1、監(jiān)測方案與應(yīng)急預(yù)案
監(jiān)測方案與應(yīng)急預(yù)案是實現(xiàn)基坑工程信息化施工和確保安全前提基礎(chǔ)，是基坑工程設(shè)計、施工的重要組成部分。監(jiān)測方案主要內(nèi)容包括監(jiān)測項目、監(jiān)測方法、監(jiān)測精度、監(jiān)測周期、變形控制值及報警值；監(jiān)測儀器設(shè)備名稱、型號、精度等級；中間監(jiān)測成果的提交時間和主要內(nèi)容；繪制基坑支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境監(jiān)測點平面布置圖等。應(yīng)急預(yù)案主要內(nèi)容包括根據(jù)基坑周邊環(huán)境、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件及支護結(jié)構(gòu)特點，對施工中可能發(fā)生的情況逐一加以分析說明，制定具體、可行、有針對性的應(yīng)急搶險方案；明確應(yīng)急預(yù)案的啟動條件；以錨、撐作為應(yīng)急措施的，應(yīng)有節(jié)點、預(yù)埋件設(shè)計圖等。
此部分應(yīng)注意的問題是監(jiān)測項目應(yīng)滿足規(guī)范基本要求；合理確定監(jiān)測周期，并及時分析反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，以滿足信息化施工要求；依據(jù)基坑周邊環(huán)境、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件及支護結(jié)構(gòu)特點合理確定基坑側(cè)壁變形控制值（應(yīng)與設(shè)計控制條件原則一致）及報警值�；颖O(jiān)測項目的監(jiān)控報警值應(yīng)根據(jù)監(jiān)測對象的有關(guān)規(guī)范要求、設(shè)計要求和工程經(jīng)驗及既有監(jiān)測對象現(xiàn)狀擬定，并應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測成果的分析綜合判定。應(yīng)急預(yù)案應(yīng)具有針對性和可操作性。
2、基坑截水結(jié)構(gòu)的選型、質(zhì)量控制及事故預(yù)防
截水是當前基坑工程地下水控制的主要手段之一，常見的截水結(jié)構(gòu)主要有混凝土、水泥土�；炷两厮Y(jié)構(gòu)有地下連續(xù)墻和咬合式排樁，截水結(jié)構(gòu)、擋土結(jié)構(gòu)合二為一。水泥土系的截水結(jié)構(gòu)通常叫作截水帷幕，常用施工方法有水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、攪拌－噴射注漿法、注漿法等。凍結(jié)法形成的凍土墻是一種特殊的截水結(jié)構(gòu)，在特點的情況下亦有應(yīng)用。以上截水結(jié)構(gòu)，都是由先后施工的截水單元相互搭接形成的。截水單元本身的質(zhì)量缺陷、單元之間的搭接缺陷都將導(dǎo)致截水失敗。全國各地，只要有基坑截水的，幾乎都有截水失敗事例的報道�？梢�，基坑截水問題的嚴峻性和嚴重性。這些事故的發(fā)生，主要有截水結(jié)構(gòu)的設(shè)計選型、質(zhì)量缺陷和應(yīng)急預(yù)防措施不力。
（1）截水結(jié)構(gòu)的選型和設(shè)計，需重點考慮漏水的后果、含水層的土性、地下水特性、支護結(jié)構(gòu)形式、施工條件等因素。對于漏水后果嚴重（如建筑物、公共設(shè)施損壞等）的基坑，對施工質(zhì)量無十分把握的截水結(jié)構(gòu)，如水泥土系的截水結(jié)構(gòu)，不宜少于 2 道防線。選擇的截水結(jié)構(gòu)施工工藝需適合場地的地層特性。截水的基坑，支護結(jié)構(gòu)的變形控制設(shè)計尚需考慮截水結(jié)構(gòu)的抗變形能力，支護結(jié)構(gòu)或土體變形過大會引起截水結(jié)構(gòu)開裂，導(dǎo)致漏水。
