【摘要】本文以深基坑開挖應力釋放原理為依據，工程實踐體會，綜合有關資料，淺析深基坑土方開挖的負效應，及隨之可能出現的一些風險，并提供這類風險預防措施，供深基坑監理實踐參考。主要內容：基坑的風險常出現在土方開挖過程；土方開挖與環境保護；土方開挖與信息化施工。
　　【關鍵詞】深基坑；土方開挖；信息化施工
　　土方開挖是深基坑工程分項工程之一，其運作如何，直接影響著深基坑周邊的環境。開挖是一個應力釋放過程，開挖卸載使原來處于靜態的土體失去平衡，發生應力狀態變化，產生釋放變形，坑壁內凸，坑底隆起，坑周地面沉降。從而引起鄰近建（構）筑物、道路、地直管網等下沉、開裂、位移或傾斜等各種風險。
　　1.基坑的風險常出現在土方開挖過程
　　1.1 土方開挖過程是土壓力得以發揮的過程。土方開挖，土體位移，支護受力，樁（墻）發生到一定位移時，主被動土壓力不可能發生，只有樁（墻）發生到一定位移時，才可能產生主被動土壓力。對各種土發生的主被動土壓力要求發生的位移是不同的，以硬粘土為例，挖深為10m的基坑，發生主動土壓力的位移為0.02H（H為開挖深度），即20cm，這樣的位移遠遠超過土體的承受能力，必然在地面出現裂縫。當然監控的標準會限制這樣的打變形發生。但是有一點可以肯定，要產生主被動土壓力，土體必然發生位移，此種位移僅是大小，或有害與否和能否預防的問題，開挖卸載，地面出現裂縫具有一定的必然性。
　　1.2 土方開挖使水動力條件發生了人為的變化。在存在地下水的深基坑，土方開挖，特別是降水開挖，是逐漸增加動力水頭的過程。當動力水頭大于坑底涂層的浮重度，對砂性土，就可能出現管涌、流砂。如果坑底是隔水層，其下存在承壓水頭，隨著挖深的增大，隔水地板逐漸減薄，當薄到不能抵抗承壓水頭時，便可能出現突涌，給施工帶來很大的困難。更重要的是管涌、流砂和突涌的發生，將可能在基坑周邊地面出現隨機塌陷，在建（構）筑物附近或基礎下形成大小，深度不同的坍塌陷坑，嚴重影響人居環境。
　　1.3 土方開挖形成基坑的時空效應。開挖卸載，使基坑土體形成釋放應力空間，坑壁失支δ3（=λγh），則土體發生向坑內的凸脹變形，這種變形隨著開挖深度增加而增大，檔土方開挖至坑底時，底部δ1（=γh）消失，坑底將發生隆起和回彈。對于流塑性淤泥坑底往往發生塑性流動。有一個這樣基坑，白天下挖1m，過了一夜，第二天清晨上漲了2m；另有一工程因此不得不把兩層地下室改成一層地下室；還有一污水池，因此不得不放棄而另選污水地址。側壁凸脹，基坑隆起，周邊地面必然發生沉降模型試驗和經驗表明；地面一側沉降的面積為側面凸脹面積與1/2坑底隆起面積之和。也就是說側壁凸脹和坑底隆起愈大，地面沉降范圍與沉降深度愈大，產生風險愈多。
　　
　　1.4 土方開挖過程是支護結果漸近受力過程。只有土方開挖了，土壓力才能發生，各種支護結構才受力，此時是對支護結構體系的強度、剛度和穩定性檢驗的時刻。基坑失穩，首先是支護結構的破壞，或是支撐強度、剛度不夠或是支護樁位移過大，或是支撐的節點剪破壞等，土方開挖的完成是支護體系受力最不利的臨界狀態。此時稍有不慎，如開挖超深、先挖后撐，撞擊支撐結構等，都可能使基坑支護失效，以致整個基坑失穩。
　　1.5 土方開挖不慎，可以中斷監測信息，貽誤信息化施工。土方開挖過程，破壞檢測探頭，折斷檢測電纜，移動固定控制點等，是常有的事。有的檢測單位說：一個工程檢測下來，至少有30%~50%檢測點被破壞。有時甚至使各種檢測信息中斷或得出錯誤的結論。無法判斷變形的規律或風險的出現點，必然導致土方開挖的盲目性。
　　2.土方開挖與環境保護
　　上述可知，開挖就要產生變形，變形超限，就可能造成風險。如何控制有害的變形，避免風險，應從兩方面著手：一是控制土方作業，二是做好環境保護。
　　2.1土方作業的控制：控制有序的應力釋放，減少釋放變形。①嚴禁一挖到底，必須先撐后挖，分層開挖；②盡量縮短基坑底的暴露時間；③基坑挖到底時，盡快澆注墊層，一是抑制坑底回彈與隆起，二是起到底部一道橫向支撐作用，三是防止雨水的浸泡造成坑底土體松弛，強度降低；④機械挖土至坑底200-300mm土層應用人工挖除，防止機械擾動影響地基土承載力。
　　確保支撐系統有效的抑制釋放變形：①對于每一個開挖工況，支撐要及時，在小的釋放變形條件下，就能很快的使應力補償上去。鋼筋混凝土支撐完成周期，不宜超過一晝夜；②為保證支撐起到正常的受力狀態，不允許有任何的損傷，除有特殊設計外，挖土機不能在支撐上行走，嚴禁挖土機碰撞圍護樁（墻）、支撐和立柱。
