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【摘 要】高层建筑和地下空间的利用得到极大发展，深基坑工程数量不断增多，基坑风险问题尤其是黄土地区深基坑问题变得日益重要。本文分析了深基坑风险事故，总结了深基坑支护结构的破坏模式及原因 ，结合黄土地区土质特性，，提出了深基坑风险预防措施及设计预案。
【关键词】黄土；深基坑施工；风险分析；风险控制
针对黄土地区，西安建筑科技大学岩土工程研究所与西安市政设计研究院联合进行的“西安市北三环C09标段异性工作井侧向土压力实验研究”，该课题主要是针对黄土地区沉井支护结构井壁侧向土压力进行了研究，并提出了井壁后土压力公式。金雪莲等人使用数值计算分析了桩墙入土深度和刚度、支撑的位置和刚度、基坑平面尺寸效应、坑周土体抗剪强度等因素对支护桩墙水平位移的影响大小，提出了桩墙插入比、支撑高度的合理范围。对黄土地区深基坑风险研究与控制尤显重要。
1. 深基坑事故及支护结构破坏模式
1.1 风险事故。
随着城市建设发展的需要，基坑的不断变深、变大，近年来工程的事故也频频发生，不少事故导致重大经济损失，建设工期延误、人员伤亡及不良的社会影响。
（1）杭州市地铁湘湖路站基坑于2008—11—15发生塌陷事故，导致钢支撑崩坏、下落，地下连续墙断裂，西侧地面造成大范围陷落，下陷最大深度6m，路面行驶的11辆车陷入此次事故造成基坑内作业人员21人死亡。事故原因是多方面的，早期发现基坑外侧地面有开裂、凹陷现象，高差达10cm左右，长约30m左右，基坑外土体大量向基坑内位移。但此险情，没有引起充分重视，此时基坑挖至最底层，尚未封底，造成的变位越来越大，以致后来产生一系列连锁反应，造成严重事故。
（2）宁波水底隧道北引道基坑采用地下连续墙围护，设2道钢筋混凝土支撑，施工过程中发生48m长的地下墙整体下沉（达2. 5m），倾斜14.4°以上，坑底土体隆起3m，钢筋混凝土支撑被剪断、下落，1人死亡。事故原因主要是勘察有误。重勘后发现场区中粉细砂与粉质黏土互层含有承压水，水头高达20.65m；另外，对原古河道认识不足，未截流。
（3）上海某地铁车站底板埋深16. 27m，设4道钢支撑；端头井底板埋深17.67m及18.15m，设5道钢支撑；风井基坑设4道钢支撑。2003年某日晚，风井基坑已挖好可以架设两根第4道支撑的土方，待次日可以架设第4道支撑，不料发现第3道支撑的部分围檩有变形现象，紧急采取措施对围檩进行加固，但第3道支撑与围檩出现位移明显增大，即刻紧急回填土，撤离人员，最终出现坑内部分支撑、围檩下落，支护体系失稳，基坑坍塌，土体涌入基坑。主要原因是SMW工法围护结构中的H型钢不是成品，由焊接而成，其整体强度均匀性差；事故前3天，发现部分型钢有横向裂缝，贸然采用补焊措施，增加了次应力，降低了钢材强度。
（4）宝鸡某大厦主楼12层，地下一层，采用桩基础，总建筑面积约30000m2。该建筑物基坑深度基坑东西长81.5 m，南北宽47.7 m。基坑东侧 9 m为城市主干道，南侧距建筑物11m，西侧6m处有一 6 层建筑物。由于该基坑距周围建筑物、道路和管线较近，因此对该基坑支护的位移控制应特别注意。由于工程技术人员经验不足，没有考虑上述危险，采用了悬臂桩支护方案。悬臂桩支护是以基坑底面土的被动土压力来平衡边坡的主动土压力和水压力的作用。而被动土压力的提供则需要较大的位移，因此，边坡的位移将会很大，从而导致基坑周围地面、建筑物、道路和管线的开裂和破坏。
1.2 深基坑支护结构的破坏模式。
深基坑工程事故可分为两类：一类是设计、施工、管理及其它原因引起的支护体系的自身破坏；另一类是由于支护体系的自身破坏导致相邻建（构）筑物及市政设施破坏或深基坑土方开挖引起支护体系变形过大以及降低地下水位造成基坑四周地面产生过大沉降和水平位移，导致影响相邻建（构）筑物及市政管线的正常使用甚至破坏。其破坏模式包括：支护结构整体失稳；隆起破坏；管涌破坏；基坑系统失稳；踢脚破坏内倾破坏等。