（2）施工階段，嚴格按照相關(guān)技術(shù)標準、施工工藝、操作規(guī)程等精心施工是確保截水結(jié)構(gòu)質(zhì)量的必要條件，但不是充分條件。尚有諸多不確定因素會造成截水結(jié)構(gòu)致命的缺陷，例如，實際地質(zhì)條件與勘察資料的符合程度，包括砂卵石地層中粒徑的大小、表層填土的成分、地下水的流動性等等。地下障礙物往往導(dǎo)致截水結(jié)構(gòu)不能正常施工，出現(xiàn)樁體缺陷、位置偏移、樁體傾斜等質(zhì)量問題。
（3）截水帷幕施工質(zhì)量的評價標準是截水效果。但在帷幕施工完成后基坑開挖前，目前還沒有合理可行的、行之有效的、方便快捷的手段檢測帷幕的滲透性及截水效果。現(xiàn)有的一些檢測方法，可間接反映帷幕的施工質(zhì)量，也是必要的。這些檢測方法有：
1）帷幕固結(jié)體的單軸抗壓強度檢測，以期通過固結(jié)體強度間接推測帷幕質(zhì)量。在攪拌樁、高壓噴射注漿施工完成 28d 后，對帷幕固結(jié)體的搭接部位鉆取固結(jié)體芯樣，檢測帷幕深度、固結(jié)體的單軸抗壓強度及完整性，檢測點的數(shù)量不宜少于總注漿孔數(shù)的 1%；檢測點的部位應(yīng)按隨機方法選取，同時應(yīng)選取地質(zhì)情況復(fù)雜、施工中出現(xiàn)異常情況的部位。根據(jù)工程經(jīng)驗，固結(jié)體的 28 天無側(cè)限抗壓強度，砂土不宜小于 3MPa、粘性土不宜小于 1MPa 時。
2）輕型動力觸探。在攪拌樁、高壓噴射注漿帷幕施工完成 7d 內(nèi)，采用輕型動力觸探方法對水泥土固結(jié)體的早期強度進行檢測，檢測點的數(shù)量不宜少于總樁數(shù)或總注漿孔數(shù)的10%，水泥土固結(jié)體的 N10 擊數(shù)需大于原狀土擊數(shù)的二倍。
3）孔內(nèi)壓水和抽水試驗。對樁體、注漿固結(jié)體采用鉆孔內(nèi)壓水和抽水試驗，檢測樁體、注漿固結(jié)體的抗?jié)B能力，檢測點的數(shù)量不少于總樁數(shù)或總注漿孔數(shù)的 1%。
4）圍井壓水和抽水試驗。采用擬選定的設(shè)計、施工工藝參數(shù)，在正式施工前施工專門的圍井，進行固結(jié)體圍井內(nèi)的壓水或抽水試驗，檢測帷幕整體的滲透系數(shù)；通過觀測圍井內(nèi)的水位及滲漏情況，檢查截水效果。
以上檢測方法均不能準確的評價帷幕的整體截水效果，最終的截水帷幕質(zhì)量是要通過開挖后的截水效果來檢驗。
（4）影響截水質(zhì)量的因素著實太多太復(fù)雜，技藝再高、經(jīng)驗再豐富的施工單位也難以一次做到天衣無縫、滴水不漏，而且現(xiàn)有的檢測方法均不能準確的評價帷幕的整體截水效果。因而應(yīng)急預(yù)防是截水基坑工程不可或缺而且是非常重要的一個環(huán)節(jié)。況且某些支護結(jié)構(gòu)的選型本身注定了帷幕要滲漏，如錨拉式支擋結(jié)構(gòu)，位于水位以下的錨桿，施工鉆穿帷幕必然導(dǎo)致滲漏。應(yīng)急預(yù)防講究措施切實有力、監(jiān)控及時高效、反應(yīng)迅速到位。施工現(xiàn)場需具有充足的技術(shù)、人力、物資準備，監(jiān)控、報警、反應(yīng)、行動高效有序。必要時可按照事先制定的搶險應(yīng)急預(yù)案進行現(xiàn)場演習(xí)。
總之，確保截水結(jié)構(gòu)的截水效果，需要“過程控制，輔助檢測，應(yīng)急到位”。
3、凍脹與凍融對基坑的影響
不同的基坑支護形式，對凍脹與凍融的反映和敏感性有所不同。
