谈深基坑工程的发展历程

-110-第21卷第3期呼伦贝尔学院学报No.3Vol.212013年6月JournalofHulunbeierCollegePublishedinJune.2013谈深基坑工程的发展历程王振平（呼伦贝尔市市政公用事业管理局内蒙古海拉尔区021008）摘要：伴随工业化和城市化进程的加快，深基坑工程逐渐成为城市发展过程中的一个重要课题。本文较为完整地阐述基坑工程的特点，并对深基坑工程发展的四个不同阶段的特点进行了详细论述，并较为完整地对深基坑的发展历程进行阐述。关键词：深基坑工程；特点；发展历程；阶段中图分类号：TU942文献标识码：A文章编号：1009-4601（2013）03-0110-021.引言基坑工程是一个古老而又具有时代特点的岩土工程课题，最早的放坡开挖及简易木桩围护可追溯到远古时代。随着经济的高速发展及城市化进程的加快，城市空间利用逐渐趋向三维空间的开挖，高层建筑、地下轨道交通及设施的建设使得基坑工程施工及设计的难度不断增大，且由此引出了诸多关于基坑工程的研究课题，也相应地为施工及科研人员提供了更丰富的研究背景。伴随着工程实践的不断深入，基坑工程学作为一门新学科正在逐步形成。基坑工程是集岩土工程和结构工程于一体的系统工程，具有地域性和风险性，既是一个综合性的岩土工程问题，又是涉及到土层与支护结构共同作用的复杂问题。2.深基坑工程的特点在深基坑工程中，除了将作为主体结构一部分而成为永久性结构外，如逆作法施工中地连墙常作为主体地下室外墙，一般情况下，支护结构多为临时性结构，在保证支护体系安全的前提下，应尽量在保证基坑四周相邻建筑物及地下管线在基坑施工期间不受影响的前提下节省工程投资。因此，基坑工程一般具有以下特点：2.1基坑围护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性。2.2由于岩土工程的地域性很强，基坑工程也相应地具有典型的区域性，不同地区不同的基坑工程，围护体系的设计与施工都要因地制宜，根据该地区的具体情况进行。2.3由于基坑工程需要同时考虑岩土工程与结构工程的知识，且涉及土体的渗流与固结，使得基坑工程的综合性极强。2.4由于土体的蠕变性及三维空间性状，使得基坑工程具有很强的时空效应。2.5基坑开挖势必引起周围地区中地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及地下管线产生影响，严重的可能影响其正常使用，甚至导致破坏，使得基坑工程具有较强的环境效应。2.6基坑工程规模大，造价高，且主要集中在城市。通过上述的介绍可知，基坑工程是一项高风险的工程，是综合性强、涉及多学科的复杂的系统工程。在深基坑的设计过程中，要统筹兼顾，在确保基坑工程的安全稳定和变形得到控制的前提下，又要满足其经济合理性的要求，所以正确认识基坑工程的变形机理、影响因素和控制措施，对基坑工程的设计和施工有着重要的意义。3.深基坑工程的发展阶段高速的城市化进程促进了深基坑工程的快速发展，纵观深基坑工程的发展历程，大概可以分为四个不同的阶段，具体如下：收稿日期：2013-04-13作者简介：王振平（1982-）男，汉族，呼伦贝尔市市政公用事业管理局助理工程师。研究方向：市政管理。-111-3.1萌芽阶段在这一阶段，深基坑常见于一些规划有一到两层地下室的建筑物，其基础形式常采用筏板基础，开挖深度一般在10米范围内。由于当时的水文地质勘察技术有限，开挖设计欠周详，施工技术水平更显一般，围护结构常采用板桩、排桩等刚度小的结构，支撑系统起初常采用木支撑，后逐渐采用型钢支撑，增强了支撑系统的刚度，同时，锚杆内支撑系统也有一定的应用。