2. 黄土地区深基坑风险认知
2.1 风险认知深度。
黄土地区深基坑面临的主要风险是没有考虑到黄土的基本特性，也就是黄土浸水后引起强度急剧降低，湿陷性变形迅速增加，导致一般的处理方式不能维持基坑的稳定，导致事故发生。并且基坑周边和基坑范围内的一切都可能构成基坑失稳风险，如基坑范围的工程地质和水文地质条件等。另外，天气因素，如突降暴雨、连续降雨等也可能构成基坑风险。
2.2 风险防范周期。
与普通深基坑一样，黄土地区的深基坑工程的风险防范也应从支护设计规划阶段，到工程施工的全过程。前期设计规划阶段造成的风险是系统性的，其风险更高、危害更大。后期的施工阶段在按设计施工的同时，还要根据现场的实际情况检验或更改设计，以求满足基坑稳定性要求。
2.3 风险防范的层次性。
黄土地区深基坑的风险表现为一定的层次性，初步设计阶段注意防范系统性风险，施工图阶段注意防范个性风险。针对风险防范，每个阶段均要有重点、有主次。初步设计阶段应注意基坑所在地区的土质和水质情况，根据深基坑的规模设计安全可靠的支护方式，分层分段控制土方开挖，制定严密的监控量测方案，确保基坑安全。施工图阶段要针对特殊情况，做专项施工方案，以指导施工顺利进行。
3. 设计过程风险分析与控制
3.1 湿陷性黄土对深基坑的影响。
众所周知黄土最主要的特性是其具有湿陷性。湿陷性黄土大多处于坚硬或硬塑状态，承载力比较高，中等或偏低压缩性。受地区气候条件影响，黄土的天然含水量一般都比较低，湿陷性黄土的天然含水量一般在 3.3%～25.3%之间，饱和度在 15%～77%之间变化，通常为 40%～50%，处于稍湿状态。黄土湿陷性的大小与其天然含水量直接相关，含水量愈低，则湿陷性愈大，而随着黄土含水量的增加，湿陷性则逐渐减弱。 湿陷性黄土的液限和塑限分别在 20%～35%和 14%～21%之间变化，塑性指数为3.3～17.5，大部分在 9～12 左右，液性指数大约为0。液限是反映黄土力学特性的一个重要指标，当液限在 30%以上时湿陷性较弱，且多为非自重湿陷性的。当黄土的天然含水量小于塑限时，含水量变化对抗剪强度的影响最大；当黄土的天然含水量大于塑限时，抗剪强度略有减小。这一特点是黄土所特有的，也是黄土浸水后引起强度急剧降低，湿陷性变形迅速增加的主要原因。黄土地区深基坑的加固处理要充分考虑黄土这一特性。
3.2 其他原因对深基坑的影响。
（1）工程地质和水文地质。工程地质和水文地质是基坑支护方式选择的重要因素。地下水是基坑安全的重大隐患，设计中要采取有针对性的止水或排水方案，提前排除地下水带来的工程风险。
（2）影响基坑的管线处理。管线的种类和管径大小对基坑有不同的影响。基坑开挖前，要求对所有影响基坑的管线进行合理的迁改，不能迁改的要采取悬吊等工程措施，管线迁改应结合施工步骤合理安排，同一管线应尽量避免重复迁改。基坑的安全等级要依据迁改后的管线及周边建筑与基坑的平面位置关系合理确定，保证基坑和周边管线建筑的安全。
（3）影响基坑的建 （构）筑物。其对影响基坑的建筑物依据其体量、用途、造价在避让与拆除之间做出合理取舍。对不能拆除而又对基坑有影响的建筑物，要评估其对基坑的影响及基坑施工对它的影响，采取坑外隔离、围护加强分段施工等工程措施，保证基坑和建筑物的安全。
3.3 基坑支护设计。
在黄土地区深基坑支护设计必须要考虑黄土的湿陷性，其面临的风险主要有围护桩（墙） 强度不足、支撑（拉锚）强度或刚度不足、围护结构入土深度不足等。以上问题均会造成基坑失稳坍塌，带来极大的危害。基坑支护系统设置目的是安全顺利地完成基坑开挖，不论是采用内支撑还是采用锚索，围护桩（墙）及支撑均要满足强度、刚度、稳定性的要求。支护体系还要满足基坑抗倾覆、抗隆起及整体稳定的要求。
（1）首先要勘探基坑地质和水文情况，分析黄土的湿陷性程度。