對于支擋式結(jié)構(gòu)，凍脹增加了支護結(jié)構(gòu)的水平荷載，使得支護結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力增大；一凍一融、融化水對土體結(jié)構(gòu)及強度造成破壞和削弱，又給支護結(jié)構(gòu)雪上加霜。疏排樁支護的樁間土，凍脹、凍融易引起樁間土脫落。因此，季節(jié)性凍土地區(qū)需越冬的基坑，需結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗考慮凍脹影響，并且適當提高支擋式結(jié)構(gòu)各個構(gòu)件、連接節(jié)點的抗力及安全度，樁間土護面需與護坡樁連接可靠。
對于土釘墻，凍脹改變了土釘墻的受力特點。常規(guī)情況下，土釘鋼筋的拉力沿長度方向分布呈中間大兩頭小，以潛在滑動面處最大，到土釘鋼筋與面層連接處，因釘土之間的粘結(jié)力使得鋼筋拉力大大衰減。因此常規(guī)的土釘墻設(shè)計，土釘與面層的連接節(jié)點的承載能力均小于土的最大拉力，土釘頭節(jié)點、面層厚度及配筋均按構(gòu)造設(shè)置，一般不進行受力計算。
但是，當土釘墻后土體受凍膨脹后，凍脹力作用于面層增加了面層的荷載，又通過面層傳遞到土釘頭節(jié)點，再傳遞到土釘，使得面層、土釘頭節(jié)點、土釘荷載增加，尤其按照構(gòu)造設(shè)置的面層、土釘頭節(jié)點，極易在凍脹力作用下出現(xiàn)承載力不足而破壞。因此，在季節(jié)性凍土地區(qū)冬季進行基坑施工，最好不采用土釘墻支護，否則需充分考慮凍脹的影響，在土釘頭節(jié)點強度、面層強度、土釘承載力等各個環(huán)節(jié)均需精心設(shè)計。同時，設(shè)計計算尚需考慮一凍一融對土體結(jié)構(gòu)的損傷、融化水的水壓力及融化水降低了土體的強度等因素。
4、錨桿、土釘?shù)目拱卧囼瀱栴}
（1）錨桿試驗
一般土層中，錨桿抗拔試驗有兩種，一種是基本試驗，其目的是確定錨桿的承載力、為設(shè)計提供依據(jù)、驗證施工工藝等；另一種是驗收試驗，其目的是檢驗錨桿質(zhì)量、判斷錨桿承載力是否符合設(shè)計要求。但由于錨桿設(shè)計構(gòu)造、施工工藝和試驗方法等原因，當前基坑工程中的錨桿抗拔試驗難以達到上述試驗?zāi)康摹?/p>
錨桿全長分為錨固段和非錨固段。錨固段為錨桿位于穩(wěn)定土體中的部分，即理論滑動面以外的部分，為錨桿提供抗拔力，非錨固段為錨桿位于不穩(wěn)定土體中的部分。現(xiàn)階段的施工方法，錨桿注漿時漿液將整個鉆孔注滿，即錨桿全長范圍有水泥固結(jié)體與土體接觸，且錨固段和非錨固段的水泥固結(jié)體是連續(xù)的。
在進行錨桿張拉試驗時，拉力通過自由段桿體傳遞至錨固段。由于錨固段和非錨固段的水泥固結(jié)體實際是一個整體，因此，錨桿試驗的張拉力實際上傳遞到了包括錨固段和非錨固段的整個錨桿長度范圍的土體上，亦即錨桿試驗得到的抗拔力包含了非錨固段的貢獻。而基坑開挖后錨桿在工作狀態(tài)下的承載力由錨固段決定，因此以上試驗高估了錨桿的抗拔承載力，與支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計假定是不相符的，這給基坑支護帶來不安全的因素。
解決上述問題的思路大致有三種：一是將錨固段和非錨固段的水泥固結(jié)體分斷，比如在錨固段和非錨固段之間用柔軟材料設(shè)一個過渡段，該過渡段內(nèi)沒有水泥漿固結(jié)體，因而切斷力的傳遞途徑。二是取試驗錨桿的總長度等于工程錨桿的錨固段長度(試驗錨桿所在土層應(yīng)與工程錨桿的錨固段相同)，這樣試驗所得的抗拔承載力可較準確的反映工程錨桿的抗拔承載力力，但由于試驗錨桿無自由段，試驗不能反映工程錨桿的變形性能。三是控制注漿范圍，即只在錨固段注漿，非錨固段不注漿（或者是在抗拔試驗完成后再給非錨固段注漿）。
另外，在進行錨桿基本試驗時，應(yīng)控制錨桿的破壞出現(xiàn)在錨固體與土體之間，而不能出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋的強度不足，必要時，基本試驗錨桿可適當增加預(yù)應(yīng)力筋的截面面積。
