关键词：设计现状；影响因素；基坑支护；事故分析
引言
基坑支护是一种特殊的结构方式。支护具有很多功能，能应用于所有主要建筑物的附属结构之中。尽管支护结构很重要，但在项目规划中其设计和建造却经常被忽视，从而导致工程不得不承受延期以及设计变更带来的巨额开销。考虑周全的规划，安全的设计方案以及施工方法多样且具有创新的工程结构都能够改善建筑物的安全性，同时还能节省施工时间和工程费用。
一、现状概述
深基坑开挖与支护设计是建筑物基础和地下工程施工中的一个传统课题，同时又是一个具有新意的综合性岩土工程热门难题。由于土壤物理力学指标的空间各向异性，导致使用这些力学指标时的不确定性，给设计工作带来了很大的困难，因此在国内外形成了多种各具特点的设计方法并存的状况。比如一些从事岩土工作时间较长的设计人员，习惯采用“估算法”，所谓估算法就是按照以往的工程经验，结合土质的特性，挡墙类型，及入土深度等，事先假定挡墙上的土压力分布，然后根据假想梁法、等值梁法等方法进行图解、数解或查已有表格来确定支护结构的内力和变形。近期随着现代计算技术的发展，特别是计算机的出现，许多岩土工作者又热衷于数值分析方法的应用，时下比较流行的有差分法、边界元法和有限元法等等。当然还有许多种基坑支护设计方法，如数理模拟方法等。
二、基本支护结构
采用支撑系统的主要目的是能够保证顺利的建造基本建筑物及其基础工程。因而，支护工程必须根据基础设计和建筑物结构要求进行调整。大部分支护系统由两部分组成：
（1）约束周围地面变形（有时是为防水而设置），能把墙体固定在适宜位置及控制结构安全性和挠度的维护墙。
（2）各种各样墙体与支撑混合结构的使用取决于项目的需要及资金的要求。资金不仅包括支护系统的费用，且更重要的是，它包括及时支护的相互冲突，主要结构及对周围建筑物可能发生的损害而进行补救的那部分资金。每一种支护系统结构的强度及刚度是由支护的外形尺寸选择决定的。由于结构本身的固有特性，结构刚度由弱到强排列的顺序依次是钢板桩，板桩墙，排桩，及地下连续墙。不连续结构或框架结构的墙体由间隔1～2m的钢筋混凝土打入桩或钻孔灌注桩组成。垂直桩之间的土拱是没有支撑的。有时细月牙形的板状土将弄碎留下的深层土拱。这种情况在下雨时更易发生。板桩曾经完全是由木头制成的，但现在扣搭钢板桩应用十分广泛，以致于一些年长的工程技术人员也同样喜欢把所有的支护墙用钢板来设计。
随着联锁技术的发展，钢板桩可以是完全防水的但目前钢板桩的扣接处仍然有严重的漏水现象。板桩一般在存在或离地下水很近的基坑工程中广泛使用。在施工中板桩的损坏很可能是由于巨石和卵石造成的。排桩包括打入桩及钢筋混凝土钻孔灌注桩。由于打入桩偏离定线及钻孔灌注桩直径的变化引起排桩墙止水能力很差。有时通过略微的调整排桩墙可作的更密一些。混凝土桩由于抗弯的作用而需加配钢筋。
三、现有基坑设计方法的缺陷和影响因素先以有限元法为例。
（1）目前有限元法是较流行的设计方法，许多研究机构和高校以及软件公司开发了多种基坑支护设计软件，并大多宣称应用各种形式的有限元法，但是有限元法所存在的缺陷并无人告之。笔者曾经对有限元法做过一些研究，对其存在的缺陷略有了解。比如在编制有限元程序时，第一个需要解决的问题就是如何确定土的本构关系，建立力学模型的问题。目前关于土的力学模型很多，较流行的有剑桥模型、修正剑桥模型、邓肯―张模型、KG模型及应力路径模型等，但是无论哪种模型都需要确定土质的参数。以邓肯―张模型为例，它需要确定8个参数，即c、φ、k、n、Rf、E、G、D，要获得这些数据，必须做大量的三轴试验。而试验试样的取得又受到取样、扰动、养护、试验仪器、人员素质等因素的制约，使得其准确度大受影响。上述仅是从基本物理力学参数的获得来看，另外它还要受到诸如土的分层分布，厚薄变化，土的空间各向异性，地下水的埋藏，模型假定条件与实际条件的不同等因素的影响。继而进行的有限元计算，由于其计算方法和计算手段的不同，比如有限元网格划分的形式、疏密等也会对计算结果有较大的影响。当然不能因此而怀疑有限元方法的适用性，它虽然不能准确地计算出支护结构和土体的应力应变，但它对应力应变的趋势预测与实测数据相比基本上是一致的。目前经验估算法在基坑支护设计中实际使用得最多，因此以这种方法设计出现的事故也比较多。这里并不评价哪种设计方法更好，只是想反映一下设计中存在的一些问题。由于许多业主对基坑支护设计的重要性认识不够，不愿意多花钱，因为这些支护结构在地下室建好后，也就失去了其使用价值。为了获得设计权，设计人员只好采取一些省钱而偏于冒险的措施。喷锚支护作为一种省钱和施工迅速的方法，近几年异军突起，使其设计方法、设计理论和施工手段都积累了一定的经验，但还远远称不上完善。每一种支护方法都有局限性，都有一定的适用条件，喷锚支护也不例外。比如它在淤泥、饱和软土及未经降水处理地下水位以下的土层的使用就受到限制