（2）根据基坑深度和周边环境确定基坑安全等级，在此基础上确定基坑应采取的支护方式。
（3）合理的支护设计要能适应地层特点，围护桩（墙）正负弯矩要均衡协调，支撑位置合理，减少换撑工序。整体支护体系应为超静定的稳定体系，在丧失部分约束后能够维持基坑支护的整体稳定。
（4）基坑设计尤其要对地下水有合理对策。地下水对基坑带来的危害居各类因素之首，具体表现在桩（墙）间漏水漏砂，或淤泥突入基坑，造 成桩（墙）背后掏空，基坑失稳，设计中应结合降水或堵水采取相应的措施，措施不当，可造成基坑坍塌，周边管线及建筑损坏，此类事故不胜枚举。
（5）针对地下水影响，采取的措施有堵与排。 要依据基坑的地质条件，当排水会引起地层很大的沉降，对周边建筑带来很大影响或水位太高不利于降水时，要采取堵水的措施，将基坑与周边范围进行隔离，只需要抽排基坑内的水。如果抽排地下水，引起的地层沉降不大，不会影响周边建筑的安全，则采取坑内外降水的方案。无论采用哪种方法，均要使基坑内的地下水位降低到设计坑底1m 以下，保证施工时基坑处于无水状态。
4. 结语
黄土地区深基坑工程，因其复杂的周边环境条件及自身的特性使工程的安全形势不容乐观。因此黄土地区基坑工程的管理应从对黄土的湿陷性特性的认知开始，实施风险管理，充分理解和认识基坑工程的风险特点，采取多层次风险控制措施，做合理的支护设计，将基坑工程的风险降至最低。
参考文献
[1] 王曙光.深基坑支护事故处理经验录[M] .北京：机械工业出版社，2005.
[2] 赵锡宏，李蓓，杨国祥等.大型超深基坑工程实践与理论 [M].北京：人民交通出版社，2005.
[3] 金雪莲，樊有维，李春忠等.带撑式基坑支护结构变形影响因素分析[J].岩石力学与工程学报，2001，（07）.
[4] 刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.
[5] 黄宏伟，边亦海.深基坑工程施工中的风险管理[J].地下空间与工程学报，2005，1（4）： 611～614.
[6] 上海市土木工程学会.地下及隧道工程事故和风险控制技术[M].北京， 2009.
【关键词】黄土；深基坑施工；风险分析；风险控制
针对黄土地区，西安建筑科技大学岩土工程研究所与西安市政设计研究院联合进行的“西安市北三环C09标段异性工作井侧向土压力实验研究”，该课题主要是针对黄土地区沉井支护结构井壁侧向土压力进行了研究，并提出了井壁后土压力公式。金雪莲等人使用数值计算分析了桩墙入土深度和刚度、支撑的位置和刚度、基坑平面尺寸效应、坑周土体抗剪强度等因素对支护桩墙水平位移的影响大小，提出了桩墙插入比、支撑高度的合理范围。对黄土地区深基坑风险研究与控制尤显重要。
1. 深基坑事故及支护结构破坏模式
1.1 风险事故。
随着城市建设发展的需要，基坑的不断变深、变大，近年来工程的事故也频频发生，不少事故导致重大经济损失，建设工期延误、人员伤亡及不良的社会影响。
（1）杭州市地铁湘湖路站基坑于2008—11—15发生塌陷事故，导致钢支撑崩坏、下落，地下连续墙断裂，西侧地面造成大范围陷落，下陷最大深度6m，路面行驶的11辆车陷入此次事故造成基坑内作业人员21人死亡。事故原因是多方面的，早期发现基坑外侧地面有开裂、凹陷现象，高差达10cm左右，长约30m左右，基坑外土体大量向基坑内位移。但此险情，没有引起充分重视，此时基坑挖至最底层，尚未封底，造成的变位越来越大，以致后来产生一系列连锁反应，造成严重事故。
（2）宁波水底隧道北引道基坑采用地下连续墙围护，设2道钢筋混凝土支撑，施工过程中发生48m长的地下墙整体下沉（达2. 5m），倾斜14.4°以上，坑底土体隆起3m，钢筋混凝土支撑被剪断、下落，1人死亡。事故原因主要是勘察有误。重勘后发现场区中粉细砂与粉质黏土互层含有承压水，水头高达20.65m；另外，对原古河道认识不足，未截流。
