巖土深基坑圍護現狀與發展趨勢

1 九十年代我國基坑圍護現狀

  進入90年代以來，基坑圍護問題已經成為我國建筑工程界的熱點問題之一，暫且稱為“基坑熱”?！盎訜帷迸c國家經濟建設的發展有關，并直接源于“房地產熱”。因而是一種“虛熱”。盡管如此，其工程數量之大，分布之廣，及其所暴露問題之復雜，仍使人感到熱得不得了。

  目前我國基坑及其圍護狀況總的說來具有以下特點：

  深：基坑越挖越深?；驗榱耸褂梅奖?，或因為地皮金貴，或為了符合建管規定及人防需要，建筑投資者不得不向地下和地上發展。過去地下建1～2層地下室，即使在大城市也不普遍，中等城市更為少見?，F在在大城市、沿海城市、尤其是特區，地下3—4層已很尋常，5～6層也有。因此基坑深度多在10～16m間，超過20m深的基坑也為數不少。

  差：工程地質條件越來越差。這一點在某些沿海經濟開發區較為突出。某些開發區位于填海、填湖、淤河、泥塘或沼澤地，工程地質條件十分復雜。

  密：基坑四周已建或在建高大建筑物密集或緊靠重要市政公路。興土木不僅要確保本身基坑穩定，更不能殃及池魚。

  多：圍護基坑方法多。諸如人工挖孔樁，機械鉆孔樁，預制樁，深層攪拌樁，鋼板樁，地下連續墻，鋼支撐，木支撐，砂袋堆撐，拉錨，抗滑樁，注漿，噴錨網支護法，各種樁、板、墻、管、撐同錨桿聯合支護法，此外還有錨釘墻法，等等，應有盡有，各顯神通。

  低：基坑工程的成功率較低。此問題目前在建筑工程界顯得異常突出，以至很難舉出哪個地區、哪個城市或特區已建基坑工程近年來未出毛病的例子。地質條件較好的地區（如北京）出毛病，地質條件差的地區（如上海、?？?、惠州等）更出，坑淺的出，坑深的更出。最說明問題最典型的是，有的地區基坑工程成功率大體僅為1/3，另有2/3是出了工程事故的或多少有毛病的。其結果是，給國家造成巨大經濟損失，影響居民安定生活，造成市政交通堵塞，危及四鄰安全。

  綜上所述，盡管基坑圍護經費在整個建筑工程投資上所占份額極小，基坑在人們的心理天平上仍出現了小頭沉現象。這既反映了人們對基坑圍護工程的重視，也反映了基坑問題的嚴酷現實。這即是90年代以來我國基坑圍護的現狀。

2 巖土深基坑圍護方法分類

  基坑圍護方法繁多，可謂五花八門，千差萬別，良莠不齊。粗略地給予分類可使問題簡化，便于研究和應用。分類可有各種不同的分法?？蓮慕Y構形式上進行分類，例如人工挖孔樁、鋼板樁等是一種懸臂式結構，鋼撐則是一種頂撐結構。也可從受力特點不同進行分類，例如樁、板、墻、管、撐具有被動受力特點，噴錨網支護法則具有主動受力特點。我認為，從各種方法的演變發展過程作大致歸類則更為簡潔、合理。大家知道，在上述眾多的方法中，人工挖孔樁資歷最長，已有100余年了。逐步發展演化才出現了機械鉆孔樁、鋼板樁、預制鋼筋混凝土樁、地下連續墻以及深層攪拌樁和各種支撐等。其中深層攪拌樁在我國基坑工程中應用歷史不長，在某些場合有其獨特的優越效果，卻也脫不開一個“樁”字。因此，上述方法可歸入我國基坑圍護傳統方法類。

