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【摘 要】 文章通过对济南市地质特征的分析，结合深基坑支护结构型式及截、降、排水及回灌要求，总结了济南市深基坑支护结构选型应用以及地下水控制措施。
【关键词】 济南地区；深基坑；支护型式及应用
济南市地处鲁中山地的北缘，南依泰山，北临黄河；地形南高北低，平面分布具有明显的东西向带状分布特征；南部为绵延起伏的山区，山势陡峭，深沟峡谷，绝对标高500至600米；中部为山前倾斜平原，绝对标高一般为30至50米；北部为冲积平原。市区地下潜水水位常年较高。因此，总结济南市典型的地层分布及特征，对深基坑工程支护型式及应用具有重要意义。
一、济南市环境地质特征
1.地形地貌
①冲积平原：分布在市区的北部黄河两岸，微地貌变化受黄河、小清河控制。
②冲积—洪积平原：分布于山前地带，地势为南东高、北面低，坡度一般5°至10°。
③残丘、丘陵：在市区的中南部，是山区向平原的过渡带，标高在300米以下，切割深度在50米左右，属于剥蚀堆积区。
④低山：分布在市区的南部边缘，标高600至800米，流水作用强烈，沟谷型V型。
⑤岩溶地貌：在低山、残丘丘陵区，广泛分布着碳酸盐岩，形成一系列岩溶地貌；分布在兴隆山、千佛山、官山撅、白云山等地，灰岩顺层缓坡可见溶沟、溶槽地形，灰岩陡坡不同高程分布有溶洞。
2.岩土结构类型
①土体单元结构类型：自然地坪下20米内均有第四系松散沉积物组成，主要分布在市区北部。
②岩土体双元结构：自然地坪下20米以内，上部为第四系松散层，下部为岩体组成，主要分布在山前冲积平原及山間河谷地带，岩性以粉质粘土、粘土、碎石土、砂（卵）砾石层为主。
③岩体单元结构：由裸露岩组成，主要分布在南部低山丘陵区，市区及东部零星出露，地形高差起伏较大。
3.地下水特点
济南地区可划分为四大含水岩组：①松散岩类孔隙水含水岩组；②碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组；③碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组；④侵入岩风化裂隙含水岩组。其富水性因岩性及所处的地貌部位不同差别很大；主要影响济南市深基坑工程的含水层为松散岩类孔隙水含水岩组和岩溶裂隙含水岩组和侵入岩风化裂隙含水岩组。
4.气象、水文特征
①气象：济南市地处中纬度内陆地带，属暖温带大陆性气侯；多年平均降水量为647mm。在6—9月份集中降水，12月至翌年3月较小；年最大降水量1194.50mm（1962年），最小340mm（1989年）。本区降水量在空间上分配也有差异，南部山区多年平均降水量大于北部山前平原。
②水文：市区内河流主要有黄河、玉符河、北沙河、巨野河、港沟河、小清河等，湖主要有大明湖，这些河湖很大程度上影响着济南的地下水的变化，也是深基坑工程必须考虑的内容之一。
5.济南市深基坑地层分区
结合济南市环境地质条件，从深基坑工程的特点和应用出发，将影响深基坑工程设计与施工的地层结构划分为硬质土区、中硬土区和软弱土区三个典型地层分区。
①硬质土区：分布范围主要指自八一立交桥往东沿经十路两侧的部分区域，以及其他区域以硬质土为主的深基坑工程；其中，影响深基坑设计方法和结构选型地层主要是碎石土和岩石。
②中硬土区：主要指济南市区硬质土区和软弱土区之间呈东西向带状分布的可塑—硬塑的粘土、黄土地层。