（2）土釘試驗
土釘墻中的土釘，其受力機制與預(yù)應(yīng)力錨桿不同。土釘?shù)闹饕暙I是它對天然土體的加筋作用，基坑開挖時土體和土釘協(xié)同工作，而協(xié)同工作的效果取決于土釘與土體之間的粘結(jié)性能。因此，土釘?shù)目拱卧囼災(zāi)康�，是確定或檢驗土釘與土體之間粘結(jié)性能。設(shè)計文件應(yīng)對試驗土釘提出明確的參數(shù)，如數(shù)量、長度、直徑、配筋、施工工藝、加載值等。
土釘?shù)幕驹囼灒涸囼災(zāi)康氖谴_定土釘與土體之間極限粘結(jié)強度（或單位長度的極限抗拔力），因此試驗應(yīng)加載至土釘?shù)竭_抗拔極限狀態(tài)。根據(jù)試驗得到的極限抗拔力，可求得土釘與土體之間極限粘結(jié)強度的平均值（或單位長度的極限抗拔力）。進行基本試驗的土釘，需配置足夠的鋼筋，必須保證極限狀態(tài)出現(xiàn)在土釘與土體之間，不能出現(xiàn)土釘鋼筋被拉斷。
土釘?shù)尿炇赵囼灒涸囼災(zāi)康氖菣z驗土釘與土體之間粘結(jié)強度是否滿足設(shè)計要求(或土釘單位長度的抗拔力是否滿足設(shè)計要求)，但當前實際工程中的做法卻難以達到該目的，究其原因，是驗收試驗加載量不足所致。
土釘墻設(shè)計計算時，土釘?shù)目拱瘟κ侨∥挥诨瑒用嬉酝獾耐玲斔芴峁┑目拱瘟�。當前的實際工程中在進行土釘?shù)尿炇赵囼灂r，加載量就取設(shè)計計算時取用的土釘抗拔力。但是，由于土釘全長注漿，抗拔試驗時土釘全長發(fā)揮作用，其工作狀態(tài)與設(shè)計的假定差別甚遠，導(dǎo)致驗收試驗的土釘抗拔力很容易就滿足設(shè)計要求，其實，試驗是不真實的，有可能將實際上不滿足要求土釘判定為合格的，因此是偏于不安全的。
解決以上問題的思路大致有兩種，一是減小驗收試驗土釘?shù)拈L度，即驗收試驗土釘?shù)拈L度取設(shè)計計算時滑動面以外的土釘長度，加載量為按照該長度計算的抗拔力。二是增加驗收試驗的加載量，該加載量取按照土釘全長計算的抗拔力。不管那種方式，土釘?shù)呐浣畋仨毰c加載量匹配，避免試驗時土釘鋼筋首先拉斷。
因此，土釘墻的設(shè)計文件應(yīng)對土釘?shù)尿炇赵囼炋岢雒鞔_要求，驗收試驗的加載值，需根據(jù)進行驗收試驗的土釘長度、直徑、施工工藝、所在土層等情況確定，以使試驗?zāi)軌蛘嬲龣z驗土釘與土體之間粘結(jié)強度是否滿足設(shè)計要求(或土釘單位長度的抗拔力是否滿足設(shè)計要求)。
5、考慮可持續(xù)發(fā)展的基坑方案選型
基坑支護方案選擇時，傳統(tǒng)的做法是，在滿足安全的要求下，使基坑工程的總投資最少，即以狹義的經(jīng)濟指標作為方案優(yōu)選的最終目標。而在倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排的今天，基坑方案的選擇、對比似乎應(yīng)改變傳統(tǒng)觀念“與時俱進”，把生態(tài)效益納入經(jīng)濟效益核算。不算生態(tài)效益的惡果是，保護環(huán)境的工程受到打擊，破壞環(huán)境的工程受到庇護，從而助長、掩蓋了很多急功近利的短期行為。重視環(huán)保的發(fā)達國家已將工程方案論證比較的指標體系從“技術(shù)、經(jīng)濟比較”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境比較”，國家以此立法 。具體到基坑工程，本文膚淺的探討一些關(guān)于方案選型中降低材料消耗、有利于地下空間開發(fā)利用、保護地下水環(huán)境的問題。
（1）以材料消耗最小為目標的基坑方案選型