  本世紀70年代以來，世界各國在上述傳統方法中大量引入錨固技術，出現了樁錨、板錨、墻錨、管錨、撐錨等聯合圍護結構形式，獲得了廣泛的應用。在國際上著名的美國西雅圖Columoia大廈基坑（1984），在國內，北京地鐵西直門車站基坑（1976），都是采用工字鋼板加錨桿成功建造的。這種聯合圍護方法，是對傳統樁、板、墻、管、撐法的改良，姑且稱為改良傳統方法或改良法。

  90年代初期，巖土深基坑噴錨支護法打入建筑市場，并以異乎尋常的速度在全國推廣應用，在建筑工程界引起極大震動和關注。此外，尚有人們十分關注、在國外享譽很高，特別值得一提的錨釘墻方法等。由于注漿法、拉錨等往往都不能單獨使用，且為噴錨網支護法及錨釘墻法所包容，故不作單獨分類。

  總之，從巖土深基坑圍護方法的發展演變過程，并適當考慮其結構受力特點，工作原理及其在我國基坑圍護工程中的地位與作用，試將目前我國基坑圍護方法（除自然放坡外）粗略地分為以下四類：                                            

   (1)傳統方法--樁；板；墻；管；撐。            

   (2)改良方法--樁錨；板錨；墻錨；管錨；撐錨。                               

   (3)噴錨網支護法（包容注漿、拉錨）

   (4)錨釘墻法（鉆孔注漿土釘等包容注漿法）

3 傳統方法的特點

  傳統方法（樁、板、墻、管、撐等），曾對我國城市建設做出過重要貢獻，且至今任在發揮一定作用。它受力明確，易于設計、設備簡單，便于操作，工程簡化，易于施工，其中人工挖孔樁造價較低，故工程采用概率較高。在工程地質條件好，或基坑較淺（4～9米）時，仍常見這類方法的應用。但是，隨著國家經濟建設的發展和基坑工程新特點的出現，它與基坑的不相適應性日見突出。

  例如，當基坑沿建筑紅線垂直下挖（這種情況越來越多）時，無論是攪拌樁還是人工挖孔樁，或是機械鉆孔均無法施作；基坑位于住宅區或辦公樓近旁，則鋼板樁或預制樁或機械鉆孔樁的有害噪音對居民及上班族滋擾嚴重，往往引起強烈反響；基坑過深（如>15m），土層自穩時間過短（如半小時或為零），則地下連續墻或難以施作，或肥厚不經濟；此時采用鋼板樁，預制樁或其它樁，都基本不可能，或極其困難；各類支撐則更是施作困難，開挖不便，拆除費事，少慢差費。

  特別是由于傳統方法（除攪拌樁群外），基本都可簡化為懸臂式支擋結構類型，其受力性能欠佳，開挖過程中坑壁易產生較大變形，甚至失穩破壞，危及施工人員安全及鄰近建筑物穩定。事實上，勿庸諱言，許多失穩破壞的基坑大都是采用傳統方法施作的。1992～1994年間，我有幸參與了若干基坑事故原因分析和后期處理。除廣州065工程和地王大廈基坑外，其余均采用傳統方法圍護。人們在分析上述工程事故原因時，無一不是從勘察、設計、施工、監理、質檢以及技術方案選擇這幾方面進行的。這自然有一定道理，尤其是施工質量問題正在引起人們高度重視，但無疑忽視了傳統方法本身存在的懸臂式被動受力支擋結構的不合理性，及其與90年代深基坑特別是不良工程地質條件下深基坑顯著的不相適應性等重要因素。

4 改良方法的特點

  改良方法（樁錨、板錨、墻錨、管錨、撐錨）是當今國內外常用的方法，在基坑圍護工程中占有主導地位。改良方法的最大優點是安全度較高，且其設計方法已基本形成，施工工藝亦趨完善，故近年來發展較快。即以深圳、廣州為例，目前較重要一點的工程，大都是采用樁錨、墻錨或板錨法建造的。為了減少工程事故，有的城建管理部門還硬性規定，在某個深度以下，如采用人工挖孔樁護壁，則必須加設錨桿，即采用樁錨法。這一作法客觀上促進了該方法的推廣應用。