③软弱土区：所涉及范围指大明湖周边的素填土、流塑—软塑的粘性土、薄层淤泥或淤泥质土等地层；北园路两侧及其北黄河、小清河冲积平原的流塑—软塑的粘性土、稍密状态的粘土等地层，以及玉符河冲积扇下部段店铁路桥周边地区的软塑粘性土地层。
二、深基坑支护结构型式及截、降、排水及回灌要求
1.深基坑支护结构型式及其适用条件
目前深基坑支护结构类型有：支挡式结构、土钉墙、重力式水泥土墙、放坡等。支挡式结构又可分为锚拉式结构、支撑式结构、悬臂式结构、双排桩、支护结构与主体结构结合的逆作法等。
土钉墙又分为单一土钉墙、预应力锚杆复合土钉墙、水泥土桩复合土钉墙、微型复合土钉墙。
以上各种支护形式可采用上、下部不同结构类型组合的形式，也可在基坑不同部位的周边环境条件、土层性状、基坑深度等不同时，在不同部位分别采用不同的支护形式。
各种支护类型适用于不同的环境条件：排桩适用于可采用降水或截水帷幕的基坑。地下连续墙宜同时用作主体地下结构外墙，可同时用于截水。锚杆不宜用在软土层和高水位的碎石土、砂土层中。
当邻近基坑有建筑物地下室、地下构筑物等，锚杆的有效锚固长度不足时，不应采用锚杆。当锚杆施工会造成基坑周边建（构）筑物损害或违反城市地下空间规划等规定时，不应采用锚杆。
当基坑潜在滑动面内有建筑物、重要地下管线时，不宜采用土钉墙。
对于淤泥质土、淤泥基坑且基坑深度不大于7米时，可采用重力式水泥土墙。
对于施工现场满足放坡条件，可以采用放坡或放坡与其他支护结构相结合的形式。
2.地下水控制
为了深基坑基础施工顺利及减小对周边环境的影响，在地下水位高于基底的情况下，采取截水、降水、排水及回灌等方法进行地下水控制。
①截水：基坑截水应根据工程地质条件、水文地质条件，选用水泥搅拌桩帷幕、高压旋喷或摆喷注浆帷幕、地下连续墙或咬合式排桩。
②降水：基坑降水可采用管井、真空井点、喷射井点等方法；管井适用于渗透系数为0.1—200m/d的粉土、砂土、碎石土；真空井点适用于渗透系数为0.005—20.0m/d的黏性土、粉土、砂土；喷射井点适用于渗透系数为0.005—20.0m/d的黏性土、粉土、砂土。降水后基坑内的水位应低于坑底0.5米。 ③排水：对坑底汇水、基坑周边地表汇水及降水井抽出的地下水，可采用明沟排水；对坑底渗出的地下水，可采用盲沟排水；当地下室底板与支护结构间不能设置明沟时，也可以采用盲沟排水。
④回灌：是将基坑降水抽出的地下水再回排到基坑周边外围的地下，以补充因基坑降水造成的其周边地下水的减少，保证基坑周边外围地下水位的稳定，减小对周围环境的影响，以免造成周边建（构）筑物、地下管线等的下沉，对城市内的建设具有重要意义。
三、济南市深基坑支护结构选型应用
1.硬质土区深基坑支护结构选型应用
济南市硬质土区，一般上覆有厚薄不一的第四系土层，保证其在下部岩石爆破开挖过程中的安全稳定是硬质土区深基坑工程支护设计过程中主要解决的问题。
由于硬质土层属于土岩双元结构，下部岩石开挖过程中，一般需要爆破施工，基坑开挖后作用在支护结构上的土压力主要来自基坑上部的填土或原状土的压力，而下部基岩对支护结构的侧压力很小，故支护结构的类型主要以上部加强锚固为主，下部以防护为主，并且要在岩质或碎石边坡上设置一定数量的泄水管，以防支护结构后产生过大的静水压力。
2.中硬土区深基坑支护结构选型应用
济南市深基坑工程所涉及的中硬土区范围指济南市硬质土区和软弱土区之间的呈东西向带状分布的可塑—硬塑的粘性土、黄土地层。
可塑—硬塑状态的粘性土和黄土，力学性质好，孔隙比小，含水量低，渗透系数小，基坑降水后形成的水力坡度小；基坑开挖和降水对周边环境产生的影响下。