（2）一些发表的实例文章也不是很负责任，刻意夸大喷锚支护的作用，回避实际操作中出现的问题，给人造成喷锚支护万能的假象。使一些设计人员凭借自己的设计经验大胆地闯入禁区，在一些不适宜的土层或地段采用这种方法，结果导致了许多事故和麻烦。给业主造成了经济损失，耽搁了工期，造成了不好的社会影响，也给设计单位的声誉造成了损坏，导致了客户的流失。因此，对于一个重要的基坑设计不能只为经济利益，而不顾后果，盲目冒险。另外，设计人员过多地迁就业主也给基坑支护设计带来了很大的麻烦。对一项工程，设计人员会根据设计意图，提出几种适用的设计方案。当然不同的方案，会由于造价的不同，而需要冒不同程度的风险，业主可以从这几种设计方案中选择认为合理的设计。然而一些业主还不满足于此，一再要求设计人员精简设计，有时甚至不惜提出冒险要求，如果设计人员过分迁就业主的要求，修改设计，把本来就带有风险的基坑支护设计推向更危险的境地。一旦有问题出现，被追究的是设计责任，使设计人员有苦说不出。
四、应对方法及措施。
对于上面提到的几种实际情况，设计人员应该有一套自己的设计策略，应该在充分搜集设计资料的基础上，注意以下问题并做好充分的准备工作（以喷锚支护为例）：
（1）确定基坑开挖深度时，必须明确基坑承台或底板底的实际深度。
（2）对土层指标、超载问题，以及施工动荷载应有充分的考虑。
（3）填土层和砂层的赋存水问题。
（4）周围邻近建筑物的基础情况和管线情况。
（5）是否需要基坑降水，降水对周围环境的影响。
（6）控制基坑外壁到地下室外墙的距离，为砖模留出空间。
（7）考虑基坑的施工组织设计和下步工程的施工组织设计中的堆载、临建和出土路线等。
（8）控制侧向位移措施。
（9）支护应根据各段的具体土层情况分别设计。
（10）喷锚支护中混凝土面层抗冲切问题。
（11）校核抗滑、抗倾、整体稳定性等。
（12）提出基坑监测要求和建议重点检测部位。
（13）制订施工注意事项和抢险措施。上述重点注意第7条，由于一般情况都是先作基坑支护设计，然后才招标施工单位，施工单位再做施工组织设计，而且往往做基坑支护的施工单位与做上部结构的施工单位不是一家。因此在基坑支护做完后，又有新的施工组织设计出台，往往业主会忽略让基坑支护的设计人员对施工组织设计进行审查，特别是对下步施工组织设计的审查。
广州某基坑支护为地下连续墙加预应力锚杆支护，土层从上往下依次是杂填土2m，淤泥0.115m，粉细砂4m，再往下是风化岩。地下水位在-1.0m，砂层水量丰富，并与附近湖泊有水力联系。基坑设计深度为9m，锚杆位置在±0.000以下0.315m处。设计间距2m，设计预应力380kN。当基坑开挖到0.815m深时，北侧连续墙顶的最大位移为25mm，在允许范围内。但是由于该侧砂层较厚，施工单位为了做底板方便，想一次性挖除砂层，结果导致超挖1m，使位移一下增加到40mm，应当说40mm的位移也是可以承受的。但需要增加观测的次数，由每天一次变成每天两次，上下午各一次，连续几天的观测表明，位移还在以每天2mm～3mm的速度发展。经过对比上下午的观测数据发现，连续墙顶的位移在白天没有发展，而在夜间才发展。后经观察发现，该工地在夜间出土，而出土路线正是通过靠近基坑北侧的路。车辆载重在20t左右，而且密度很大。经分析认为，连续墙顶的位移加大一方面与超挖有关，另一方面与出土路线有关，这一点设计人员未能及时了解。由于砂层深厚，而且水量丰富，使得粉细砂在振动荷载的重复作用下有液化的趋势。液化一方面会降低承载力，另一方面又会加大其对挡土墙的侧压力，由此导致连续墙的侧移加大。后经推土反压并加斜撑加固后，位移不再发展，而且还回弹了3mm。对于一种设计方案，应该采取多种计算手段进行验证，因为每种计算方法都有各自的长处，比如有限元法对于应力应变的趋势预测和配筋计算等比较准确，而经验估算法则对确定嵌固深度和预测位移大小较为方便。
结束语
总言之，基坑支护工程是近二十年来随着城市高层建筑发展的一门新的实践工程学，它还有待于理论上的完善，如何取一种在经济技术上都合理的支护类型就必须充分考虑现场环境、工程地质条件以及工程要求。同时在设计时，能够把几种设计方法结合起来，相信设计出来的方案肯定会更加合理。
参考文献：
[1]黄辉.建筑工程基坑支护设计分析[J].民营科技，2012.
[2]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）