  工程實踐表明，采用改良法圍護基坑，失敗的概率確很低。同傳統法相比，這正是改良法的先進之處，實質上這是在引入先進的錨固技術后，傳統的樁、板、墻、管、撐法，變成了樁錨、板錨、墻錨、管錨、撐錨法，受力性能大為改善的結果。就擋土而言，在懸臂結構上端附近加一排或一排以上錨桿或拉錨，即可簡化為簡支（外伸）梁或超靜定（外伸）梁，擋土效果顯然不同，土體變形將得到有效限制。

  以上可見，改良方法是對傳統方法部分否定的結果，業已形成為一類在全世界廣泛應用且行之有效的基坑圍護方法，這無疑是一種了不起的技術進步和社會進步。然而，令人遺憾的是，采用改良方法建造的工程造價太高，工期過長，噪音仍大，綜合經濟效益甚差。例如深圳某廣場大廈基坑圍護工程公開向社會招標，采用撐法報價約1000萬元人民幣，采用樁錨法報價約1300萬元，采用噴錨網支護法報價僅790萬元。三種方案報價比約為1∶1.3∶0.79，最大相差40%。究其原因，蓋出于采用傳統方法的護壁費原本就不低，加設錨桿后，安全度是提高了，但同時又增加了錨固工程費，從而大大提高了工程總造價。由此可見，改良方法難以做到既安全又經濟，兩全其美。

  總之，改良方法的歷史和現實的作用與地位不容低估，它在人類的生產活動中，已經或正在并將繼續在主導地位上發揮巨大作用。但除了較好的安全性之外，它幾乎原封不動地保留了傳統方法的全部特點，因而其局限性顯然。

5 巖土深基坑噴錨網支護法特點

  噴錨網支護是噴射混凝土、各類錨桿（管、索、栓）和鋼筋網聯合支護的簡稱。隨著新奧法在全世界風靡和某些陳舊理論歸于沉寂，經過各國科研人員長期艱苦探索和實踐，使得該技術在國內外巖土高邊坡、大壩和山體、橋墩和塔座、地下電站廠房、機庫和油庫、鐵路、公路隧道及礦山巷道，人防與國防工程中已獲得廣泛而成功的應用。實際上，如前所述，錨固工程早已滲透到了深基坑圍護工程：它與傳統方法結合，形成了改良法。

  但是，噴錨網技術不是巖土深基坑噴錨網支護法，在基坑圍護工程中應用錨固技術也不是。

  巖土深基坑噴錨網支護法，是針對不同工程地質條件尤其是特殊不良地質體如淤泥、流砂、軟土及強膨脹土和建筑設計要求所提出的一整套噴錨網支護參數設計計算方法和建造方法的總稱。它是總參工程兵科研三所獲得國家人防委（[1992]7號文件）科技進步一等獎的科研項目“土中噴錨網支護設計方法的研究”成果的核心部分，并于1992年首次在深圳文錦廣場大廈基坑中應用成功。1993年總參工程兵科研三所又以“巖土深基坑噴錨網支護法”開題，對該方案作進一步完善，并組織在全國推廣應用，對日本、香港、澳門、臺灣建筑工程界產生良好影響，并波及到中東。1995年8月，第十屆亞洲土力學與基礎工程會議在北京召開。其間國內外200多名專家對北京西客站南廣場地鐵區間隧道工程的16m深回填砂夾石和砂粘土邊坡支護表示極大興趣。該工程即是采用噴錨網支護法施作的。