支护结构的选型应用要考虑以下因素：
①从总体上考虑，必须从基坑各部位的具体情况出发，根据基坑周边场地条件和地质条件按近似或不同的情况，采用统一或多种挡土支护结构类型。
②从场地条件考虑，如坑周场地较为开阔，则可采用上段放坡开挖，下段采用悬臂桩或桩锚挡土支护结构；如坑周场地较为狭窄，并且邻近又有重要建筑物需要保护时，则可采用桩锚支护方案。
③从基坑开挖深度与范围考虑，开挖深度不大时，可采用悬臂式挡土支护结构、土钉墙或喷锚支护等结构；开挖深度较大时，可视情况采用挡土桩加单层锚杆或多层锚杆型式。
④从土层地质考虑，土质较好的情况，可采用土钉或喷锚支护结构；土质较差的情况则可采用桩锚结构等型式。
⑤从场地地下水位考虑，如地下水位较低时，可采用土钉或喷锚支护结构及稀疏桩排挡土支护结构；如地下水位较高时，可采用支护桩加水泥土桩（旋喷桩、深层搅拌桩）等。
2.软弱土区深基坑支护结构选型应用
软土具有强度低，压缩性大，透水性小，受荷变形大，加之蠕变及应力松弛等特性，以及容易出现坑底隆起、管涌等现象；另外，在市内建筑物密集地区开挖深基坑，周围土体变形是不容忽视的问题。因此，在深基坑开挖中稍有疏忽，必然会导致邻近建筑物及地下管线的损坏等事故发生，鉴于以上原因，在确定软弱土地基挡土结构应考虑以下因素：
①应根据基坑周边场地条件和地质条件接近或不同情况，采用统一或多种挡土支护结构类型。
②从场地条件考虑，如坑周场地较为开阔，则可采用上段放坡开挖，下段采用深层搅拌水泥土桩墙或高压旋喷桩墙等；如基坑周围施工宽度狭小并且邻近建筑物需要保护时，则必须按照被保护建筑物的重要性与安全等级标准，采用能够相应控制地面位移与沉降的挡土支护结构类型。
③从基坑开挖深度与范围考虑，开挖深度较小时，可采用悬臂式挡土支护结构；开挖深度较大时，可视情况采用单支点或多支点挡土支护结构；开挖范围较小时，可采用內支撑型支点；开挖范围较大时，可采用单层或多层锚杆。
④从土层地质条件考虑，土质较好的情况可采用土层锚杆或排桩等类型；土质较差的情况，则可采用深层搅拌水泥土桩墙与坡顶放坡相结合的方式。
四、地下水控制措施
1.济南市部分中硬土区和硬质土区一般单独采用管井降水的地下水控制措施，而大部分深基坑工程还是坑内降水结合坑外截水配合回灌的地下水控制措施。
2.为了减少管井降水引起的不均匀沉降，在降水过程中，应防止抽水带走土层中的细颗粒，适当减缓降水漏斗的坡度，还应使抽水设备连续运转，降低抽水速度，尽量避免间歇和反复抽水。
3.根据济南地区土层地质条件，若单独采用明排降水，由于施工机械或人工形成排水沟和集水井，很大程度上会扰动地基土，从而影响拟建建筑物的变形和沉降，故明排降水一般适用于基底有不易扰动的碎石土或岩基的深基坑工程，主要应用于硬质土区，而管井降水适合于济南市所有的深基坑工程。
4.竖向截水帷幕板墙，从可靠性、经济性、环境、工期等方面比较有优越性；目前在济南地区该法已成为深基坑竖向止水帷幕的首选，水泥土搅拌法主要适用于济南市软土区和一般性粘土区的部分深基坑工程，而遇到含有块石或混凝土废旧基础的场地，水泥土搅拌法则不适用，而高压喷射法适用于济南市所有深基坑工程。
5.止水帷幕在深基坑工程中的作用一方面截水，另一方面与支护结构中的摩擦土钉和锚杆相结合增加基坑侧壁的稳定性，所以在工程实践中被广泛应用。
综上所述，深基坑工程的支护与地下水控制的措施，必须在综合工程地质和水文地质条件、基坑深度及形状、周围环境、拟建建筑物的各项要求等因素，在对问题进行充分分析的基础上，抓住主要矛盾和关键切入点，依据类似工程经验及相关规范标准要求进行设计，制定出合理的基坑支护型式和地下水控制措施，并以此施工，这样才能使工程顺利的开展。
