，不得堆在坑旁，以免增加支护桩的水平压力。
6．1．3钢板桩渗漏
钢板桩是由带锁口或钳口的热轧型钢制成，将单块钢板桩互相连接就形成钢板桩墙，

在基坑工程中用以挡水和挡土。
我国常用的拉森式钢板桩，如图6-2所示。 在软土地区基坑深在5m以上时，必须采用拉
结方式，悬臂式桩只能用于5m以下(按规范规定)。 钢板桩施工，先安装围檩，分片将钢板桩打入
土中，筑成封闭式围圈，然后在圈内挖土。围檩及钢板桩施工立面如图6-3所示。
1．现象
基坑挖土过半时，发现钢板桩渗漏，主要在接缝处和转角处，有的地方还涌砂。
2．原因分析
(1)钢板桩旧桩较多，使用前禾进行矫正修理
或检修不彻底，锁口处咬合不好，以致接缝易漏水。转角处为实现封闭合拢，应有特殊型式的转角桩，这种转角桩要经过切断焊接工序，可能会产生变形



(2)打设钢板桩时，两块板桩的锁口可能插对不严密，不符合要求。
(3)桩的垂直度不符合要求，导致锁口漏水。
3．预防措施
(1) (1) 旧钢板桩在打设前需进行整修矫正。矫正要在平台上进行，对弯曲变形的钢板桩可用压
千斤顶顶压或火烘等方法矫正。
(2)作好围擦支架，以保证钢板桩垂直打入和打入后的钢板桩墙面平直。
(3)防止钢板桩锁口中心线位移，可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。
(4)为保证钢板桩垂直用2台经纬仪从两个方向控制锤击人土。
(5)由于钢板桩打入时倾斜，且锁口接合部有空隙，封闭合拢比较困难。解决的办法一是用异
形板桩(此法较困难)；二是采用轴线封闭法，此法较为方便。
4．治理方法
采用水玻璃水泥浆以阀管双液灌浆系统施工堵漏。

6．1．4 钢板桩倾侧，墓坑底土隆起，地面裂缝
l—现象
采用拉森钢板桩，开挖土方的挖土机及运土车设在地面钢板桩侧，开挖不久即发现钢板桩顶侧倾，
坑底土隆起，地面裂缝并下沉。其中有1例整排桩呈弧形推向坑内方向，中间最大偏移3m，
地面呈弧形，裂缝宽20cm，地面下沉约1m。
2．原因分析
(1)这些钢板桩施工都在软土地区，设计的嵌固深度不够，因而桩后地面下沉，坑底土隆起是管涌现象。
(2)挖土作业时挖土机及运土车在钢板桩侧，增加土的地面荷载，导致桩顶侧移。
(3)从上述1例作实测分析认为：土体已形成两个圆弧滑裂面，一个是深约5～6m的圆弧滑裂面，
使地面形成直径为18m的弧形滑裂圈；另一个是圆心向坑外移，深约10m的圆弧形滑裂面，
在地面上形成直径为30m的弧形滑裂圈，随着两次圆弧滑动，使钢板桩同时位移和倾斜，
当钢板桩拔出观察时，桩未弯曲，桩尖最大推移量约52．5cm。实测说明钢板桩没有满足以
圆弧形滑动的嵌固深度，而且整体稳定性不合格。
3．防治措施
(1)钢板桩嵌固深度必须由计算确定，详见本节附录。
(2)挖土机、运土车不得在基坑边作业，如必须施工，则应将该项荷载增加计算入设计小，
以增加桩的嵌固深度。
(3)钢板桩设计时尚须考虑地基整体稳定。