  采用噴錨網支護法圍護巖土深基坑，不要一根柱，一塊板，一堵墻，一根管，一根撐，完全摒棄了傳統法及其被動支擋概念。它一經應用，就顯示出了強大的市場競爭能力，無可比擬的技術先進性，顯著的綜合性社會、經濟效益和廣闊的應用前景。從1992年以來，在短短三年多時間里，在設計規范尚未制定，施工規程尚未編寫、計費標準僅有國家人防委抗核爆災害試驗研究中心頒布的《巖土深基坑噴錨網支護法計費暫行規定》的情況下，該方法恰如一股強勁旋風，從特區刮到一般地區，從沿海刮向內地，迅猛異常，勢不可擋。目前正在深圳、廣州、?？?、惠州、東莞、珠海、南海、北京、杭州、成都、武漢、福州、煙臺、濟南、鄭州、南京、長沙、南寧、昆明等將近20個省市轟轟烈烈推廣應用，其中數深圳、廣州、武漢、北京最為紅火。

  深基坑噴錨網支護法，以盡可能保持、顯著提高、最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學強度、變土體荷載為支護結構體系的一部分為其基本原理，噴射混凝土在高壓空氣作用下高速噴向土層表面，先期骨料嵌入表土層內，并為后繼料流所充填包裹，在噴層與土層間產生“嵌固層效應”，并隨開挖逐步形成全封閉支護系統；噴層與嵌層同具有保護和加固表土層，使之避免風化和雨水沖刷、淺層坍塌、局部剝落，以及隔水防滲諸作用。錨桿（索、管等）內錨固段深固于滑移面之外的土體內部，其外錨固端同噴網聯為一體，可把邊壁不穩定體“危機”轉移到內錨固段及其附近并消除于無形。鋼筋網可使噴層具有更好的整體性和柔性，能有效地調整噴層與錨桿內應力分布。噴錨網主動支護土體，并與土體共同工作，具有施工簡便，快速，及時，機動，靈活，適用性強，隨挖隨支，挖完支完，安全經濟等特點。其工期一般比傳統法短30—60d以上（即省下全部打樁、筑墻等時間），工程造價低10%～30%。支護最大垂直坑深，目前已超過20m，建成淤泥（局部少量雜填土）基坑深達10m。噴錨網支護法不僅能有效地用于一般巖土深基坑工程支護，而且能有效地用于支護流砂、淤泥、厚雜填土、飽和土、軟土等不良地質條件下的深基坑。此外，它還能快速、可靠、經濟地對采用傳統法或改良法施作的將要或已經失穩的基坑工程進行搶險加固或滑塌處理。

6 錨釘墻法特點

  錨釘墻又稱為土釘墻（Soil Nailed Walls）。錨釘墻是以短而密的錨釘安設或打入基坑邊壁土體內，將土體加固成為能自穩的重力壩式的擋土墻結構。作為圍護基坑及邊坡的一類方法，錨釘墻法形成于70年代，發展于80年代。美、法、德國都曾對錨釘墻法作過較多的研究、理論分析計算和工程應用。其中比較活躍的研究者和倡導者是D.ABruce，R.A.Jewell，I.Juran,G.Baudand，K.Farrag，V，Elias，F.Stocker,G.Riedinger，S.R.Thomposon，I.R.Miller，C.Plumelle，F.Schlosser，P.Delage，G.Knochenmus，J.H.long，W.F.Sieczkowski，J.E.Chow和E.J.Cording等人?？偟膩碚f，該方法在國外享譽很高。近十余年來，我國也有不少工程專家和學者如王步云等在關注和研究這一方案。幾年前，在深圳發展銀行大廈基坑西壁采用該法作過嘗試，效果良好。該壁深12.5m，坡度85°，工程地質條件較好，地層主要為雜填土，粘土，礫質粘土，含水量16%，所用錨釘7—9m。但是，一般來說，該方法在我國還需深入研究，尚未形成公認可靠的適合我國特定工程地質條件的設計計算方法，工程應用例子不多。因而目前它在我國基坑圍護工程中所占地位較低。之所以在此對該方法作簡要評價，是基于兩點理由：①它畢竟是一種新方法，曾有過成功的應用，有較好的發展前景；②不少人把錨釘墻法等同于深基坑噴錨網支護法，這是一個很大誤解，是不適當的和有害的。