【关键词】 济南地区；深基坑；支护型式及应用
济南市地处鲁中山地的北缘，南依泰山，北临黄河；地形南高北低，平面分布具有明显的东西向带状分布特征；南部为绵延起伏的山区，山势陡峭，深沟峡谷，绝对标高500至600米；中部为山前倾斜平原，绝对标高一般为30至50米；北部为冲积平原。市区地下潜水水位常年较高。因此，总结济南市典型的地层分布及特征，对深基坑工程支护型式及应用具有重要意义。
一、济南市环境地质特征
1.地形地貌
①冲积平原：分布在市区的北部黄河两岸，微地貌变化受黄河、小清河控制。
②冲积—洪积平原：分布于山前地带，地势为南东高、北面低，坡度一般5°至10°。
③残丘、丘陵：在市区的中南部，是山区向平原的过渡带，标高在300米以下，切割深度在50米左右，属于剥蚀堆积区。
④低山：分布在市区的南部边缘，标高600至800米，流水作用强烈，沟谷型V型。
⑤岩溶地貌：在低山、残丘丘陵区，广泛分布着碳酸盐岩，形成一系列岩溶地貌；分布在兴隆山、千佛山、官山撅、白云山等地，灰岩顺层缓坡可见溶沟、溶槽地形，灰岩陡坡不同高程分布有溶洞。
2.岩土结构类型
①土体单元结构类型：自然地坪下20米内均有第四系松散沉积物组成，主要分布在市区北部。
②岩土体双元结构：自然地坪下20米以内，上部为第四系松散层，下部为岩体组成，主要分布在山前冲积平原及山間河谷地带，岩性以粉质粘土、粘土、碎石土、砂（卵）砾石层为主。
③岩体单元结构：由裸露岩组成，主要分布在南部低山丘陵区，市区及东部零星出露，地形高差起伏较大。
3.地下水特点
济南地区可划分为四大含水岩组：①松散岩类孔隙水含水岩组；②碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组；③碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组；④侵入岩风化裂隙含水岩组。其富水性因岩性及所处的地貌部位不同差别很大；主要影响济南市深基坑工程的含水层为松散岩类孔隙水含水岩组和岩溶裂隙含水岩组和侵入岩风化裂隙含水岩组。
4.气象、水文特征
①气象：济南市地处中纬度内陆地带，属暖温带大陆性气侯；多年平均降水量为647mm。在6—9月份集中降水，12月至翌年3月较小；年最大降水量1194.50mm（1962年），最小340mm（1989年）。本区降水量在空间上分配也有差异，南部山区多年平均降水量大于北部山前平原。
②水文：市区内河流主要有黄河、玉符河、北沙河、巨野河、港沟河、小清河等，湖主要有大明湖，这些河湖很大程度上影响着济南的地下水的变化，也是深基坑工程必须考虑的内容之一。
5.济南市深基坑地层分区
结合济南市环境地质条件，从深基坑工程的特点和应用出发，将影响深基坑工程设计与施工的地层结构划分为硬质土区、中硬土区和软弱土区三个典型地层分区。
①硬质土区：分布范围主要指自八一立交桥往东沿经十路两侧的部分区域，以及其他区域以硬质土为主的深基坑工程；其中，影响深基坑设计方法和结构选型地层主要是碎石土和岩石。
②中硬土区：主要指济南市区硬质土区和软弱土区之间呈东西向带状分布的可塑—硬塑的粘土、黄土地层。
③软弱土区：所涉及范围指大明湖周边的素填土、流塑—软塑的粘性土、薄层淤泥或淤泥质土等地层；北园路两侧及其北黄河、小清河冲积平原的流塑—软塑的粘性土、稍密状态的粘土等地层，以及玉符河冲积扇下部段店铁路桥周边地区的软塑粘性土地层。