基坑工程中，用量最大的材料是硅酸鹽水泥、由水泥砂石組成的混凝土、鋼材。這些材料的獲取均需向地球索取，使地球傷筋動骨未老先衰。再者，材料生產(chǎn)中的排放又對環(huán)境造成污染。例如，每生產(chǎn) 1t 水泥熟料，將釋放出 1t 二氧化碳。全世界水泥年產(chǎn)量約為 14 億t，它所產(chǎn)生的二氧化碳約占全球溫室氣體的 7 % [18] 。因此，從降低材料消耗、污染物排放的目標出發(fā)，當前的基坑方案選型中似乎應(yīng)重點考慮以下一些形式。
1）一墻多用的地下連續(xù)墻方案。集基坑施工階段擋土截水、建筑物使用階段為結(jié)構(gòu)外墻為一體的地下連續(xù)墻，在水泥、砂石、鋼材等主要材料消耗上，優(yōu)于護坡樁＋截水帷幕＋單獨外墻的常規(guī)方案。如果再結(jié)合逆作法，則又省去臨時內(nèi)支撐或錨桿，材料消耗進一步降低。
2）型鋼水泥土攪拌墻。型鋼水泥土攪拌墻為集擋土、截水為一體的復(fù)合結(jié)構(gòu)，型鋼可回收重復(fù)使用，與鋼筋混凝土灌注樁＋截水帷幕相比，材料消耗小，環(huán)保性能好。
3）鋼支撐方案。鋼支撐具有可多次重復(fù)使用的特點，其環(huán)保性能優(yōu)越，鋼筋混凝土支撐、預(yù)應(yīng)力錨桿難以望其項背。
（2）基坑方案選型需有利于地下空間的開發(fā)利用
在土木工程領(lǐng)域，有人說十九世紀是大橋的世紀，二十世紀是大樓的世紀，二十一世紀將是地下工程的世紀。在剛剛跨入二十一世紀的今天，我們似乎已經(jīng)感觸到地下空間的開發(fā)利用的熱浪撲面而來。近幾年，國家斥巨資開展地下空間開發(fā)利用的政策、規(guī)劃、技術(shù)研究。隨著城市建設(shè)理念的轉(zhuǎn)變，城市將更多的利用地下空間，城市交通、公共設(shè)施、人居空間、資源存儲等等將大量轉(zhuǎn)入地下，各地蒸蒸日上的地鐵建設(shè)可見一斑。殊不知，我們基坑工程中某些做法卻與地下空間開發(fā)事業(yè)背道而馳。例如，錨桿、土釘?shù)拇罅渴褂�，使得城市地下變�?ldquo;蜘蛛網(wǎng)”或“蜜蜂窩”，變成了地下空間開發(fā)的“絆馬索”。再者，錨桿、土釘視紅線而不見，如入無人之境，肆無忌憚的侵占了不屬于自己的土地，使得鄰家主人望“錨”興嘆。此外，錨桿施工對地基土的擾動往往引起地基變形，從而影響其上既有建筑物、市政設(shè)施、道路等正常使用。因此，國內(nèi)個別城市(如上海)明文規(guī)定，臨時的基坑支護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)一視同仁，必須位于自己的用地范圍內(nèi)。筆者認為，該項規(guī)定值得各地效法，尤其是有地下空間開發(fā)規(guī)劃的大中城市。而我們巖土工程工作者所能做的，似乎應(yīng)該是高抬貴手，自覺的不設(shè)或少設(shè)“絆馬索”。
（3）基坑方案選型與地下水環(huán)境保護
地下水位降低引起的地面沉降，已屬于地質(zhì)災(zāi)害的范疇，在全世界受到了前所未有的重視。水資源的短缺和水質(zhì)污染在國內(nèi)諸多城市日益嚴重�；庸こ倘绾螢榻鉀Q這些重大問題盡一點微薄之力，似乎有兩條途徑。第一，不僅要采取科學(xué)合理的技術(shù)措施，更需要政府與社會各界從行政法規(guī)、法律、經(jīng)濟等方面給予配合與支持。如，北京市為加強地下水資源的管理和保護，減少水資源的浪費，防止相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害，出臺了《北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法》限制進行施工降水，自 2008 年 3 月 1 日起執(zhí)行。第二，基坑工程中的回灌，會造成了地下水水質(zhì)污染，水質(zhì)污染又加劇了水資源短缺及供需矛盾，因此在基坑工程中采用回灌需十分慎重，一方面需要巖土工程工作者提高對水資源價值的認識、具有義不容辭的責任感，同樣，也更加需要政府從行政法規(guī)、法律、經(jīng)濟等方面給予引導(dǎo)與支持。