但是由于当时的设计施工水平较差，而且相应的设计理论并不完善，常导致基坑发生失稳破坏，且常因此而引发周边建（构）筑物及管线发生破坏，而主要的原因大多是因为基坑支护刚度不够而引发过大的变形、在软弱地层中围护墙插入深度不足、坑底隆起严重、砂质地层中引起地下水渗漏、流砂而导致的基坑破坏。同时，由于工程事故的频发，迫使工程界逐渐意识到水文地质条件勘察的重要性，并逐渐增强了基坑施工过程实时监测的意识。3.2开挖安全监测阶段在这个阶段，高层及超高层建筑的兴起，地下室常设计为三到四层，使得基坑开挖深度显著增大，常达到15米甚至更大。此时的基坑支护设计除了重视地质条件勘察外，施工技术水平也有了较大的提高，并逐渐意识到施工工序对基坑变形的影响，逐渐形成了较为合理的基坑开挖步骤。在基坑支护设计中，由于尚未有实用的基坑开挖分析软件，工程界一般采用结构力学中连续墙的分析理论对围护结构进行设计，并为了保证基坑的安全施工及周边环境安全，加强了施工的安全监测，且通过实时的监测，预估下一步施工可能引发的基坑变形，形成了较为丰富的基坑开挖经验及监测成果，为之后类似工程的设计及施工提供极富价值的参考。3.3技术跃升阶段在该阶段中，学术界基于先前的工程经验及监测成果，开始尝试采用有限元分析方法对以往的工程案例进行分析，并逐渐研发了一些分析软件，为有效预测基坑工程的变形奠定一定的基础。但由于设计分析经验不足，且相应的参数选用取值并不明确，分析的精度仍有待于进一步提高。直至对土体采用了较为符合实际的弹塑性本构理论进行分析时，方取得较为合理的分析结果。同时伴随着计算机技术的发展，各种数值分析软件也得到了广泛的发展和应用，同时土体的真实应力应变关系在软件中也得到了更为合理的模拟，从而使数值分析手段能更为广泛为工程界所接受，对预测基坑的变形及保护周边环境有了长足的进步。此外，施工技术水平也有了显著的提高，除了采用更为先进的技术装备，提高施工的质量，并能合理利用基坑工程显著的时空效应理念指导工程施工，从而更为有效地保护了基坑环境。3.4环境保护阶段随着基坑开挖深度的增大，且更主要地集中于繁华市区，环境保护条件更为苛刻，基坑开挖过程中如何有效地保护周边环境成了现阶段基坑设计及施工的主题。为了更好地保护基坑周边环境，基坑的时空效应理念在工程界有了更为广泛的认识，无论在设计环节还是施工环节，都逐渐地强化基坑时空效应的理念，这对于更有效地保护基坑周边环境有着重要的意义，具体主要表现为：根据基坑的形状，依据对称、平衡的原则进行分层分块开挖，合理安排开挖部位的先后顺序，并详细确定每部开挖的尺寸、开挖时间、支撑时限及预应力大小，尽量降低由于土体卸载导致的应力不平衡，并减小坑底无支撑的暴露时间，充分利用基坑变形的时空效应进行作业。同时，在数值分析过程中，结构关系的选取合理性、模型计算参数选取的准确性、围护结构及支撑系统简化模拟的合理性、施工工序模拟同实际工程的一致性、地下水渗流及固结模拟的必要性、空间效应考虑的必要性等因素的合理考量，对基坑设计及施工有了更好指导作用。参考文献：[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.[2]龚晓南.基坑工程发展中应重视的几个问题[J]．岩土工程学报,2006，28（增）：1321-1324.[3]刘国彬，候学渊，黄院雄.基坑工程发展的现状与趋势[J].地下空间.,1998,18（增）：400-412.[4]占丰林，周玉莹.基坑工程的研究动态及发展趋势[J].山西建筑.,2005，31（11）：3-5.[5]杨曼，李博.国内外基坑发展概况[J].山西建筑,2007，33（24）：123-124.