二、深基坑支护结构型式及截、降、排水及回灌要求
1.深基坑支护结构型式及其适用条件
目前深基坑支护结构类型有：支挡式结构、土钉墙、重力式水泥土墙、放坡等。支挡式结构又可分为锚拉式结构、支撑式结构、悬臂式结构、双排桩、支护结构与主体结构结合的逆作法等。
土钉墙又分为单一土钉墙、预应力锚杆复合土钉墙、水泥土桩复合土钉墙、微型复合土钉墙。
以上各种支护形式可采用上、下部不同结构类型组合的形式，也可在基坑不同部位的周边环境条件、土层性状、基坑深度等不同时，在不同部位分别采用不同的支护形式。
各种支护类型适用于不同的环境条件：排桩适用于可采用降水或截水帷幕的基坑。地下连续墙宜同时用作主体地下结构外墙，可同时用于截水。锚杆不宜用在软土层和高水位的碎石土、砂土层中。
当邻近基坑有建筑物地下室、地下构筑物等，锚杆的有效锚固长度不足时，不应采用锚杆。当锚杆施工会造成基坑周边建（构）筑物损害或违反城市地下空间规划等规定时，不应采用锚杆。
当基坑潜在滑动面内有建筑物、重要地下管线时，不宜采用土钉墙。
对于淤泥质土、淤泥基坑且基坑深度不大于7米时，可采用重力式水泥土墙。
对于施工现场满足放坡条件，可以采用放坡或放坡与其他支护结构相结合的形式。
2.地下水控制
为了深基坑基础施工顺利及减小对周边环境的影响，在地下水位高于基底的情况下，采取截水、降水、排水及回灌等方法进行地下水控制。
①截水：基坑截水应根据工程地质条件、水文地质条件，选用水泥搅拌桩帷幕、高压旋喷或摆喷注浆帷幕、地下连续墙或咬合式排桩。
②降水：基坑降水可采用管井、真空井点、喷射井点等方法；管井适用于渗透系数为0.1—200m/d的粉土、砂土、碎石土；真空井点适用于渗透系数为0.005—20.0m/d的黏性土、粉土、砂土；喷射井点适用于渗透系数为0.005—20.0m/d的黏性土、粉土、砂土。降水后基坑内的水位应低于坑底0.5米。 ③排水：对坑底汇水、基坑周边地表汇水及降水井抽出的地下水，可采用明沟排水；对坑底渗出的地下水，可采用盲沟排水；当地下室底板与支护结构间不能设置明沟时，也可以采用盲沟排水。
④回灌：是将基坑降水抽出的地下水再回排到基坑周边外围的地下，以补充因基坑降水造成的其周边地下水的减少，保证基坑周边外围地下水位的稳定，减小对周围环境的影响，以免造成周边建（构）筑物、地下管线等的下沉，对城市内的建设具有重要意义。
三、济南市深基坑支护结构选型应用
1.硬质土区深基坑支护结构选型应用
济南市硬质土区，一般上覆有厚薄不一的第四系土层，保证其在下部岩石爆破开挖过程中的安全稳定是硬质土区深基坑工程支护设计过程中主要解决的问题。
由于硬质土层属于土岩双元结构，下部岩石开挖过程中，一般需要爆破施工，基坑开挖后作用在支护结构上的土压力主要来自基坑上部的填土或原状土的压力，而下部基岩对支护结构的侧压力很小，故支护结构的类型主要以上部加强锚固为主，下部以防护为主，并且要在岩质或碎石边坡上设置一定数量的泄水管，以防支护结构后产生过大的静水压力。
2.中硬土区深基坑支护结构选型应用
济南市深基坑工程所涉及的中硬土区范围指济南市硬质土区和软弱土区之间的呈东西向带状分布的可塑—硬塑的粘性土、黄土地层。
可塑—硬塑状态的粘性土和黄土，力学性质好，孔隙比小，含水量低，渗透系数小，基坑降水后形成的水力坡度小；基坑开挖和降水对周边环境产生的影响下。
支护结构的选型应用要考虑以下因素：
①从总体上考虑，必须从基坑各部位的具体情况出发，根据基坑周边场地条件和地质条件按近似或不同的情况，采用统一或多种挡土支护结构类型。