（3）上海某地铁车站底板埋深16. 27m，设4道钢支撑；端头井底板埋深17.67m及18.15m，设5道钢支撑；风井基坑设4道钢支撑。2003年某日晚，风井基坑已挖好可以架设两根第4道支撑的土方，待次日可以架设第4道支撑，不料发现第3道支撑的部分围檩有变形现象，紧急采取措施对围檩进行加固，但第3道支撑与围檩出现位移明显增大，即刻紧急回填土，撤离人员，最终出现坑内部分支撑、围檩下落，支护体系失稳，基坑坍塌，土体涌入基坑。主要原因是SMW工法围护结构中的H型钢不是成品，由焊接而成，其整体强度均匀性差；事故前3天，发现部分型钢有横向裂缝，贸然采用补焊措施，增加了次应力，降低了钢材强度。
（4）宝鸡某大厦主楼12层，地下一层，采用桩基础，总建筑面积约30000m2。该建筑物基坑深度基坑东西长81.5 m，南北宽47.7 m。基坑东侧 9 m为城市主干道，南侧距建筑物11m，西侧6m处有一 6 层建筑物。由于该基坑距周围建筑物、道路和管线较近，因此对该基坑支护的位移控制应特别注意。由于工程技术人员经验不足，没有考虑上述危险，采用了悬臂桩支护方案。悬臂桩支护是以基坑底面土的被动土压力来平衡边坡的主动土压力和水压力的作用。而被动土压力的提供则需要较大的位移，因此，边坡的位移将会很大，从而导致基坑周围地面、建筑物、道路和管线的开裂和破坏。
1.2 深基坑支护结构的破坏模式。
深基坑工程事故可分为两类：一类是设计、施工、管理及其它原因引起的支护体系的自身破坏；另一类是由于支护体系的自身破坏导致相邻建（构）筑物及市政设施破坏或深基坑土方开挖引起支护体系变形过大以及降低地下水位造成基坑四周地面产生过大沉降和水平位移，导致影响相邻建（构）筑物及市政管线的正常使用甚至破坏。其破坏模式包括：支护结构整体失稳；隆起破坏；管涌破坏；基坑系统失稳；踢脚破坏内倾破坏等。
2. 黄土地区深基坑风险认知
2.1 风险认知深度。
黄土地区深基坑面临的主要风险是没有考虑到黄土的基本特性，也就是黄土浸水后引起强度急剧降低，湿陷性变形迅速增加，导致一般的处理方式不能维持基坑的稳定，导致事故发生。并且基坑周边和基坑范围内的一切都可能构成基坑失稳风险，如基坑范围的工程地质和水文地质条件等。另外，天气因素，如突降暴雨、连续降雨等也可能构成基坑风险。
2.2 风险防范周期。
与普通深基坑一样，黄土地区的深基坑工程的风险防范也应从支护设计规划阶段，到工程施工的全过程。前期设计规划阶段造成的风险是系统性的，其风险更高、危害更大。后期的施工阶段在按设计施工的同时，还要根据现场的实际情况检验或更改设计，以求满足基坑稳定性要求。
2.3 风险防范的层次性。
黄土地区深基坑的风险表现为一定的层次性，初步设计阶段注意防范系统性风险，施工图阶段注意防范个性风险。针对风险防范，每个阶段均要有重点、有主次。初步设计阶段应注意基坑所在地区的土质和水质情况，根据深基坑的规模设计安全可靠的支护方式，分层分段控制土方开挖，制定严密的监控量测方案，确保基坑安全。施工图阶段要针对特殊情况，做专项施工方案，以指导施工顺利进行。
3. 设计过程风险分析与控制
3.1 湿陷性黄土对深基坑的影响。
众所周知黄土最主要的特性是其具有湿陷性。湿陷性黄土大多处于坚硬或硬塑状态，承载力比较高，中等或偏低压缩性。受地区气候条件影响，黄土的天然含水量一般都比较低，湿陷性黄土的天然含水量一般在 3.3%～25.3%之间，饱和度在 15%～77%之间变化，通常为 40%～50%，处于稍湿状态。黄土湿陷性的大小与其天然含水量直接相关，含水量愈低，则湿陷性愈大，而随着黄土含水量的增加，湿陷性则逐渐减弱。 湿陷性黄土的液限和塑限分别在 20%～35%和 14%～21%之间变化，塑性指数为3.3～17.5，大部分在 9～12 左右，液性指数大约为0。液限是反映黄土力学特性的一个重要指标，当液限在 30%以上时湿陷性较弱，且多为非自重湿陷性的。当黄土的天然含水量小于塑限时，含水量变化对抗剪强度的影响最大；当黄土的天然含水量大于塑限时，抗剪强度略有减小。这一特点是黄土所特有的，也是黄土浸水后引起强度急剧降低，湿陷性变形迅速增加的主要原因。黄土地区深基坑的加固处理要充分考虑黄土这一特性。