　　2.2土方開挖環境的保護措施的要點：不要在基坑周邊從事超附加荷載（20Kpa）等的工程活動，如：臨時建筑材料的堆放；重車作業；施工工棚的搭設等。如果特殊需要，應增加附加荷載q調整支護設計；防止工程活動或工程措施相互影響。①進入土方開挖期的基坑，不準許最少1.5倍樁長范圍內打入樁施工。打入樁的擠土效應，擠偏支護樁是一種常見的現象。②不允許工程樁與圍護樁同時施工，二者施工間歇，在有孔隙水壓力檢測時，控制在圖的固結度大于80%，在無孔隙水壓力監測時，砂質粉土不少于20天，淤泥質土布少于30天；③當采用爆破拆除鋼筋混凝土支撐時，應將水平支撐于圈梁預先斷開，避免爆破沖擊波通過圈梁與圍護樁直接傳至坑外；④在需要對鄰近建（構）筑物或地下管線進行攪拌樁加固時，應嚴格控制水灰比，噴漿鉆頭的提升速度，以防擠壞的建（構）筑物或地下管線的偏移；⑤在有需要降水的基坑，不宜在圍護樁（墻）外測布井點，在滲透性大的土層，降水半徑很大，小者30-50m，大者可近上百米，由此帶來的附加沉降，可至周邊建筑物的傾斜或管網的位移。對此必要時可以采用回灌，隔水等保護措施，但回灌井與抽水井不可太近，否則形成小循環，達不到回灌的目的；⑥對于因開挖拉裂的水管，應及時采取措施封堵或遷移，不要造成滲漏影響邊坡穩定，邊坡失穩，又進一步使水管拉裂，形成“交叉感染”。嚴格控制施工用水和生產用水無序流淌，天溝排水。坡腳水溝排水一要保證通暢，二要防止滲漏。
　　不斷總結施工過程發生的變形的原因與特征，指導下部施工。利用支護樁或工程樁的施工可以了解基坑的土層結構，土層性質，地下水特征。可以說每一根樁就是一個大鉆探孔，而且其孔位的距離遠比鉆孔的密度大，很多情況1m就設1個孔，通過作業，由孔壁穩定性即可推測基坑壁的穩定性，也可預先了解到土方開挖對環境的影響。有一個基坑，挖11m左右，在支護樁施工時，就發現在7m深度處有障礙，灌注樁難打，止水的深攪樁難下，改用旋噴樁后仍有困難。該處是N＞15的粉砂層。施工單位估計土方開挖在開挖到此處時可能出現問題。果然，檔土方挖到此處發，檔土方挖到此處發生了流砂。
　　2.3通常采用環境保護措施，為防止坑壁側向凸脹變形：①限制坑周堆載；②增加水平支撐或斜撐；③重車行車邊鋪設鋼板或適應加固；④塔吊基礎作專用設計，不可用支護樁作基礎；⑤嚴格控制挖土程序；⑥被動壓土體加固；⑦坑外卸土等。
　　為防止坑底隆起：①坑底壓密注漿；②水泥土攪拌樁加固坑底土；③為防止“踢腳”加聚隆起，坑底橫向拉槽，設置橫向支撐；④抓緊作墊層和底板施工等。
　　防止流土、流砂、地面開裂或塌陷；①封閉樁間土（噴網、砌磚等）；②控制樁間距，及確保樁身的施工質量（不斷樁，不縮頸等）；③止水樁長度當有足夠的繞流長度，確保動力水頭小于坑底土層的浮重度；④在滲漏點附近采用高壓旋噴截水；⑤結合施工場地布置，可以作硬地坪施工等。
　　
　　3.土方開挖要點與信息化施工
　　現在施工企業，踢腳的施工方案日趨完善，全面到相當于“建筑施工”一本書，從工程概況，抑制寫到冬期施工，……。不管有沒有冬期施工，作為全面性，照樣要寫。土方開挖方案應該具有“針對性”、“可操作性”。其要點是：
　　3.1土方開挖方案突出時空效應：土方開挖要考慮支護體系的穩定性與變形的特點。為此：①充分掌握原始資料，這是信息化施工基準條件，也就判據，要了解工程地質水文地址條件，基坑開挖深度、寬度、支護體系的結構形成和周邊的建（構）筑物環境；②對可能出現的風險要進行定性和定量的分析，定性就是工程類比法，定量就是必要的驗算，對可能出現的工況進行邊坡和支護結構、強度、變形和穩定性驗算。首先應對土方開挖每步的開挖的空間尺寸、開挖順序，每步開挖暴露的時間，坑底土體松動情況，坑底隆起狀況應有深入了解。
　　重視開挖的時空效應形成環節：①開挖的分段、分層、分塊開挖時，注意到對稱、均衡以及限時；②分段時要考慮未形成整體框架前的局部平衡；③適當調整開挖參數等。
　　3.2信息化施工：目前信息化施工主要問題，信息與施工脫節，一是監測不能提供確切、全面的數據，二是施工單位不會、不能利用監測數據。要做好信息化施工，需要明確幾點：明確監測目的，建立能全面反應動態的監測點。不同基坑，有不同的土方開挖方法與程序，其對環境影響是不同的，故監測點的布置應考慮到開挖方案，常規監測內容與布點，各類規范都有規定可以照辦。
　　施工單位要把監測數據作的施工行為的依據。如果把施工方案作為一輛行駛載重車，監測的信息就是方向盤，離開方向盤載重車就會開偏了，同理方向盤轉錯了，載重車也全開偏，這就是信息化施工的簡單道理。例如：地鐵深基坑挖土采用盆式拉槽開挖，槽寬8m，每層挖深1.5m，槽段長10m，在此作業過程，觀察在此段范圍內監測點位移監測值，如果監測正常無變化，可進行下一臺階開挖，如果監測值變化較大，就要調整每層挖深，槽寬就是每步開挖都在監控下進行，這才謂之“信息化施工”。