②从场地条件考虑，如坑周场地较为开阔，则可采用上段放坡开挖，下段采用悬臂桩或桩锚挡土支护结构；如坑周场地较为狭窄，并且邻近又有重要建筑物需要保护时，则可采用桩锚支护方案。
③从基坑开挖深度与范围考虑，开挖深度不大时，可采用悬臂式挡土支护结构、土钉墙或喷锚支护等结构；开挖深度较大时，可视情况采用挡土桩加单层锚杆或多层锚杆型式。
④从土层地质考虑，土质较好的情况，可采用土钉或喷锚支护结构；土质较差的情况则可采用桩锚结构等型式。
⑤从场地地下水位考虑，如地下水位较低时，可采用土钉或喷锚支护结构及稀疏桩排挡土支护结构；如地下水位较高时，可采用支护桩加水泥土桩（旋喷桩、深层搅拌桩）等。
2.软弱土区深基坑支护结构选型应用
软土具有强度低，压缩性大，透水性小，受荷变形大，加之蠕变及应力松弛等特性，以及容易出现坑底隆起、管涌等现象；另外，在市内建筑物密集地区开挖深基坑，周围土体变形是不容忽视的问题。因此，在深基坑开挖中稍有疏忽，必然会导致邻近建筑物及地下管线的损坏等事故发生，鉴于以上原因，在确定软弱土地基挡土结构应考虑以下因素：
①应根据基坑周边场地条件和地质条件接近或不同情况，采用统一或多种挡土支护结构类型。
②从场地条件考虑，如坑周场地较为开阔，则可采用上段放坡开挖，下段采用深层搅拌水泥土桩墙或高压旋喷桩墙等；如基坑周围施工宽度狭小并且邻近建筑物需要保护时，则必须按照被保护建筑物的重要性与安全等级标准，采用能够相应控制地面位移与沉降的挡土支护结构类型。
③从基坑开挖深度与范围考虑，开挖深度较小时，可采用悬臂式挡土支护结构；开挖深度较大时，可视情况采用单支点或多支点挡土支护结构；开挖范围较小时，可采用內支撑型支点；开挖范围较大时，可采用单层或多层锚杆。
④从土层地质条件考虑，土质较好的情况可采用土层锚杆或排桩等类型；土质较差的情况，则可采用深层搅拌水泥土桩墙与坡顶放坡相结合的方式。
四、地下水控制措施
1.济南市部分中硬土区和硬质土区一般单独采用管井降水的地下水控制措施，而大部分深基坑工程还是坑内降水结合坑外截水配合回灌的地下水控制措施。
2.为了减少管井降水引起的不均匀沉降，在降水过程中，应防止抽水带走土层中的细颗粒，适当减缓降水漏斗的坡度，还应使抽水设备连续运转，降低抽水速度，尽量避免间歇和反复抽水。
3.根据济南地区土层地质条件，若单独采用明排降水，由于施工机械或人工形成排水沟和集水井，很大程度上会扰动地基土，从而影响拟建建筑物的变形和沉降，故明排降水一般适用于基底有不易扰动的碎石土或岩基的深基坑工程，主要应用于硬质土区，而管井降水适合于济南市所有的深基坑工程。
4.竖向截水帷幕板墙，从可靠性、经济性、环境、工期等方面比较有优越性；目前在济南地区该法已成为深基坑竖向止水帷幕的首选，水泥土搅拌法主要适用于济南市软土区和一般性粘土区的部分深基坑工程，而遇到含有块石或混凝土废旧基础的场地，水泥土搅拌法则不适用，而高压喷射法适用于济南市所有深基坑工程。
5.止水帷幕在深基坑工程中的作用一方面截水，另一方面与支护结构中的摩擦土钉和锚杆相结合增加基坑侧壁的稳定性，所以在工程实践中被广泛应用。
综上所述，深基坑工程的支护与地下水控制的措施，必须在综合工程地质和水文地质条件、基坑深度及形状、周围环境、拟建建筑物的各项要求等因素，在对问题进行充分分析的基础上，抓住主要矛盾和关键切入点，依据类似工程经验及相关规范标准要求进行设计，制定出合理的基坑支护型式和地下水控制措施，并以此施工，这样才能使工程顺利的开展。