3.2 其他原因对深基坑的影响。
（1）工程地质和水文地质。工程地质和水文地质是基坑支护方式选择的重要因素。地下水是基坑安全的重大隐患，设计中要采取有针对性的止水或排水方案，提前排除地下水带来的工程风险。
（2）影响基坑的管线处理。管线的种类和管径大小对基坑有不同的影响。基坑开挖前，要求对所有影响基坑的管线进行合理的迁改，不能迁改的要采取悬吊等工程措施，管线迁改应结合施工步骤合理安排，同一管线应尽量避免重复迁改。基坑的安全等级要依据迁改后的管线及周边建筑与基坑的平面位置关系合理确定，保证基坑和周边管线建筑的安全。
（3）影响基坑的建 （构）筑物。其对影响基坑的建筑物依据其体量、用途、造价在避让与拆除之间做出合理取舍。对不能拆除而又对基坑有影响的建筑物，要评估其对基坑的影响及基坑施工对它的影响，采取坑外隔离、围护加强分段施工等工程措施，保证基坑和建筑物的安全。
3.3 基坑支护设计。
在黄土地区深基坑支护设计必须要考虑黄土的湿陷性，其面临的风险主要有围护桩（墙） 强度不足、支撑（拉锚）强度或刚度不足、围护结构入土深度不足等。以上问题均会造成基坑失稳坍塌，带来极大的危害。基坑支护系统设置目的是安全顺利地完成基坑开挖，不论是采用内支撑还是采用锚索，围护桩（墙）及支撑均要满足强度、刚度、稳定性的要求。支护体系还要满足基坑抗倾覆、抗隆起及整体稳定的要求。
（1）首先要勘探基坑地质和水文情况，分析黄土的湿陷性程度。
（2）根据基坑深度和周边环境确定基坑安全等级，在此基础上确定基坑应采取的支护方式。
（3）合理的支护设计要能适应地层特点，围护桩（墙）正负弯矩要均衡协调，支撑位置合理，减少换撑工序。整体支护体系应为超静定的稳定体系，在丧失部分约束后能够维持基坑支护的整体稳定。
（4）基坑设计尤其要对地下水有合理对策。地下水对基坑带来的危害居各类因素之首，具体表现在桩（墙）间漏水漏砂，或淤泥突入基坑，造 成桩（墙）背后掏空，基坑失稳，设计中应结合降水或堵水采取相应的措施，措施不当，可造成基坑坍塌，周边管线及建筑损坏，此类事故不胜枚举。
（5）针对地下水影响，采取的措施有堵与排。 要依据基坑的地质条件，当排水会引起地层很大的沉降，对周边建筑带来很大影响或水位太高不利于降水时，要采取堵水的措施，将基坑与周边范围进行隔离，只需要抽排基坑内的水。如果抽排地下水，引起的地层沉降不大，不会影响周边建筑的安全，则采取坑内外降水的方案。无论采用哪种方法，均要使基坑内的地下水位降低到设计坑底1m 以下，保证施工时基坑处于无水状态。
4. 结语
黄土地区深基坑工程，因其复杂的周边环境条件及自身的特性使工程的安全形势不容乐观。因此黄土地区基坑工程的管理应从对黄土的湿陷性特性的认知开始，实施风险管理，充分理解和认识基坑工程的风险特点，采取多层次风险控制措施，做合理的支护设计，将基坑工程的风险降至最低。
参考文献
[1] 王曙光.深基坑支护事故处理经验录[M] .北京：机械工业出版社，2005.
[2] 赵锡宏，李蓓，杨国祥等.大型超深基坑工程实践与理论 [M].北京：人民交通出版社，2005.
[3] 金雪莲，樊有维，李春忠等.带撑式基坑支护结构变形影响因素分析[J].岩石力学与工程学报，2001，（07）.
[4] 刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.
[5] 黄宏伟，边亦海.深基坑工程施工中的风险管理[J].地下空间与工程学报，2005，1（4）： 611～614.
[6] 上海市土木工程学会.地下及隧道工程事故和风险控制技术[M].北京， 2009.