6．1．5 连拱式灌注桩大桩倒塌、折断
连拱式灌注桩是排桩支护的一种发展，它是由大桩和小桩共同组成一个组合拱截面的
组合截面桩，如图6-4所示。


图中大桩间距L为3000～5000mm，拱矢高f为1/4～1/2L，大桩直径大于∮1000，小桩直径
约300mm左右。连拱式灌注桩支护结构的工作原理是将垂直于拱截面的水、土压力产生的弯拉力，转化为沿拱轴截面方向的轴压力，因而沿拱轴的小桩可做成素混凝土，让其受压，而作为拱脚的大桩仍应是钢筋混凝土桩承受弯拉力，如此可以承受较大的悬臂并节约较多(约47％)的资金。
1． 1． 现象
在基坑挖土将到设计标高时，支护拱圈突然倒塌，拱脚大桩折断。
2．原因分析
设计方案错误地认为大小桩组成拱截面，可以个加钢筋全部让素混凝土来承受。但该技术仅系小桩
承受拱轴方向传末的压力，大桩仍需用钢筋混凝土承受拉、弯力。该工程的桩折断、支护倒塌完全
由于大桩中没有钢筋，承受不了弯矩所致。


3，防治措施
(1)采用连拱式灌注桩支护结构，月、仍应看作竖向为一悬臂式结构，其竖向长度、嵌固深度、最大弯矩、整体稳定、位移等的计算与一般悬臂支护结构相同。水平向则取一构造单元，如图6-4中的
一个L间距为计算单元，并将小圆桩组成不规则截面换算成相同截面积的等厚度连续板拱截面来计算。因大桩承受弯矩、位移、稳定性的需要，故必须配置钢筋。
(2)为了避免质量事故再发生，建议采用连拱式灌注桩设计时可参考南京民用建筑设计院陈德文《连拱式基坑支护结构设计》一文中的计算方法，该文刊于宇航出版社1994年出版的《高层建
筑地下结构及基坑支护》一书中。

6．1．6 地下连续墙接头漏水涌砂
地下连续墙具有抗渗、挡土和承重功能，它是基坑工程中最佳支护结构之一。由于施
工工艺按槽段施工的要求，必须有接头节点，各种形式的接头在实践中产生，最重要的是
要求接头节点抗渗性能好，地下连续墙整体性能好。最初施工采用的接头是圆管接头，如


图6-5所示，后改用钢板接头，如图6-6所示。现将这两种接头发生的质量问题、原因及改进措施述
之如后。地下连续墙的一般质量通病详见本手册第10章《地下连续墙工程》。
1，现象
基坑开挖过程发现不同槽段接头、不同高度处渗水，光是浑浊泥浆水，然后大量中砂、细砂涌进坑内，接头地面(墙顶面)下陷，逐渐向深度及广度扩展，坑内堆积泥砂和积水。
2．原因分析
圆形接头管接头在圆管抽出后，形成半圆接头，如65(e)所示，接头管以钢管作成，拔山后形成光滑圆弧面，易与边槽段混凝土接触面形成缝通道，导致漏水，在基坑挖土后，地下连续墙的墙背受土压力、水压力的作用，管接头易形成活铰，而位墙体位移，整体性能差，还易使接头缝漏水。因此接头管接头虽施工简易，但整体性能和防渗性能差的缺点不易克服。经改为钢板接头如图6-6(g)，拔出U形接头管后的封头钢板4的面层必须将泥砂清理干净，否则在邻槽段施工后，两槽段之间有夹泥，随着基坑开挖，在墙背水、土压力作用下，泥被冲散而形成水流通道，这就是钢板接头漏水涌砂的主要原因。其次由于这种钢板接头要求严格，钢筋笼长度、槽深(一般20m左右)的偏差，当混凝土浇完拔出接头箱、U形接头(图6-6f、g)时，会将夹泥带砂包留在槽边，当第二槽段用冲击钻头施工时，很难消除槽边的泥和砂包，这就造成了槽段间夹泥及砂包。在基坑开挖时造成槽段间的泥砂通道，因而漏水、涌砂。
3．预防措施
(1)封头钢板上的泥砂必须清理干净。
(2)槽段挖深及钢筋笼前作长度的垂直误差须在规定以内，注意起吊接头箱及U形接头，避免泥砂留在