  錨釘墻法與深基坑噴錨網支護法在某些施工工藝上有相似之處。例如，它也完全不要樁、板、墻、管、撐，它也常與噴網相結合；它的錨釘類型一般有兩種：鉆孔注漿錨釘和直接釘入或射入錨釘，而前者與噴錨網支護法中的非預應力錨桿施工工藝也是類似的。這種形式上的相似是產生誤解的主要原因。

  但錨釘墻法與噴錨網支護法無論在錨釘同錨桿的構造與作用機理，還是設計方法與使用條件上均不相同。從構造上講，錨桿一般分為內錨固段，外錨固段，自由段即張拉段，錨釘則不分段。錨桿通常較長，其內錨固段一般位于滑移線以外的穩定土體內，錨釘一般較短（3～10m），釘的內端大都置于滑移線以內或附近錨桿設置間距相對較大，錨釘則要密得多。從工作原理看，在較好的巖土層中，錨桿以平衡不穩定體壓力為主，在特殊不良地質體中則以改造介質物理力學性質為主；而設置錨釘旨在炮制出一種新的穩定地質體：錨釘墻。因而它大體可歸入加筋土范疇。錨釘墻與噴錨網支護法工作原理不同，設計計算方法因之各異。從應用范圍看，專家們認為，錨釘墻法不適用于流砂、雜填土、軟土、淤泥等粘結力較低的介質；工程實踐表明，錨桿（管、索、栓）在此類介質中則具有較好適應性。從兩者的構造不難看出，錨釘墻法在其適用范圍內，經濟效益將比深基坑噴錨網支護法更好。

7 巖土深基坑圍護方法的發展趨勢

   縱觀我國深基坑圍護現狀，各種維護方法的發展將會出現以下趨勢。

  （1）隨著國家經濟建設發展，在5～15年時間內，房地產開發勢必由“虛熱”逐步變為實熱，基坑圍護工程也將隨之升溫，出現真正的“基坑熱”。與此同時，基坑圍護工程所暴露出的問題也將更多，更復雜，本文所提到的各種圍護方法并存局面將繼續維持較長時期。

  （2）傳統方法的應用范圍和工程應用概率將急劇減少，特別在深、差基坑中會十分少見。

  （3）改良方法在噴錨網支護法業已推廣開來的地區將出現應用范圍及工程應用概率縮小的趨勢，但在未推廣噴錨網支護法的地區會繼續發展，尤其在這此地區的深、大、差基坑中將具有壓倒優勢。

  （4）深基坑噴錨網支護法有如異軍突起，方興未艾，將在更大范圍內得到推廣應用，出現逐步取代傳統方法和改良方法的趨勢。盡管人們對該方法尚因不甚了解而持有疑義或異議，還在等待和觀望，盡管該方法本身從設計計算理論到施工工藝及專用設備機具尚有若干需探討、改進和完善之處，理論落后于實踐的情況十分突出，尚需編制相應的可資遵循的設計、施工規范和規定，需培訓專業設計、建造及管理工程技術人員，和專業施工隊伍，致使其推廣應用的速度和范圍受到一定影響。但隨著采用該方法所建造的工程越來越多，隨著各級政府機關如深圳市建設局，廣東省建委及杭州、北京、武漢等地建管部門和許多建筑工程界著名專家、學者大力支持和倡導，在經受市場經濟優勝劣汰的選擇和考驗中，巖土深基坑噴錨網支護法將以更快速度在全國范圍內逐步取代傳統方法和改良方法，這是不以人們主觀意志為轉移的總的趨勢。

  （5）錨釘墻法將進一步受到研究、設計人員重視。但目前在我國仍處于在試驗、研究、積累經驗階段，距大規模推廣應用尚有一定距離。